锅炉简介

机组是运用燃料或其他能源的热能把水加热成为冷水或蒸气的机械设备。锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所，机组包括锅和炉两大部份。机组中形成的冷水或蒸气可直接为工业生产和人民生活提供所须要的热能，也可通过蒸气动力装置转化为机械能，或再通过发马达将机械能转化为电能。提供开水的机组称为冷水机组，主要适于生活，工业生产中还有少量应用。形成蒸气的机组称为蒸气机组，常简称为机组，多适于火电厂、船舶、机车和工矿企业。

机组的发展

机组的发展分锅和炉两个方面。

18世纪上半叶，美国铜矿使用的蒸气机，包括瓦特的早期蒸气机在内，所用的蒸气压力等于大气压力。18世纪后半叶改用低于大气压力的蒸气。19世纪，常用的蒸气压力增加到0.8兆帕左右。与此相适应，最早的蒸气机组是一个盛水的大半径圆筒形卧式锅壳，之后改用立式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。

随着机组越做越大，为了提高受热面积，在锅壳中改装火筒，在火筒后端烧火，烟气从火筒上面下来蒸汽发生器，通过砖砌的烟道排向水塔并对锅壳的外部加热，称为火筒机组。开始只装一只火筒，称为单火筒机组或康尼许机组，之后加到两个火筒，称为双火筒机组或兰开夏机组。

1830年左右，在把握了优质铁管的生产和胀管技术后来出现了火管机组。一些火管装在锅壳中，构成机组的主要受热面，火(烟气)在管内流过。在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管，称为立式外燃退火管机组。它的金属耗量较低，但还要巨大的砌体。

19世纪中叶，出现了水管机组。机组受热面是锅壳外的水管，代替了锅壳原本和锅壳内的火筒、火管。机组的受热面积和蒸气压力的提高不再遭到锅壳半径的限制，有促使减少机组蒸发量和蒸气压力。此类机组中的圆筒形锅壳遂更名为锅筒，或称为炉膛。早期的水管机组只用直水管，直水管机组的压力和容量都遭到限制。

二十世纪早期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸气参数较高的窑炉。直水管机组已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式机组。开始是选用多锅筒式。随着风冷壁、过热器和省煤器的应用，以及锅筒内部汽、水分离器件的改进，锅筒数量日渐提高，既节约了金属，又有促使减少机组的压力、温度、容量和效率。

原先的火筒机组、火管机组和水管机组都属于自然循环机组，水汽在上升、下降管道中因受热状况不同，导致密度差而形成自然流动。在发展自然循环机组的同时，从30年代开始应用直流机组，40年代开始应用辅助循环机组。

辅助循环机组又称强制循环机组，它是在自然循环机组的基础上发展上去的。在增长管系统内改装循环泵，以增强蒸发受热面的水循环。直流机组中没有锅筒，给水由给水泵送入省煤器，经风冷壁和过热器等蒸发受热面，弄成过热蒸气运抵汽轮机，各部份流动阻力全由给电机来摆脱。

第二次世界大战之后，这两种型式的机组得到较快发展，由于当初发电锅炉要求低温高压和大容量。发展这两种机组的目的是缩小或不用锅筒，可以选用小半径管子作受热面，可以比较自由地布置受热面。随着手动控制和水处理技术的进步，他们逐渐成熟。在超临界压力时，直流机组是唯一可以选用的一种机组，70年代最大的单台容量是27兆帕压力配1300兆瓦发电锅炉。之后又发展了由辅助循环机组和直流机组复合而成的复合循环机组。

在机组的发展过程中，燃料种类对窑炉和燃烧设备有巨大的影响。为此，不但要求发展各类炉型来适应不同燃料的燃烧特性，但是需要增加燃烧效率以节省能源。之外，窑炉和燃烧设备的技术改进还要求尽量降低机组排烟中的污染物(硫氧化物和氮氧化物)

早年的锅壳机组选用固定炉排，多燃用优质煤和木炭，加煤和除渣均用手工操作。直水管机组出现后开始选用机械化炉排，其中链条炉排得到了广泛的应用。炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成份段送风。

初期窑炉狭小，燃烧效率低。之后人们认识到熔池体积和结构在燃烧中的作用，将汽包造高，并辅以炉拱和二次风，因而增加了燃烧效率。

发电锅炉功率超出6兆瓦时，以上这种层燃炉的炉排规格太大，结构复杂，不易布置，因此20年代开始使用室燃炉，室燃炉燃烧褐煤和油。煤由磨煤机磨成褐煤后用燃烧器喷入窑炉燃烧，发电锅炉的容量遂不再受燃烧设备的限制。自第二次世界大战初起，电厂机组几乎全部选用室燃炉。

早年制造的褐煤炉选用了Ｕ形火焰。燃烧器涌出的褐煤气流在熔池中先衰退，再直行上升。之后又出现了前墙布置的旋流式燃烧器，火焰在熔池中产生Ｌ形火炬。随着机组容量减小，旋流式燃烧器的数量也开始降低，可以布置在右侧墙卧式锅炉，也可以布置在前后墙。1930年左右出现了布置在熔池四角且大多成切圆燃烧方法的直流燃烧器。

第二次世界大战后，石油价廉，许多国家开始广泛选用汽油机组。汽油机组的手动化程度容易增加。70年代石油涨价后，许多国家又再次转向运用焦炭资源。这时电厂机组的容量也越来越大，要求燃烧设备除了能燃烧完全，大火稳定，运行靠谱，低负荷功耗好，还应当提高排烟中的污染物质。

在燃煤(非常是燃粉煤)的电厂机组中选用分级燃烧或高温燃烧技术，即推迟烟煤与空气的混和或在空气中掺烟气以降低燃烧，或把燃烧器分散开来抑止炉温，不但可抑止氮氧化物生成，能够降低结渣。沸腾燃烧方法属于一种高温燃烧，除易燃用产率非常高的固体燃料外，还可在沸腾床中掺入石灰石用以脱硝。

机组的工作

机组参数是表示机组功耗的主要指标，包括机组容量、蒸汽压力、蒸汽体温、给水气温等。机组容量可用额定蒸发量或最大连续蒸发量来表示。额定蒸发量是在规定的出口压力、温度和效率下，单位时间内连续生产的蒸气量。最大连续蒸发量是在规定的出口压力、温度下，单位时间内能最大连续生产的蒸气量。

蒸气参数包括机组的蒸气压力和湿度，一般是指过热器、再热器出口处的过热蒸气压力和湿度如没有过热器和再热器，即指机组出口处的饱和蒸气压力和湿度。给水气温是指省煤器的进水体温，无省煤器时即指锅筒进水体温。

机组可根据不同的方式进行分类。机组按用途可分为工业窑炉、电站机组、船用机组和机车机组等；按机组出口压力可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力等机组；机组按水和烟气的流动路径可分为火筒机组、火管机组和水管机组，其中火筒机组和火管机组又称作为锅壳机组；按循环形式可分为自然循环机组、辅助循环机组(即强制循环机组)、直流机组和复合循环机组；按燃烧方法，机组分为室燃炉、层燃炉和沸腾炉等。

在水汽系统方面，给水在加热器中加热到一定湿度后，经给水管线踏入省煤器，逐步加热之后送入锅筒，与锅水混和后沿增长管下行至风冷壁进口集箱。水在风冷壁管内吸收窑炉幅射热产生饮料混和物经上升管抵达锅筒中，由饮料分离装置使水、汽分离。分离下来的饱和蒸气由锅筒下部流往过热器，继续放热成为一定湿度的过热蒸气（现在大多300MW、600MW锅炉主汽气温约为540℃左右），于是运抵汽轮机。

在燃烧和烟风系统方面，送水泵将空气送入空气预热器加热到一定湿度。在磨煤机中被磨成一定酸值的褐煤，由来自空气预热器的一部份热空气携带经燃烧器喷入窑炉。燃烧器涌出的褐煤与空气混和物在熔池中与其余的热空气混和燃烧，放出大量糖分。燃烧后的热烟气次序流经窑炉、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经过除尘装置，去除其中的飞灰，最后由引水泵运抵水塔排向大气。

机组的结构

机组整体的结构包括机组本体和辅助设备两大部份。机组中的窑炉、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸气的核心部份，称为机组本体。机组本体中两个最主要的部件是窑炉和锅筒。

窑炉又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料置于炉排上，进行火床燃烧的窑炉称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成糊状的固体燃料，喷入火室燃烧的窑炉称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托举使其呈沸腾状态燃烧，并用于燃烧劣质燃料的窑炉称为沸腾炉，又称流化床炉；运用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形窑炉称为旋风炉。

窑炉的横截面通常为正六边形或方形。燃料在熔池内燃烧产生火焰和低温烟气，因此窑炉四周的炉墙由耐低温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常铺设风冷壁管，它既保护炉墙不致损坏，又吸收火焰和低温烟气的大量幅射热。

窑炉设计须要充分考虑使用燃料的特征。每台机组应尽量燃用原设计的燃料。燃用特征差异较大的燃料时机组运行的经济性和靠谱性都或许增加。

锅筒是自然循环和多次强制循环机组中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸气的圆筒比喻器。锅筒繁体由优质厚厚板制成，是机组中最重的部件之一。

锅筒的主要功能是储水，进行饮料分离，在运行中排除锅水底的碱水和泥渣，防止富含高含量盐分和杂质的锅水随蒸气踏入过热器和汽轮机中。

锅筒内部装置包括饮料分离和蒸气擦洗装置、给水分管路、排污和投药设备等。其中汽水份离装置的作用是将从风冷壁来的饱和蒸气与水分离开来，并尽量降低蒸气中携带的细小水滴。中、低压机组常用挡板和空隙挡板作为粗分离器件；中压以上的机组除广泛选用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行逐步分离。锅筒上还装有水位表、安全阀等检测和保护设施。

为了考评功耗和改进设计，机组常要经过热平衡实验。直接从有效运用能量来估算机组热效率的方式叫正平衡，从各类热损失来反算效率的方式叫反平衡。考虑机组房的实际效益时，除了要看机组热效率卧式锅炉，需要计及机组辅机所消耗的能量。

单位品质或单位体积的燃料完全燃烧时，按物理反应估算出的空气需求量称为理论空气量。为了使燃料在熔池内有更多的机会与二氧化碳接触而燃烧，实际送入炉内的空气量总要小于理论空气量。其实多送入空气可以降低不完全燃烧热损失，但排烟热损失会减小，就会减缓硫氧化物浸蚀和氮氧化物生成。因而应设法改进燃烧技术，力争以尽量小的适量空气系数使窑炉内燃烧完全。

机组烟气中所含烟尘(包括飞灰和碳黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质，未经洁净时其排放指标可达到环境保护规定指标的几倍到数十倍。控制哪些物质排放的举措有燃烧前处理、改进燃烧技术、除尘、脱硫和脱硫等。利用高水塔只好增加水塔附近地区大气中污染物的含量。

烟气除尘所使用的斥力有重力、离心力、惯性力粘附力以及声波、静电等。对粗颗粒通常选用重力沉降和惯性力的分离，在较高容量下常选用离心力分离除尘静电除尘器和袋子过滤器具备较高的除尘效率。干式和彭氏—水膜除尘器中水滴水膜能黏附飞灰，除尘效率很高能够吸收气态污染物。

二十世纪50年代以来，人们努力发展煤灰综合运用，化害为利。如用碎砖制造混凝土、砖和水泥级配等建筑材料。70年代起又从粉矿渣中提取实心微珠，作为耐火保温等材料。

机组未来的发展将逐步减少机组和电厂热效率；减少机组和电厂的单位功率的设备造价；减少机组锅炉的运行灵活性和手动化水平；发展更多机组品种以适应不同的燃料；减少机组锅炉及其辅助设备的运行靠谱性；降低对环境的污染。

机组的分类

可以从不同视角出发对机组进行分类：

1、按烟气在机组流动的情况分：水管机组、锅壳机组（火管机组）、水火管组合式机组

2、按锅筒放置的方法分：卧式机组、卧式机组

3、按用途分：生活机组、工业窑炉、电站机组、车船用机组

4、按介质分：蒸气机组、热水机组、汽水两用机组、有机热载体机组

5、按安装方法分：快装机组、组装机组、散装机组

6、按燃料分：燃煤机组、燃油机组、燃气机组、余热机组、电加热机组、生物质机组

7、按水循环分：自然循环、强制循环、混合循环

8、按压力分：常压机组、低压机组、中压机组、高压机组、超高压机组

9、按机组总数分：单锅筒机组、双锅筒机组

10、按燃烧定在机组内部或外部份：内燃式机组、外燃式机组

11、按工质在蒸发系统的流动模式可分为自然循环机组、强制循环机组、直流机组等。

12、按制造级别分类：A级、B级、C级、D级、E级（按制造机组的压力分）

13、按出口蒸气压力分为：低压机组（P〈2.5MPa）、中压机组（22.5〈P〈4.0MPa）、高压机组（4.0〈P=10MPa）、超高压机组（10〈P=13.7MPa）、亚临界机组（13.7〈P=16.7MPa）、超临界机组（P=22MPa）。