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蒸汽發生器

我有新說法

     蒸汽發生器(俗稱鍋爐)是利用燃料或其他能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的機械設備。鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器,爐是指燃燒燃料的場所,鍋爐包括鍋和爐兩大部分。


1簡介

       蒸汽發生器是利用燃料或其他能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的機械設備。容積必須<30L,容積≥30L則屬于《特種設備安全監察條例》中鍋爐的范疇,市場上的蒸汽發生器大多數容積<30L,所以不歸技術監督部門監管,節省了安裝、使用費用。

2方法分類

     蒸汽鍋爐有時又叫蒸汽發生器,是蒸汽動力裝置的重要組成部分。電站鍋爐、汽輪機和發電機是火力發電站的主機,因此電站鍋爐是生產電能的重要設備。工業鍋爐是在各種工業企業中提供生產和供暖所需的蒸汽的必不可少的設備。工業鍋爐數量甚多,需要消耗大量燃料。利用生產過程中高溫廢氣作為熱源的余熱鍋爐對節能有重要作用。船用鍋爐裝在各種船舶上,所產生的蒸汽用于驅動蒸汽動力機械。機車鍋爐作為蒸汽機車的主要設備尚有一定的應用。鍋爐承受高溫高壓,安全問題十分重要。即使是小型鍋爐,一旦發生爆炸,后果也十分嚴重。因此,對鍋爐的材料選用、設計計算、制造和檢驗等都制訂有嚴格的法規。

     鍋爐可按照不同的方法進行分類。鍋爐按用途可分為工業鍋爐、電站鍋爐、船用鍋爐和機車鍋爐等;按鍋爐出口壓力可分為低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力等鍋爐(見表)。

     中國電站鍋爐的現行系列為:中壓3.9兆帕;高壓10兆帕;超高壓14兆帕;亞臨界壓力17兆帕。中國工業鍋爐的現行系列為:0.5兆帕、0.8兆帕、1.3兆帕、2.5兆帕。

   鍋爐按水和煙氣的流動路徑可分為火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐,其中火筒鍋爐和火管鍋爐又合稱為鍋殼鍋爐;按循環方式可分為自然循環鍋爐、輔助循環鍋爐(即強制循環鍋爐)、直流鍋爐和復合循環鍋爐。復合循環鍋爐是由輔助循環鍋爐和直流鍋爐復合而成,其中包括低循環倍率鍋爐(見電站鍋爐)。按燃燒方式鍋爐分為室燃爐、層燃爐和沸騰爐等。

      鍋爐-工作過程 圖4和圖7為 120噸/時自然循環燃煤電站鍋爐的簡圖和燃燒系統示意圖。首先由磨煤機將煤磨制成粉。煤粉由空氣攜帶通過裝在爐墻上的燃燒器送入爐膛中燃燒。在火焰中心處的氣體溫度達到1500~1600℃。鍋爐的蒸發受熱面裝在爐膛的內壁上,組成水冷壁,吸收爐膛中高溫火焰和煙氣的輻射熱量,使爐膛出口處煙氣溫度降低到1000~1150℃。后墻水冷壁的上部分(在水平煙道進口)組成排列較稀的數列凝渣管,以防止結渣。為防止鍋爐受熱面上積灰或結渣,還使用吹灰器。

     過熱器位于水平煙道中,它的作用是把從鍋筒出來的飽和蒸汽加熱成具有一定溫度的過熱蒸汽,目的是提高電站的經濟性。煙氣通過過熱器后溫度降低到 500~600℃,然后進入尾部煙道。尾部煙道中受熱面之一為省煤器。它由很多平行的蛇形管所組成,其作用是使給水在進入鍋筒之前預先加熱,并降低排煙溫度。另一尾部受熱面是空氣預熱器。它的作用是使空氣在進入爐膛以前加熱到一定溫度,以改善燃燒和進一步降低排煙溫度,提高鍋爐效率。

分類

     蒸汽發生器主要是按照燃料分類的,可分為電蒸汽發生器、燃油蒸汽發生器、燃氣蒸汽發生器等。

適用范圍

     蒸汽發生器主要適用于制衣廠,干洗店,飯店,饃店,食堂餐廳,廠礦,豆制品廠等場所。

3基本結構

        鍋爐整體的結構包括鍋爐本體和輔助設備兩大部分。

鍋爐本體

     鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預熱器、構架和爐墻等主要部件構成生產蒸汽的核心部分,稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個主要的部件是爐膛和鍋筒。

     ①爐膛:又稱燃燒室,是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在爐排上進行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐,又稱火床爐;將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐,又稱火室爐;空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態燃燒、適于燃燒劣質燃料的爐膛稱為沸騰爐,又稱流化床爐;利用空氣流使煤粒高速旋轉并強烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風爐。

     爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內燃燒形成火焰和高溫煙氣,所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構成。在爐墻的內表面上常敷設水冷壁管,它既保護爐墻不致燒壞,又吸收火焰和高溫煙氣的大量輻射熱。 

     爐膛的結構、形狀、容積和高度都要保證燃料充分燃燒,并使爐膛出口的煙氣溫度降低到熔渣開始凝結的溫度以下。

     當爐內的溫度超過灰熔點時,灰便呈熔融狀態。熔融的灰渣顆粒在觸及爐內水冷壁管或其他構件時會粘在上面。粘結的灰粒逐漸增多,遂形成渣塊,稱為結渣。結渣會降低鍋爐受熱面的傳熱效果。嚴重時會堵塞煙氣流動的通道,影響鍋爐的安全和經濟運行。

     一般用爐膛容積熱負荷和爐膛截面熱負荷或爐排熱負荷表示其燃燒強烈程度。爐膛容積熱負荷是單位爐膛容積中每單位時間內釋放的熱量。在鍋爐技術中常用爐膛容積熱負荷來衡量爐膛大小是否恰當。容積熱負荷過大,則表示爐膛容積過小,燃料在爐內的停留時間過短,不能保證燃料完全燃燒,使燃燒效率下降;同時這還表示爐墻面積過小,難以敷設足夠的水冷壁管,結果爐內和爐膛出口處煙氣溫度過高,受熱面容易發生結渣。室燃爐的爐膛截面熱負荷是單位時間內單位爐膛橫截面上燃料燃燒所釋放的熱量。在爐膛容積確定以后,爐膛截面熱負荷過大會使局部區域的壁面溫度過高而引起結渣。層燃爐的爐排熱負荷是單位時間內燃料燃燒所釋放的熱量與爐排面積的比值。爐排熱負荷過高會使飛灰大大增加。

     爐膛設計需要充分考慮使用燃料的特性。每臺鍋爐應盡量燃用原設計的燃料。燃用特性差別較大的燃料時,鍋爐運行的經濟性和可靠性都可能降低。

     ②鍋筒:它是自然循環和多次強制循環鍋爐中接受省煤器來的給水、聯接循環回路,并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒筒體由厚鋼板制成,是鍋爐中重的部件之一。

     鍋筒的主要功能是儲水,進行汽水分離,在運行中排除鍋水中的鹽水和泥渣,以避免含有高濃度鹽分和雜質的鍋水隨蒸汽進入過熱器和汽輪機中。這些鹽分和雜質如在過熱器管和汽輪機通道上發生結垢、積鹽和腐蝕,會影響設備的經濟安全運行。鍋爐出口的蒸汽一般都有一定的質量標準。鍋筒內部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來的飽和蒸汽與水分離開來,并盡量減少蒸汽中攜帶的細小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件。中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風分離器進行粗分離外,還用百頁窗、鋼絲網或均汽板等進行進一步分離。隨著水處理技術的提高,蒸汽分離裝置趨向于簡化和定型化。排污裝置(包括連續排污和定期排污)能在鍋爐運行中排出一部分含有較高鹽分和泥渣的鍋水。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監測和保護設施。

輔助設備

     除鍋爐本體外,在電站鍋爐中還有許多配套的輔助設備:①煤粉制備系統,包括磨煤機、排粉機、粗粉分離器和煤粉管道等;②送、引風系統,包括送風機、引風機和煙風道等;③給水系統,包括給水泵、閥門和管道等;④水處理系統(見鍋爐水處理);⑤灰渣清除系統,包括出渣機、除塵器等;⑥自動控制和監測系統(見鍋爐自動控制、鍋爐汽溫調節)。

燃燒設備

      鍋爐的燃燒方式有三種形式:層燃(火床燃燒)、室燃(懸浮燃燒)、沸騰燃燒。各種燃燒方式有其相應的燃燒設備。固定爐排、鏈條爐排、往復爐排、振動爐排等屬于層燃式,適用于燃燒固體燃料。煤粉鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐等屬于室燃式,適用于粉狀固體燃料,液體燃料和氣體燃料。鼓泡流化床、循環流化床屬于沸騰燃燒方式,適用于燃燒顆粒狀固體燃料。拋煤機鏈條爐排,兼有層燃和室燃的燃燒方式,屬于混合燃燒方式。

      1、固定爐排:一種古老、結構簡單的層燃燃燒的設備,分兩種單層爐排和雙層爐排A單層爐排用鑄鐵制造,有板狀和條狀B雙層爐排,內有上下兩層爐排,上爐排由水冷卻管組成的固定爐排,下爐排為普通鑄鐵的固定爐排。上爐排以上空間為風室,下爐排以下為灰坑,兩層爐排之間為燃燒室。

       2、鏈條爐排:一種結構比較完善的燃燒設備。由于機械化程度高(加煤、清渣、除灰等均有機械完成),制造工藝成熟,運行穩定可靠,人工撥火能使燃料燃燒的更充分,燃燒率也較高,適用于大、中、小型工業鍋爐。國產鏈條爐排按結構可分鏈帶式、橫梁式和鱗片式鏈條爐排。A鏈帶式鏈條爐排屬于輕型結構適用于額定蒸發量小于10t/Hd的蒸汽鍋爐或相應容量的燃燒鍋爐。B橫梁式鏈條爐排是用剛性很強的橫梁作支架,爐排片嵌于支架橫梁的槽內,當主動軸上的鏈輪帶動鏈條轉動時橫梁及其上的整付爐排隨之移動。C鱗式鏈條爐排適用于額定蒸發量大于10t/Hd的蒸汽鍋爐或相應容量的燃燒鍋爐。

      3、往復爐排:一種利用爐排往復運動來實現給煤、除渣、撥火機械化的燃燒設備。往復爐排爐排按布置方式可分傾斜往復爐排和水平往復爐排A傾斜往復爐排為傾斜階梯型,爐排有相間布置的活動爐排片和固定爐排片組成。B水平往復爐排是有固定爐排片和活動爐排片交錯組成,爐排片相互搭接。

     4、振動爐排:一種由偏心塊激振器、橫梁、爐排片、拉桿、彈簧板、后密封裝置、激振器電機、地腳螺釘、減震橡皮墊、下框架、前密封裝置。測梁、固定支點等部件組成。具有結構簡單,制造容易,重量輕、金屬耗量少、設備投資省、燃燒條件好、爐排面積負荷高、煤種適應能力強優點在工業鍋爐應用過。

      5、拋煤機: 按拋煤方式,拋煤機可分為風力拋煤機,機械拋煤機和機械-風力拋煤機三種。機械拋煤機兼有機械拋煤機和風力拋煤機的功能,它有兩個主要部件構成:給煤部件和拋煤部件。

    6、沸騰燃燒流化床:一種介于固定床和懸浮床之間的氣固兩相床層。流化床根據不同的流化速度劃分為鼓泡床、湍流床和快速床。A鼓泡流化床結構由給煤裝置、布風裝置、風室、灰渣溢流口、沸騰層、懸浮段等。特點對煤種適應行強、能強化轉熱,節省鋼材,便于灰渣的綜合利用,對環境污染較煤粉爐輕,鍋爐本體結構簡單。B循環流化床是新一代,低污染潔凈煤燃燒技術。其特點是在于燃料及脫硫劑在流化床狀態下經過多次循環,反復的進行低溫燃燒和脫硫反應。C循環流化床和鼓泡流化床燃燒過程中主要的區別在于1、循環流化床沸騰層內流化速度很高一般為3~10m/s高可達10m/s,鼓泡流化床鍋爐的流化速度為1~3m/s。

    7、煤粉鍋爐的燃燒設備:煤先經磨煤設備,然后噴入爐膛內燃燒,整個燃燒過程是在爐膛內呈懸浮狀進行,這種鍋爐稱為煤粉爐。其特點能改善與空氣的混合,加快點火盒和燃燒,煤種適用性廣,適應于大中型鍋爐。煤粉鍋爐的燃燒設備有煤粉設備、制粉系統和煤粉燃燒器。

       8、燃油燃燒器:有噴油嘴和調風器組成;是將燃料油霧化,并于空氣強烈混合后送入爐膛,使油氣混合物在爐膛內呈懸浮狀態的一種燃燒設備。燃油燃燒器是燃油鍋爐的關鍵設備,按使用燃料種類可分輕質油燃燒器和重質油燃燒器,重油黏度大,在重油燃燒器內一般設置預熱器。工業燃油鍋爐大多配置輕質油燃燒器。

     9、燃氣燃燒器:它是燃氣鍋爐的主要的燃燒設備。燃氣燃燒器有擴散式燃燒器、大氣式燃燒器和完全預混式燃燒器。

4注意事項

     鍋爐是具有高溫、高壓的熱能設備,是特種設備之一,在機關、事業企業及各行各業廣泛使用,是危險而又特殊的設備。一旦發生事故,涉及公共安全,將會給國家和人民生命財產造成巨大損失。為了公共安全、人民生命和財產安全,依據國務院《特種設備安全監察條例》,使用鍋爐應注意以下全事項:

1、鍋爐出廠時應當附有“安全技術規范要求的設計文件、產品質量合格證明、安全及使用維修說明、監督檢驗證明(安全性能監督檢驗證書)”。

2、鍋爐的安裝、維修、改造。從事鍋爐的安裝、維修、改造的單位應當取得省級質量技術監督局頒發的特種設備安裝維修資格證書,方可從事鍋爐的安裝、維修、改造。施工單位在施工前將擬進行安裝、維修、改造情況書面告知直轄市或者轄區的特種設備安全監督管理部門,并將開工告知送當地縣級質量技術監督局備案,告知后即可施工。

3、鍋爐安裝、維修、改造的驗收。施工完畢后施工單位要向州質量技術監督局特種設備檢驗所申報鍋爐的水壓試驗和安裝監檢。合格后由州質量技術監督局、州特種設備檢驗所、縣質量技術監督局參與整體驗收。

4、鍋爐的注冊登記。鍋爐驗收后,使用單位必須按照《特種設備注冊登記與使用管理規則》的規定,填寫《鍋爐(普查)注冊登記表》,到州質量技術監督局注冊,并申領《特種設備安全使用登記證》。

5、鍋爐的運行。鍋爐運行必須由經培訓合格,取得《特種設備作業人員證》的持證人員操作,使用中必須嚴格遵守操作規程和八項制度、六項記錄。

6、鍋爐的檢驗。鍋爐每年進行一次定期檢驗,未經安全定期檢驗的鍋爐不得使用。鍋爐的安全附件安全閥每年定期檢驗一次,壓力表每半年檢定一次,未經定期檢驗的安全附件不得使用。

7、嚴禁將常壓鍋爐安裝為承壓鍋爐使用。嚴禁使用水位計、安全閥、壓力表三大安全附件不全的鍋爐。

參考資料

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