关于锅炉的基础知识简介

摘要：本文主要介绍了常见锅炉的不同的分类方法，锅炉基本的工作原理，主要工作参数，以及锅炉的主要部件和基本附件，主要采用分类、列表和图表的方式，简单、直观的介绍了锅炉的基本理论知识，利于初学者学习了解。

关键词：锅炉;工作原理;锅炉分类;基本部件;基本附件

第一章：锅炉的工作原理

锅炉的用途及工作原理

锅炉是国民经济中重要的热能供应设备。电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品等行业，以及工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的热能。锅炉是利用燃料燃烧释放出的热能或其他能量将工质（中间载热体）加热到一定参数的设备。应用于加热水使之转变为蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，也称为蒸汽发生器;应用于加热水使之提高温度转变为热水的锅炉，称为热水锅炉;而应用于加热有机热载体的锅炉称为有机热载体锅炉。

从能源利用的角度看，锅炉是一种能源转换设备。在锅炉中，一次能源（燃料）的化学贮藏能通过燃烧过程转化为燃烧产物（烟气和灰渣）所载有的热能，又通过传热过程将热量传递给中间载热体（例如水和蒸汽），依靠它将热量输送到用热设备中。

在锅炉中进行着三个主要过程：

1）燃料在炉内燃烧，其化学贮藏能以热能的形式释放出来，使火焰和燃烧产物（烟气和灰渣）具有高温。

2）高温火焰和烟气通过 “受热面“ 向工质（热媒）传递热量。

3）工质（热媒）被加热，其温度升高或者汽化为饱和蒸汽，或再进一步被加热成为过热蒸汽。

第二章：锅炉的分类

一、按用途分类：

1. 电站锅炉：用于发电，大多为大容量、高参数锅炉，火室燃烧，效率高，出口工质为过热蒸汽。

2. 工业锅炉：用于工业生产和采暖，大多数为低压、低温、小容量锅炉，火床燃烧居多，热效率较低，出口工质为蒸汽的称为蒸汽锅炉，出口工质为热水的称为。   3.船用锅炉：   4.机车锅炉：

二、按结构分类：

1. 火管锅炉：烟气在火管内流过，一般为小容量、低参数锅炉，热效率低，但结构简单，水质要求低，运行维修方便。

2. 水管锅炉：汽水在管内流过，可以制成小容量，低参数锅炉，也可以制成大容量、高参数锅炉。电站锅炉一般均为水管锅炉，热效率高，但对水质和运行水平的要求也较高。

三、按循环方式分类

1. 自然循环锅筒锅炉  2. 多次强制循环锅筒锅炉  3. 低倍率循环锅炉 ; 4. 直流锅炉 5. 复合循环锅炉

四、按燃烧方式分类

1. 火床燃烧锅炉：主要用于工业锅炉，包括固定炉排炉、往复炉排炉等。

2. 火室燃烧锅炉：主要用于电站锅炉，燃用液体燃料、气体燃料和煤粉的锅炉均为火室燃烧锅炉

3. 沸腾炉：送入炉排空气流速较高，使大颗粒燃煤在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小颗粒燃煤随空气上升  并燃烧。

五、按所用燃料或能源分类

1. 固体燃料锅炉：燃用煤等固体燃料; 2. 液体燃料锅炉：燃用重油等液体燃料;3. 气体燃料锅炉：燃用天然气等气体燃料;

六、按炉膛烟气压力

1. 负压锅炉：炉膛压力保持负压，有送、引风机，是燃煤锅炉主要型式;

2. 微正压锅炉：炉膛表压2—5KPa，不需引风机，易于低氧燃烧;

七、锅筒布置分类  1. 单锅筒  2. 双锅筒

八、余热锅炉：利用冶金、石油化工等工业的余热作热源;九、原子能锅炉：利用核反应堆所释放热能作为热源的蒸汽發生器;

十、废热锅炉：利用垃圾、树皮、废液等废料作为燃料的锅炉;十一、其它能源锅炉：利用地热、太阳能等的蒸汽发生器或热水器。

十二、按级别分类

A级锅炉：额定工作压力（表压，下同）P≥3.8MPa的锅炉，包括：

1.超超临界锅炉：P≥27.0MPa或额定出口温度≥590℃的锅炉; 2.超临界锅炉：22.1MPa≤P<27.0MPa; 3.亚临界锅炉：16.7MPa≤P<22.1MPa;

4.超高压锅炉：13.7MPa≤P<16.7MPa;   5.高压锅炉：9.8MPa≤P<13.7MPa;  6.次高压锅炉：5.4MPa≤P<9.8MPa;

7.中压锅炉：3.8MPa≤P<5.4MPa。

B级锅炉;Ø    1.蒸汽锅炉：0.8MPa

1.0t/h;  2.热水锅炉：额定出水温度≥120℃或额定热功率>4.2MW;

3.有机热载体锅炉：（1）使用气相有机热载体的锅炉; （2）液相有机热载体锅炉：额定热功率>4.2MW;

C级锅炉，除D级锅炉外的下列锅炉：Ø

1.蒸汽锅炉：额定工作压力≤0.8MPa且额定蒸发量≤1.0t/h的蒸汽锅炉; 2.热水锅炉：额定出水温度<120℃且额定热功率≤4.2MW;

3.液相有机热载体锅炉：额定热功率≤4.2MW。

D级锅炉：Ø 1.蒸汽锅炉：设计正常水位时水容积≤50L且额定工作压力<0.8MPa;2.汽水两用锅炉：额定工作压力≤0.04MPa且额定蒸发量≤0.5t/h的锅炉;

注：我们的常说的锅炉是指工业锅炉，有蒸汽锅炉、热水锅炉和有机热载体锅炉，

第三章.锅炉型号

我国工业锅炉产品的型号的编制方法是依据JB1626标准规定进行的。其型号由三部分组成。各部分之间用短线隔开。表示方法下第一部分：表示锅炉型式，燃烧方式和额定蒸发量或额定热功率。共分三段：第一段用两个汉语拼音表示锅炉总体形式;第二段用一个汉语拼音字母代表燃烧方式（废热锅炉无燃烧方式代号）;第三段用阿拉伯数字表示蒸汽锅炉的额定蒸发量，单位为t/h（吨/小时），或热水锅炉的额定热功率，单位为MW（兆瓦）或废热锅炉的受热面，单位为m2（平方米）。

第二部分：表示介质参数。共分两段，中间用斜线分开，第一段用阿拉伯数字表示介质出口压力，单位为MPa（兆帕）;第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度或出水温度、回水温度，单位为℃，生产饱和蒸汽的锅炉没有这段数字。

第三部分：表示燃料种类和设计次序。共分两段：第一段用汉语拼音字母代表燃料种类，同时以罗马数字代表燃料分类与之并列。如同时使用几种燃料，主要燃料放在前面一段连接书写。原型设计无第二段。

第四章：主要参数

锅炉的主要参数，包括锅炉产生热能的数量和质量两个方面的指标。如蒸汽锅炉的主要参数是生产蒸汽的数量和蒸汽的压力、温度，热水锅炉的主要参数是热水的流量和热水的压力、温度。

一、蒸发量：锅炉出力蒸汽锅炉的出力是指每小时所产生的蒸汽数量，也称为锅炉的蒸发量，用以表示其产汽的能力。蒸发量又称为容量，用符号 D 来表示，常用的单位是 “t/h“。新锅炉出厂时，铭牌上所标示的蒸发量，指的是这台锅炉的额定蒸发量。所谓额定蒸发量，是指锅炉燃用设计的燃料品种，并在设计参数下运行，即在规定的压力、温度和一定的热效率下，长期连续运行时每小时所产生的蒸汽量。

二、热功率：热水锅炉的出力是指锅炉在确保安全的前提下长期连续运行，每小时输出热水的有效供热量，称为锅炉的额定供热 量。热水锅炉的额定供热量用热功率表示，其单位为 “MW“。

三、工作压力：锅炉压力是指垂直作用在单位面积上的力，通常叫压力（实际上是压强）。用符号 p 表示，单位是 “MPa“。锅炉的压力是根据所用金属材料在一定温度条件下的强度，受压元件的几何形状以及受压特点等条件，按照国家颁布的有关强度计算标准，对各个受压元件分别进行壁厚计算，然后从中选出一个所能承受的压力最低值，作为这台锅炉的最高允许使用压力。

四、温度：温度是指物体冷热的程度（通常用符号 t 表示）。测量温度常用的单位是摄氏度，用C 表示。在锅炉设计计算中，常用绝对温度单位，用 K 表示。绝对温度的零度为零下 273 摄氏 度（。C）。如果以 T 表示绝对温度的值，以 t 表示摄氏温度的 值，其转换公式为：T=t+273K    温度通常用摄氏温度（用符号。C 表示）和华氏温度（用符号下表示）。目前我国常用的是摄氏温度。（1）摄氏温度：以水在一个大气压下开始沸腾时的温度（即沸点）为 100。c，水开始结冰时的温度（即冰点）为 0。c，

第五章：锅炉的基本部件

主要部件（锅筒，受热面，集箱，管道）

炉本体：炉膛、燃烧器、空气预热器、烟风道   锅本体：省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器、再热器等。

1：锅筒

汽包（亦称锅筒）是自然循环锅炉中最重要的受压元件，锅筒的作用主要有：

1：是工质加热、蒸发、过热过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环。2：内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。

3：有一定水量，具有一定蓄热能力，缓和汽压的变化速度。4：有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备，保证锅炉安全运行。

2：受热面

锅和炉是通过传热过程相互联系在一起的。锅和炉的分界面就是受热面，通过受热面进行着放热介质（火焰、烟 气）向受热介质（水、蒸汽或空气）的传热。受热面从放热介质吸收热量并向受热介质放出热量。

3：集箱

它是汇集炉管排列联接的主要元件，有分配供水和引出的作用，按其所在位置有上集箱和下集箱或進口集箱和出口集箱之分。

上集箱位于炉管上部，汇集上升管束的水汽混合物，通过导管引人上锅筒。下集箱位于炉管的下部，与下锅筒连接供水、分配给上升炉管。下集箱有排污管，端部还开有手孔，以便检查清扫集箱内部。除锅炉本体集箱外，在省煤器，过热器等部件上也有各自相应的集箱。集箱一般由较大直径的无缝钢管和两个端盖焊接而成。

4，：省煤器（economizer）

省煤器的分类有多种方式，可按如下几种方式分类：

1、按给水被加热的程度：可分为非沸腾式和沸腾式两种。

2、按制造材料分：有铸铁和钢管省煤器两种。非沸腾式省煤器多采用铸铁制成的，但也有用钢管制成的，而沸腾式省煤器只能用钢管制成。铸铁省煤器多应用于压力≤2.5MPa的锅炉。如压力超过2.5MPa时，应当采用钢管制成的省煤器。

3、按装置的形式分：有立式及卧式两种。 4、按排烟与给水的相对流向分：有顺流式、逆流式和混合式三种。

省煤器作用：1、吸收低温烟气的热量，降低排烟温度，减少排烟损失，节省燃料。

2、由于给水进入汽包之前先在省煤器加热，因此减少了给水在受热面的吸热，可以用省煤器来代替部分造价较高的蒸发受热面。

3、给水温度提高了，进入汽包就会减小壁温差，热应力相应的减小，延长汽包使用寿命。

5：过热器（superheater，SH）

一、简介：

锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件，称蒸汽过热器。大部分工业锅炉不装设过热器，因为许多工业生产流程和生活设施只需要饱和蒸汽。在电站、机车和船用锅炉中，为了提高整个蒸汽动力装置的循环热效率，一般都装有过热器。采用过热蒸汽可以减少汽轮机排汽中的含水率。过热蒸汽温度的高低取决于锅炉的压力、蒸发量、钢材的耐高温性能以及燃料与钢材的比价等因素。

二、类型和特点：

过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式;按结构特点可分为蛇形管式、屏式、墙式和包墙式。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。对流式过热器最为常用，采用蛇形管式。它具有比较密集的管组，布置在 450～1000℃烟气温度的烟道中，受烟气的横向和纵向冲刷。烟气主要以对流的方式将热量传递给管子，也有一部分辐射吸热量。屏式过热器由多片管屏组成，布置在炉膛内上部或出口处，属于辐射或半辐射式过热器。前者吸收炉膛火焰的辐射热，后者还吸收一部分对流热量。在10兆帕以上的电站锅炉中，一般都兼用两种过热器，以增加吸热量。

三、材料：

过热器管壁金属在锅炉受压部件中承受的温度最高，因此必须采用耐高温的优质低碳钢和各种铬钼合金钢等，在最高的温度部分有时还要用奥氏体铬镍不锈钢。锅炉运行中如果管子承受的温度超过材料的持久强度、疲劳强度或表面氧化所容许的温度限值，则会发生管子爆裂等事故。

6：空气预热器（air preheater）

空气预热器就是利用锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的散热片将进入锅炉前的空气预热到一定温度的热交换设备。用于提高锅炉的热效率。影响空气预热器性能的关键问题是：振动噪声漏风、腐蚀和堵灰。在设计管式空气预热器时，应合理地选用空气流速和管箱尺寸，或者沿气流方向加装防振隔板，以防止引起空腔共振并消除噪声。回转式空气预热器的漏风，应从设计、制造、安装和运行等方面采取措施，使其在热状态下动静组件之间保持合理的密封间隙。燃用高硫燃料时，管式和回转式预热器均易产生腐蚀和堵灰。

7：水冷壁（water cooled wall）

一、简介：

水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部 为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的熱量。水冷壁最初设计时，目的并不是受热，而是为了冷却炉膛使之不受高温破坏。敷设在锅炉炉膛内壁、由许多并联管子组成的蒸发受热面。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度，保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。锅炉中有40～50%甚至更多的热量由水冷壁所吸收。除少数小容量锅炉外，现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。

第六章：锅炉的基本系统

给水系统：主要包括给水泵、给水操作台（主给水管路、给水旁路和电动调节门）等。

通风系统：主要包括送风机、引风机、风道和烟囱等。

除尘除渣系统：包括除尘器（常用的有电除尘器和袋式除尘器两种）;

水一汽系统、煤一灰系统和风—烟系统是锅炉的三大主要系统，这三个系统的工作是同时进行的。

通常将燃料和烟气这一侧所进行的过程（包括燃烧、放热、排渣、气体流动等）总称为 “ 炉内过程 “;把水、汽这一侧所进行的过程（水和蒸汽流动、吸热、汽化、汽水分离、热化学过程等）总称为 “ 锅内过程 “。

第七章：锅炉附件：主要包括安全阀、水位计、热工仪表、自动控制装置及汽水管道上的阀门等。

1、水位表

水位表是蒸汽锅炉的安全附件之一。用于指示锅炉内水位的高低，协助司炉人员监视锅炉水位的动态，以便控制锅 炉水位在正常幅度之内。如果没有水位表，水位表损坏或者模糊不清，看不见水位而盲目进水，就会发生事故。

水位表的结构和形式 常用的水位表有玻璃管式、平板式、双色和磁翻柱液位计等几种。

水位表的安全技术要求

1. 每台锅炉应装两个彼此独立的水位表（即各水位表的汽、水连管分别接到锅筒上）。但蒸发量《 0.5t/h 的锅炉、电 加热锅炉、额定蒸发量小于或等于 2t/h。且装有一套可靠的 水位示控装置的锅炉、装有两套各自独立的远程水位显示装置的锅炉，可以只装一个直读式水位表。

2. 水位表应装在便于观察的地方。水位表距操作地面高于 6m，应加装远程水位显示装置。

3. 用远程水位显示装置监视水位的锅炉，控制室内应有 两个可靠的远程水位显示装置，同时运行中必须保证有一个直读式水位表正常工作。

4. 水位表应有下列标志和防护装置.

（1）水位表应有指示最高、最低安全水位和正常水位的明显标志。水位表的下部可见边缘应比最高火界至少高 5Omm，且应比最低安全水位至少低 25mm，水位表的上部可 见边缘应比最高安全水位至少高 25mm。

（2）为防止水位表损坏时伤人，玻璃管式水位表应有防护装置，但不得妨碍观察真实水位。

（3）水位表应有放水阀门和接到安全地点的放水管。

5. 水位表的结构和装置应符合下列要求

（1）锅炉运行中能够吹洗和更换玻璃板（管）;

（2）用两个及两个以上玻璃板组成一组的水位表，能够保证连续指示水位;

（4）连接管应尽可能地短。如连接管不是水平布置时，汽 连管中的凝结水应能自行流向水位表，水连管中的水应能自 行流向锅筒（壳），以防止形成假水位

6. 阀门的流道直径及玻璃管的内径都不得小于8mm.

7. 水位表（或水表柱）和锅筒（锅壳）之间的汽水连接管上，应装有阀门，锅炉运行时阀门必须处于全开位置。

2、温度仪表

一、温度仪表的作用 温度是热力系统的重要状态参数之一。在锅炉和锅炉房 热力系统中，给水、蒸汽和烟气等介质的热力状态是否正常，风机和水泵等设备轴承的运行情况是否良好，都依靠对温度测量的仪表来进行监视。

二、温度仪表的结构 常用的温度测量仪表有玻璃温度计、压力式温度计、热电偶温度计、光学温度计和热电阻温度计等多种。

三、对温度仪表的安全技术要求

1. 为测量蒸汽锅炉的下列温度，应在相应部位装设测温仪表

（1）过热器出口的汽温;（2）由几段平行管组组成的过热器的每组出口的汽温

（3）铸铁省煤器出口的水温;（4）燃油锅炉空气预热器烟气出口的烟温

（5）过热器的人口烟温;（6）燃油锅炉燃烧器的燃油入口油温。有过热器的锅炉，还应装设过热蒸汽温度的记录仪表。

4.有表盘的温度测量仪表的最大量程，应为所测正常温 度的 1.5～2 倍。温度测量仪表的校验和维护，应符合国家计量部门的规定。

3、压力表

一、压力表的作用

压力表也是锅炉上必不可少的安全附件，它的作用是用来测量和指示锅筒内压力的大小。锅炉上如果没有压力表，或 者压力表失灵，锅炉内的压力就无法表示，从而直接危及安全。锅炉上装置灵敏、准确的压力表，司炉人员就能凭此正 确的操作锅炉，确保安全、经济的运行。

二、压力表的构造与原理在工业锅炉上常用的压力表有液柱式、弹簧式和波纹管式等几种。

三、压力表的附属零件

存水弯管

压力表与锅筒之间应装设存水弯管。使蒸汽在其中冷凝后再进入弹簧弯管内，存水弯管的作用是产生一个水封，防 止蒸汽直接通到弹簧弯管内，使弹簧弯管由于高温影响受热变形，影响压力表读数的准确性。存水弯管的常见形式。存水弯管的内径，用铜管时不应小于 6mm，用钢管时不应小于 10mm。

2. 三通旋塞

压力表与存水弯管之间应装有三通旋塞，以便冲洗管路和检查、校验、卸换压力表。

四、压力表的安全技术要求 目前锅炉上使用最多的是普通弹簧管式压力表，因此以 下均以弹簧管式压力表为例加以说明：

（1）每台蒸汽锅炉除必须装有与锅筒蒸汽空间直接相连 的壓力表外，还应在给水管的调节阀前、可分式省煤器出口、蒸汽过热器出口和主汽阀之间、再热器迸出口、直流锅炉启 动分离器，直流锅炉一次汽水系统的阀门前、强制循环锅炉 锅水循环泵出人口，燃油锅炉油泵迸出口、燃气锅炉的气源 入口装压力表。每台热水锅炉的进水阀出口和出水阀人口，都应装一个 压力表。循环水泵的进水管和出水管上，也应装压力表。

（2）锅炉工作压力越高，所用压力表的精确度要求也应 越高。关于压力表的精确度要求：对于蒸汽锅炉，当额定蒸 汽压力小于 2.45MPa 时，不应低于 2.5 级;当额定蒸汽压力 大于或等于 2.45MPa 时，不应低于 1.5 级。对于热水锅炉，压 力表的精确度不应低于 2.5 级。压力表的精确度等级，是以 表盘刻度极限值允许误差的百分率来表示的，一般分为 0.5、1、1.5、2、2.5、3、4 七个等级。，最好选用 2 倍。因为压力表的表盘刻度极限值越大，其允许误差的绝对值和视觉误差也都随之增大，故使读数不准确。若工作压力接近压力表表盘刻度极限值，就会使表内弹 簧弯管经常处于很大的变形状态，不但容易产生永久变形，增大压力表的误差，而且万一发生超压，还可能使指针越过表盘 刻度极限值指向零位，使司炉人员产生错觉，造成更大事故。

（4）压力表的表盘大小，应保证司炉人员能清楚地看到 压力指示值。压力表的安装位置距操作平台不超过 2m 时，表盘公称直径应不小于 10Omm;当间距为 2～4m 时，表盘公称直径应不小于 150mmp 当间距超过 4m 时，表盘公称直径应不小于 20Omm。

（5）选用的压力表应符合有关技术标准的要求，其装置、校验和维护，应符合国家计量部门的规定。压力表装用前应做校验，并在刻度盘上（不是在表盘玻璃上）划红线指出工作压力。装用后每半年至少校验一次，校验后应封印。

（6）压力表安装的位置，应便于观察和冲洗，表盘宜向前倾斜 15。并应防止高温、冰冻和振动等影响。

（7）压力表有下列情况之一时，应停止使用。

2）表面玻璃破碎或表盘刻度模糊不清   3）没有封印、封印损坏或超过校验有效期限

4）表内泄漏或指针跳动     5）其他影响压力表准确指示的缺陷 o

4、安全阀的各种压力

安全阀的公称压力表示安全阀在常温状态下的最高许用压力，高温设备用的安全阀不应考虑高温下材料许用应力的降低。安全阀是按公称压力标准进行设计制造的。

开启压力：也叫整定压力，是安全阀阀瓣在运行条件下开始升起时的介质压力。排放压力：阀瓣达到规定开启高度时进口侧的压力。

回座压力：安全阀排放后，阀瓣重新压紧阀座，介质停止排出时的进口压力。回座压力是表征安全阀使用品质的一个重要参数，一般要求它至少为工作压力的80%，上限以不产生阀瓣频繁跳动为宜。启闭压差：开启压力和回座压力之差。

对锅炉锅筒和过热器的安全阀的开启压力有如下规定：额定蒸汽压力小于1.27MPa时，开启压力分别为工作压力+0.02MPa和工作压力+0.04MPa;

额定蒸汽压力大于 1.27MPa，但小于 3.82MPa时，开启压力分别为1.04倍的工作压力和1.06倍的工作压力;

额定蒸汽压力大于 3.82MPa时，开启压力分别为1.05借工作压力和1.08倍工作压力。

省煤器安全阀的开启压力为省煤器工作压力的1.5倍。压力容器安全阀的开启压力不得超过压力容器的设计压力

参考文献：

[1]  《锅炉安全技术监察规程》

[2]  《锅炉定期检验规则》

[3]  《锅炉基础知识》

作者简介：杨月（1987.01.21），女，汉族，重庆江津市，助理工程师，本科，西藏自治区特种设备检测所，工程机械类。

（作者单位：西藏自治区特种设备检测所）