鍋爐工作原理

鍋爐是一種供暖、提供工業用途的特種設備。在家用供暖方面，主要有提供熱水和蒸汽兩種，例如家用生活熱水、洗浴用水。工業主要提供蒸汽為其他設備提供製冷、動力等服務，例如船舶、機車、礦場等場所。鍋爐工作原理比較複雜，主要有燃料系統、煙風系統、汽水系統等構成。

不同類型的鍋爐其工作原理也是不同的。按照供暖和服務的對象大小可以分為以下3類：家用鍋爐主要有電鍋爐（電熱水鍋爐）、小型燃氣鍋爐、壁掛爐等；小區、醫院、公司等集中供暖鍋爐主要有燃氣鍋爐、蒸汽鍋爐；大型供暖單位有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、蒸汽鍋爐等。

基本介紹

• 中文名：鍋爐
• 外文名：boiler
• 套用學科：電力（一級學科）
• 套用學科：鍋爐（二級學科）
• 分支：電鍋爐

名詞定義

• 中文名稱：鍋爐
• 英文名稱：boiler
• 定義：利用燃料燃燒釋放的熱能或其他熱能加熱水或其他工質，以生產規定參數(溫度、壓力)和品質的蒸汽、熱水或其他工質的設備。
• 套用學科：電力（一級學科）；鍋爐（二級學科）

分類

鍋爐是一種供暖、提供工業用途的特種設備。在家用供暖方面，主要有提供熱水和蒸汽兩種，例如家用生活熱水、洗浴用水。工業主要提供蒸汽為其他設備提供製冷、動力等服務，例如船舶、機車、礦場等場所。鍋爐工作原理比較複雜，主要有燃料系統、煙風系統、汽水系統等構成。

不同類型的鍋爐其工作原理也是不同的。按照供暖和服務的對象大小可以分為以下3類：家用鍋爐主要有電鍋爐（電熱水鍋爐）、小型燃氣鍋爐、壁掛爐等；小區、醫院、公司等集中供暖鍋爐主要有燃氣鍋爐、蒸汽鍋爐；大型供暖單位有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、蒸汽鍋爐等。

燃煤鍋爐

燃料與煙風系統

我國鍋爐燃用的燃料主要是煤。一般大型鍋爐和電站鍋爐常燃用煤粉，因此要有一套將原煤磨製成煤粉的制粉系統。如圖所示，經原煤倉落下的煤由給煤機送入磨煤機磨碎。在磨煤過程中同時對煤進行乾燥，乾燥介質通常用熱空氣。冷空氣由送風機送入空氣預熱器，在這裡吸收排煙的熱量成為熱空氣。熱空氣的一部分經排粉機 升高壓頭後進入磨煤機，在對煤進行加熱與乾燥的同時攜帶磨好的煤粉離開磨煤機，可見這一部分熱空氣除作為乾燥介質外，還起輸送煤粉的作用，通常把這部分熱空氣叫作一次風。在如圖所示的直吹系統中，氣粉混合物從磨煤機出來後，經煤粉管道直接送入燃燒器，並由燃燒器噴入爐膛燃燒。需要指出的是，在中間儲倉式制粉系統中，一次風攜帶煤粉進入煤粉分離器，在那裡煤粉從氣流中分離出來貯存在煤粉倉中，根據負荷需要通過給粉機從煤粉倉中向燃燒器供給適量煤粉。從圖中還可看出，從空氣預熱器中出來的另一部分熱空氣，直接經由燃燒器的配風口進入爐膛提供煤粉燃燒所需的空氣，這部分熱空氣叫做二次風。

煤粉在爐膛內燃燒釋放出大量熱量，火焰中心溫度大。爐膛內側鋪設有由金屬管道組成的水冷管壁，燃燒放出的熱量主要以熱輻射的形式被水冷壁受熱面強烈吸收。但是由於熱負荷的限制和爐膛體積的限制，爐膛出口處的煙溫一般仍高達左右。為了對這股高溫煙氣進行利用，煙道里還依次裝有過熱器（分為幾級）、再熱器、省煤器和空氣預熱器等受熱面。高溫煙氣依次流過這些受熱面，通過對流、輻射等換熱方式向這些受熱面放熱。從空氣預熱器出來的排煙溫度一般在 左右。這時的煙氣已無法再利用，被送入除塵器進行分離，將煙氣攜帶的絕大部分飛灰除掉，再由引風機引入煙囪，最終排入大氣。

汽水系統

在蒸汽發生的整個過程中，工質在鍋爐里要經過三個加熱階段。首先是鍋爐給水被加熱為飽和水，隨後依次被加熱為飽和蒸汽和具有一定過熱溫度的過熱蒸汽。這三個過程通常分別在省煤器、水冷壁和過熱器受熱面中完成。

鍋爐運行時，給水經過水處理和除氧後，經給水泵升壓後流經高壓加熱器，進入省煤器入口聯箱。一般說來，在省煤器中給水被加熱為飽和水。但實際上不同的鍋爐情況也有不同。比如使用鑄鐵省煤器的低壓小型工業鍋爐，一般就不將給水加熱為飽和水；而對於中壓鍋爐則可能要求省煤器出口聯箱處的工質有高達 的飽和蒸汽含量；對於亞臨界壓力以上的鍋爐又可能會要求省煤器出口聯箱的工質是有較大欠焓的未飽和水。工質從省煤器出口聯箱經導管流入汽包，在此過程中，工質是在給水泵的強制作用下流動的。進入汽包後的工質沿著下降管 流入水冷壁下聯箱 ，並由此分配到各水冷壁管（也就是上升管）進入爐膛受熱，並形成汽水混合物返回汽包。這一段的流動是靠下降管和上升管中汽水混合物的密度差來維持的。汽水混合物返回汽包後，經汽包中的汽水分離裝置分離，蒸汽集中在汽包上半部的汽空間，水則進入汽包下半部的水空間，又開始新的自然循環流動。對高壓鍋爐來說，一般每循環一次有的水蒸發為飽和蒸汽。

汽包中的飽和蒸汽分離出來後，通過導管引入過熱器中進行過熱。當過熱蒸汽被加熱到額定溫度後，被輸送到汽輪機作功。如圖所示的鍋爐，其對流煙道中裝有再熱器。從汽輪機高壓缸出口出來的蒸汽被引到再熱器進行再熱。當達到要求的溫度後，再熱蒸汽經再熱蒸汽出口重新引入汽輪機的中、低壓缸膨脹作功。

燃氣熱水鍋爐

水系統

自來水從冷水管進入，冷水管上設有冷水電磁閥、單向閥、閘閥和旁通閘閥。冷水電磁閥的作用是自動控制進冷水，當冷水電磁閥打開時，冷水經過管道進入燃氣鍋爐;當冷水電磁閥關閉時，管道被截止，冷水停止流動。單向閥的作用是防止熱水倒流和冷水混合。旁通閘閥是當冷水電磁閥失靈時，作為臨時進冷水的備用通道。

燃氣通道系統

燃氣通道設有壓力表、球閥、過濾器、減壓閥、流量計、燃燒機閥組等。燃氣作為燃燒機的燃料，燃料在燃氣鍋爐的爐膽內燃燒，高溫煙氣沿爐膽向後先經回燃室進入第一煙道管束，再經壓迫式前煙箱轉折180°進入第二煙道管束，最後經過對流換熱後進入尾部煙道，通過煙囪把煙氣排到大氣中。常壓熱水鍋爐在本體上安裝有與大氣相通的排汽管，不承受任何壓力，這是它和高壓鍋爐的最大區別。當熱水燒到設定的溫度時，冷水電磁閥打開，利用冷水的壓力把鍋爐內燒好的熱水通過上循環管壓到保溫水箱內。燃氣鍋爐內的熱水流到保溫水箱的同時，冷水從冷水管重新加注。保溫水箱接有熱水管道提供熱水，該管上裝有熱水電磁閥，作用是可以提供用戶按時間選擇性供熱水。電磁閥旁邊的旁通閘閥可以跳過熱水電磁閥直接接通管道作為長期供水。保溫水箱上裝有液位探頭，當水箱的水裝滿以後鍋爐自動停止燒水。水箱內裝有溫度探頭，當水溫下降到設定溫度的時候，通過下循環管的循環水泵把熱水抽到鍋爐內重新燒熱。

電氣控制系統

該燃氣鍋爐採用自動控制系統，自動控制系統是整個燃氣熱水鍋爐系統的控制中樞，用戶通過自動控制系統來調節熱水鍋爐系統的運行。

電鍋爐

當電鍋爐達到蓄熱時段時，補水電動閥將被開啟，蓄熱水箱開始進行補水，當水位達到預定高水位時，補水電動閥可自行關閉。當蓄熱水箱的溫度達到預先設定的溫度或者蓄熱時段結束，此時電鍋爐停止工作，一分鐘後，循環加壓水泵開始停止運行，循環加壓泵按設定的頻率運行，30秒之後電鍋爐運行，開始蓄熱。

開啟供水電動閥，關閉蓄熱電動閥，啟動循環加壓泵以變頻調速恆壓方式供水，約30秒之後啟動電鍋爐，這樣以直供方式向用戶供水。供水結束時，先停止循環加壓泵，60秒之後停止電鍋爐。

到達供水時段時，電鍋爐供水電動閥開啟，蓄熱電動閥關閉，電鍋爐不工作，循環加壓泵變頻調速恆壓供水。電鍋爐供水時段補水電動閥一直關閉，不進行補水操作，以免向用戶供應冷水。如果在蓄熱時段且蓄熱水箱溫度低於設定溫度5℃，循環加壓泵再次投入運行，30秒之後電鍋爐開始工作。