鍋爐基礎(chǔ)知識(shí)

1、第一章 鍋爐的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié) 鍋爐的概述一、 鍋爐的工作原理鍋爐是將燃料的化學(xué)能(或電能)轉(zhuǎn)化為熱能（具有一定參數(shù)的蒸汽或熱水）的能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，同時(shí)是直接受火和高溫?zé)煔?、承受工作壓力載荷、具有爆炸危險(xiǎn)性的特種設(shè)備。該定義不完整，存在一下兩點(diǎn)缺陷：（1） 介質(zhì)包含不全面，沒(méi)有把有機(jī)熱載體包含在內(nèi)。（2） 余熱鍋爐是把高溫?zé)煔獾臒崮苻D(zhuǎn)移成介質(zhì)的熱能，是一個(gè)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程，非能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。1、 工作原理：燃料燃燒釋放出的熱量、電能或高溫?zé)煔馑哪芰勘诲亙?nèi)的介質(zhì)吸收，從而使鍋內(nèi)的介質(zhì)變成具有一定溫度和壓力的蒸汽、熱水或有機(jī)熱載體，以供發(fā)電、生產(chǎn)和生活上使用。2、 鍋爐的組成包含兩部分：鍋、爐鍋：包含

2、所有的受壓部件，即儲(chǔ)存和輸送介質(zhì)的密閉容器。包括鍋筒（鍋殼）、集箱（聯(lián)箱）、水冷壁、對(duì)流管、下降管、省煤器、過(guò)熱器、再熱器、減溫器等。爐：包括爐墻、保溫、燃燒設(shè)備。輔助設(shè)備（1）附件：安全閥、壓力表、水位計(jì)、水位報(bào)警器、排污裝置、閥門(mén)、儀表等。（2）自動(dòng)控制裝置：給水調(diào)節(jié)器、燃燒調(diào)節(jié)器、點(diǎn)火裝置、熄火保護(hù)裝置、鼓引風(fēng)連鎖裝置。（3）附屬設(shè)備：燃料的制備和輸送裝置、通風(fēng)系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、水處理設(shè)備、除氧設(shè)備、除灰設(shè)備、除渣設(shè)備、除塵設(shè)備等。3、鍋爐的工作過(guò)程：（1）燃料的燃燒過(guò)程。（2）能量的傳遞過(guò)程（3）介質(zhì)吸收熱量后參數(shù)的變化過(guò)程。4、鍋爐的工作系統(tǒng)（1）汽水系統(tǒng). (2) 煤灰系統(tǒng)（3）煙風(fēng)

3、系統(tǒng)5、鍋爐的發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)鍋爐（1）、大噸位、高參數(shù)（熱水鍋爐）（2）、膜式水冷壁（3）、自動(dòng)化程度高（4）、余熱鍋爐（5）、有機(jī)熱載體爐（6）、高效的燃燒方式、力求節(jié)能、環(huán)保（7）、燃油、氣鍋爐的現(xiàn)狀及發(fā)展方向（8）、水煤漿鍋爐（9）、特種燃料鍋爐電站鍋爐（1） 大容量、高參數(shù)（2） 循環(huán)硫化床（3） 生物燃料二、 鍋爐的工作特點(diǎn)1、 爆炸的危險(xiǎn)性2、 易于損壞3、 使用的廣泛性4、 使用的可靠性和連續(xù)性第二節(jié) 燃料燃燒及燃燒設(shè)備一、 燃料的種類(lèi)、成分、特性及燃燒條件1、 燃料的種類(lèi)（1） 固體燃料：煤（2） 液體燃料：柴油、重油（3） 氣體燃料：天然氣、城市煤氣、高爐煤氣等。2、 燃料的成

4、分固體燃料和液體燃料：（1） 碳C：分兩部分；一部分與H、O、S結(jié)合為可揮發(fā)的化合物；另外一部分為固體碳。C+O2-CO2+32866KJ（2） 氫H：（3） 氧O（4） 氮N（5） 硫S（6） 灰A（7） 水W氣體燃料天然氣：甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、硫化氫（H2S）、二氧化碳（CO2）城市煤氣：一氧化碳（CO）、氫氣（H2）3、 燃料的共有特性：（1） 揮發(fā)性：燃料燃燒時(shí)，首先是揮發(fā)份的析出和燃燒。（2） 碳的結(jié)焦性：工業(yè)鍋爐不宜燃燒強(qiáng)結(jié)焦或不結(jié)焦的煤；煤粉爐燃用強(qiáng)結(jié)焦性煤容易造成事故。（3） 發(fā)熱量：分為高位發(fā)熱量（QDW）和低為發(fā)熱量(QGW)（4） 灰熔點(diǎn)：

5、灰熔點(diǎn)的高低決定與灰的成分。在鍋爐的設(shè)計(jì)中作為一個(gè)重要參數(shù)。4、 液體燃料的其他特點(diǎn)：（1） 粘度（2） 閃點(diǎn)和燃點(diǎn)（3） 自燃點(diǎn)（4） 凝固點(diǎn)（5） 爆炸極限（6） 靜電性5、 燃料完全燃燒的條件（1） 足夠高的爐膛問(wèn)頓： A:絕熱燃燒溫度；B：爐膛出口煙溫；C：爐膛面積熱負(fù)荷。（2） 適量的空氣：A:過(guò)量空氣系數(shù)；B：漏風(fēng)系數(shù)（3） 足夠的燃燒空間 爐膛容積熱負(fù)荷（4） 足夠的時(shí)間層燃爐要根據(jù)具體的情況適當(dāng)調(diào)整爐排的速度和煤層厚度二：燃料的燃燒過(guò)程及燃燒特點(diǎn)（一） 固體燃料1、 燃燒過(guò)程：（1） 水分蒸發(fā)過(guò)程（2） 揮發(fā)物析出過(guò)程（3） 揮發(fā)物的燃燒過(guò)程（4） 焦炭的燃燒過(guò)程（5） 焦炭的

6、燃盡過(guò)程2、 燃燒特點(diǎn)（1） 較高的爐膛溫度（2） 合理的過(guò)量空氣系數(shù)及配風(fēng)方式（3） 要求對(duì)煤層進(jìn)行松動(dòng)、撥火、和除渣。（4） 對(duì)燃燒后的煙氣進(jìn)行除塵。（二） 液體燃料1、 燃燒過(guò)程：（1） 油的霧化階段：根據(jù)不同的液體燃料選擇不同的霧化方式。（2） 油滴的蒸發(fā)和熱分解過(guò)程（3） 油氣與空氣的混合過(guò)程（4） 可燃?xì)怏w的混合物的著火和燃燒過(guò)程2、 燃燒特點(diǎn)（1） 需要先霧化再燃燒：霧化的作用是增大其表面積，充分與空氣接觸。（2） 在氣化的狀態(tài)下燃燒：油的燃燒溫度要比氣化溫度高。（3） 擴(kuò)散燃燒：在擴(kuò)散的過(guò)程中與空氣充分接觸混合；蒸發(fā)、擴(kuò)散、燃燒三個(gè)過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的，所以液體燃料是正壓燃燒。（4

7、） 給氧量不足會(huì)造成不同的熱分解，是燃料能否完全燃燒及鍋爐是否冒黑煙的關(guān)鍵。（5） 燃燒迅速、容易產(chǎn)生爆炸：燃燒機(jī)一般都要設(shè)計(jì)前（后）吹掃，大型鍋爐要設(shè)計(jì)防爆門(mén)。（三） 氣體燃料1、 燃燒特點(diǎn)（1） 與空氣的混合階段（2） 混合氣體的燃燒階段2、 燃燒特點(diǎn)（1） 必須與空氣混合：可提前混合，也可以在爐膛內(nèi)混合。（2） 燃燒過(guò)程迅速，火焰長(zhǎng)度短，溫度高。（3） 燃燒穩(wěn)定（4） 燃燒迅速、容易產(chǎn)生爆炸三：燃燒設(shè)備（一） 總的要求（1） 能夠保證燃料良好的燃燒性能。（2） 能夠根據(jù)鍋爐負(fù)荷的變化對(duì)燃燒設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。（3） 能夠方便司爐工的操作和減輕司爐工的勞動(dòng)強(qiáng)度。（4） 要求鋼耗量低、電耗量低（5

8、） 能夠在運(yùn)行中起到消煙除塵的作用。（二） 燃燒方式1、 層狀燃燒：又名火床燃燒2、 懸浮燃燒：又名室燃爐3、 沸騰燃燒：是介于層燃與室燃之間的一種燃燒方式。燃料的適應(yīng)性廣，可以燃燒劣質(zhì)煤，容易脫硫；磨損嚴(yán)重，飛灰嚴(yán)重。4、 流化床燃燒：（三）常見(jiàn)的燃燒設(shè)備第三節(jié) 鍋爐的傳熱與熱脹冷縮一、 熱量的三種傳遞方式1、 熱輻射：是鍋爐內(nèi)一種主要的傳熱方式，發(fā)生在鍋爐的爐膛內(nèi)。當(dāng)溫度高于1200時(shí)，輻射傳熱量是對(duì)流傳熱量的5倍以上。計(jì)算公式：qf=C0a(T41-T4b1)qf-爐膛輻射換熱量C0-絕對(duì)黑體輻射常數(shù)a-爐膛黑度T1-爐膛中煙氣及火焰的平均溫度T b1-受熱面煙氣側(cè)壁面溫度2、熱傳導(dǎo)發(fā)生

9、在一個(gè)物體或者兩個(gè)相接觸的物體之間，由高溫側(cè)向低溫側(cè)傳遞的過(guò)程。計(jì)算公式：q=t/s-導(dǎo)熱系數(shù)S-物體導(dǎo)熱厚度t-傳熱溫差3、熱對(duì)流是液體或氣體依靠本身的流動(dòng)來(lái)達(dá)到熱量傳遞的一個(gè)過(guò)程。計(jì)算公式：ql=at二、 鍋爐內(nèi)熱量傳熱的過(guò)程和傳遞方式1、 傳遞過(guò)程高溫?zé)煔饧盎鹧娴臒崃?（輻射或?qū)α鳎煔鈧?cè)管壁灰污層-（熱傳導(dǎo)）煙氣側(cè)管壁表面-（熱傳導(dǎo)）介質(zhì)側(cè)金屬表面-（熱傳導(dǎo)）介質(zhì)側(cè)水垢外表面-（熱傳導(dǎo)）介質(zhì)側(cè)水垢內(nèi)表面-（對(duì)流傳熱）介質(zhì)2、 三種傳遞方式同時(shí)存在3、 在不同的部位三種傳熱方式所起的作用不同4、 不同的情況下熱量的傳遞過(guò)程不同三、 鍋爐熱力計(jì)算的有關(guān)知識(shí)熱力計(jì)算的目的是已知鍋爐的蒸發(fā)量來(lái)

10、計(jì)算鍋爐各個(gè)部位的受熱面。1、 爐膛內(nèi)的傳熱計(jì)算爐膛內(nèi)，輻射傳熱是鍋爐的主要傳熱過(guò)程。傳熱公式：Q= C0aH(T41-T4b1)/BJ2、 對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算傳熱公式：Q=KHtK-傳熱系數(shù)，K=1/（1/ a1+h/h+gb/gb+sg/sg+1/ a2）經(jīng)簡(jiǎn)化，K=aa-煙氣側(cè)對(duì)流放射系數(shù)3、熱力計(jì)算的過(guò)程四、物體的熱脹冷縮1、熱膨脹對(duì)鍋爐的危害2、在鍋爐設(shè)計(jì)及安裝時(shí)，要充分考慮熱膨脹。使各受熱部件能夠自由伸縮。3、在檢驗(yàn)過(guò)程中，要注意熱膨脹問(wèn)題。檢查膨脹指示器是否缺失，能否正常工作，新安裝的鍋爐及停用的鍋爐指示點(diǎn)是否歸零。4、溫差應(yīng)力由于同一部件上存在溫差，各部分的膨脹量不同而產(chǎn)生的

11、。5、物體的線(xiàn)膨脹計(jì)算公式：L=aL0（t2-t1）第四節(jié)、水蒸汽的性質(zhì)級(jí)鍋爐水循環(huán)1、 水及水蒸汽的幾種狀態(tài)不飽和水-飽和水-飽和蒸汽-過(guò)熱蒸汽再熱蒸汽-在再熱器中流動(dòng)的過(guò)熱蒸汽2、 關(guān)于水及水蒸汽的幾個(gè)基本概念1、 飽和溫度：在一定的壓力下，對(duì)水進(jìn)行加熱，當(dāng)加熱到一定程度時(shí)，水開(kāi)始沸騰的溫度。不同壓力下水的飽和溫度不同。2、 顯熱：在一定的壓力下，使一公斤的0水加熱到飽和溫度時(shí)需要的熱量。3、 潛熱：在一定的壓力下，使一公斤的飽和水變成干飽和蒸汽時(shí)需要的熱量。4、 焓：在一定的壓力下，使一公斤的0水加熱到任一狀態(tài)下的水或蒸汽時(shí)需要的熱量。5、 過(guò)熱度：過(guò)熱蒸汽的溫度與該壓力下飽和蒸汽的溫度

12、差。6、 蒸汽濕度：飽和蒸汽中水的質(zhì)量含量。3、 鍋爐水循環(huán)4、 分類(lèi)：（1） 自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)（2）單管路自然循環(huán)和多管路自然循環(huán)5、 自然循環(huán)的原理利用上升管與下降管中介質(zhì)的密度差作為循環(huán)動(dòng)力。水循環(huán)流動(dòng)壓頭：P=H（11）6、 決定水循環(huán)的因素1、 鍋爐的工作壓力2、 受熱強(qiáng)度3、 回路高度4、 上升管與下降管的阻力5、 循環(huán)回路盡量簡(jiǎn)單6、 鍋內(nèi)裝置要求合理7、 下降管布置合理8、 下降管?chē)?yán)禁受熱常見(jiàn)的水循環(huán)故障1、 循環(huán)停滯2、 倒流3、 汽水分層4、 下降管帶汽第五節(jié) 鍋爐用鋼一、化學(xué)元素對(duì)鋼材的性能影響1、碳（C）碳的含量對(duì)金屬材料的抗拉強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性都有明顯的影響。碳

13、含量越高，金屬材料的抗拉強(qiáng)度、硬度增加；同時(shí)塑性和韌性降低，金屬的可焊性也隨之惡化。綜合考慮，碳含量一般控制在0.1%0.3%之間。通常在0.2%左右。2硫（S）能夠改善金屬的切削性。以熔點(diǎn)較低的FeS型式存在時(shí)，可以導(dǎo)致金屬的熱脆，在晶間開(kāi)裂。含量較高時(shí)，可以在焊接中出現(xiàn)SO2，在焊接的金屬中出現(xiàn)氣孔和縮松?？刂圃?.04%以下。3 磷（P）增加鋼的回火脆性和冷脆敏感性。磷含量高的位置往往會(huì)成為脆裂的起點(diǎn)。含量越高，鋼材的沖擊值越低。一般規(guī)定其在金屬中的含量在0.04%以下。4、硅（Si）含量越高，鋼材的韌性和塑性越低。硅的存在同時(shí)會(huì)降低金屬的可焊性。5、錳對(duì)提高低碳鋼、中碳鋼的強(qiáng)度有明顯的

14、作用。同時(shí)使塑性有所下降。當(dāng)含量高于1%時(shí)，鋼材的可焊性變壞。二、對(duì)鍋爐用鋼的要求蒸汽鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程中規(guī)定，鍋爐受壓元件所使用的金屬材料和焊縫金屬，在使用條件下應(yīng)具有規(guī)定的強(qiáng)度、韌性、延伸性、以及良好的抗疲勞性能和抗腐蝕性能。1、強(qiáng)度：（1）短期抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度在外加載荷的作用下，使金屬材料僅產(chǎn)生彈性變形而不產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最大載荷，叫做該金屬材料常溫及工作溫度下的抗拉強(qiáng)度。符號(hào)：b, tb屈服限在外加載荷的作用下，使金屬材料不僅產(chǎn)生彈性變形而且還產(chǎn)生一定量塑性變形。在載荷不變的前提下，塑性變形量也不變。這時(shí)的載荷叫做該金屬材料常溫及工作溫度下的屈服限。符號(hào)：s, ts(2)長(zhǎng)期強(qiáng)度特性在高

15、溫下，鋼材因受力而產(chǎn)生的變形，不僅與受力大小及溫度高低有關(guān)，而且隨時(shí)間的增加，在外加載荷不變的情況下，塑性變形量也增加，甚至破壞。蠕變?cè)诟邷貤l件下，鋼材在恒定的應(yīng)力作用下，隨時(shí)間延長(zhǎng)，塑性變形量也隨之增加的現(xiàn)象。蠕變限在某一高溫條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，引起允許的總?cè)渥冃蔚膽?yīng)力稱(chēng)作蠕變限。持久強(qiáng)度在某一較高溫度下，在規(guī)定的工作期限內(nèi)，引起蠕變破壞時(shí)的應(yīng)力稱(chēng)為持久強(qiáng)度。我國(guó)水管鍋爐強(qiáng)度計(jì)算（GB/T9222）中規(guī)定，鋼材的基本許用應(yīng)力按照下列三式中的最小值：j=b/nbj=ts/nsj=tD/nDb-常溫下鋼材的抗拉強(qiáng)度ts-工作溫度下鋼材的屈服限tD-工作溫度下鋼材的持久強(qiáng)度3、 延伸性和韌性（

16、1） 伸長(zhǎng)率：=(L1-L0)/ L0100%（2） 斷面收縮率：=(F1-F0)/ F0100%（3） 沖擊值：ak=A/Fa-GB/T9222水管鍋爐強(qiáng)度計(jì)算中規(guī)定，鍋爐受壓元件中鋼板的伸長(zhǎng)率不小于18%。b-鋼材的沖擊值是以三個(gè)試樣的平均值作為鋼材的韌性指標(biāo)。鋼材的常溫沖擊值不小于59J。c-時(shí)效沖擊值。時(shí)效沖擊值不小于29J。3、良好的可焊性三、鍋爐用鋼的分類(lèi)及選用1、鍋爐用鋼必須為鎮(zhèn)靜鋼2、鋼板20時(shí)的伸長(zhǎng)率5不低于18%3、碳素鋼及碳錳鋼溫室時(shí)的夏比（V型缺口試樣）沖擊吸收功不低于27J第六節(jié)、受壓元件的焊接與脹接一、常用的焊接方法及工藝要求1、手工電弧焊2、埋弧自動(dòng)焊3、鎢極氬弧

17、焊4、熔化極氣體保護(hù)焊5、電渣焊6、摩擦焊二、脹接1、脹接的基本原理利用金屬材料的不均勻變形所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，使管端與管板緊密連接在一起。管子產(chǎn)生塑性變形，管板產(chǎn)生彈性。脹接分為兩個(gè)階段：（1）、固定脹消除管子與管孔的間隙 （2）、緊固脹使管子與管板緊密結(jié)合在一起。2、脹接的特點(diǎn)：（1）強(qiáng)度和嚴(yán)密性不如焊接，但能夠滿(mǎn)足強(qiáng)度及嚴(yán)密性的要求。（2）省時(shí)、省料，節(jié)約成本（3）是冷加工，不改變母材金屬的組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。（4）管子便于更換3、影響脹接質(zhì)量的因素（1）脹管率的控制：嚴(yán)禁欠脹和過(guò)脹（2）管子與管孔的間隙（3）管子與管孔的接觸情況（4）管子伸出長(zhǎng)度與扳邊情況（5）管板厚度（6）金屬材料塑性

18、的影響 (7)管孔節(jié)距與位置的影響（8）脹管器的影響第七節(jié) 鍋爐檢驗(yàn)檢測(cè)工作a) 鍋爐結(jié)構(gòu)第一節(jié) 鍋爐結(jié)構(gòu)的基本要求一、從安全的角度1 、要保證受壓元件有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性2、保證鍋爐結(jié)構(gòu)各部分在運(yùn)行時(shí)自由膨脹。3、要有良好的水循環(huán)，以保證受熱面有良好的冷卻。4、水冷壁、爐膛應(yīng)有足夠的承載能力。5、受壓元件開(kāi)孔和焊縫應(yīng)盡量避免或減少應(yīng)力集中。6、鋼架在承受載荷時(shí)，要有足夠的強(qiáng)度、剛度、抗腐蝕性。7、鍋爐結(jié)構(gòu)要便于安裝、操作、檢修和清洗內(nèi)外部8、安全附件和制動(dòng)控制應(yīng)可靠9、爐膛結(jié)構(gòu)應(yīng)有承壓能力和可靠的防爆措施。二、從經(jīng)濟(jì)角度1、合理布置受熱面，從分吸收熱量、最大限度的減少各種熱損失，提高鍋爐的熱

19、效率。2、合理的選擇和使用鋼材，盡量降低鋼材的消耗量，節(jié)約金屬。3、能夠消耗最少的燃料達(dá)到鍋爐規(guī)定的參數(shù)。4、要根據(jù)鍋爐參數(shù)和給定的燃料來(lái)選擇鍋爐的結(jié)構(gòu)5、合理配置鼓、引風(fēng)機(jī)。6、盡量降低輔助設(shè)備的耗電量。7、提高自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。第二節(jié) 鍋爐的參數(shù)及型號(hào)一、鍋爐的參數(shù)蒸汽鍋爐：1、出力：D 噸/小時(shí)（t/h）2、壓力：P 兆帕（MPa） 公斤/平方厘米（kgf/cm2）1kgf/cm2=0.98MPa3、給水溫度：tgs 4、排煙溫度：tpy 5、熱效率： 熱水鍋爐1、出力：N 兆瓦（MW） 大卡/小時(shí)（kcal/h）2、壓力：P 兆帕（MPa） 公斤/平方厘米（kgf/cm2）

20、1kgf/cm2=0.98MPa3、出水/回水溫度：tcs/ths 4、排煙溫度：tpy 5、熱效率： 二、鍋爐的分類(lèi)1、按用途：（1）電站鍋爐（2）工業(yè)鍋爐（3）船用鍋爐（4）機(jī)車(chē)鍋爐2、按結(jié)構(gòu)（1）鍋殼鍋爐（2）水管鍋爐（3）水火管鍋爐3、按容量（1）小型鍋爐 D10t/h（2）中型鍋爐75t/h（3）大型鍋爐75t/h4、按循環(huán)方式（1）自然循環(huán)（2）強(qiáng)制循環(huán)（3）混合循環(huán)（4）直流鍋爐5、按出口工質(zhì)壓力（1）低壓鍋爐 P2.5MPa（2）中壓鍋爐P 3.8MPa（3）高壓鍋爐P 9.8MPa（4）超高壓P 13.7MPa（5）亞臨界P 16.7MPa（6）超臨界P22.1MPa6、按燃

21、燒方式（1）層燃爐（2）室燃爐（3）旋風(fēng)爐（4）流化床鍋爐7、按燃料（1）固體燃料鍋爐（2）液體燃料鍋爐（3）氣體燃料鍋爐（4）余熱鍋爐8、按照排渣方式（1）固態(tài)排渣爐（2）液態(tài)排渣爐9、按出廠方式（1）快裝鍋爐（2）組裝鍋爐（3）散裝鍋爐10、按鍋筒個(gè)數(shù)（1）單鍋筒（2）雙鍋筒（3）無(wú)鍋筒三、鍋爐的型號(hào)1、工業(yè)蒸汽鍋爐的型號(hào)舉例：SZL10-1.25-AII SZL20-2.5/400-AII DZL10-0.7-W SHL10-1.25-AIII3 SZS6-1.6-Y(Q)WNS10-1.25-Y(Q)2 、工業(yè)熱水鍋爐的型號(hào)舉例：DZL2.8-1.0/115/70-AIISZL7-0.7/95/70-AIIWNS14-1.25/130/70-AIIQXL10.5-1.0/115/70-AII23、煙道式