一、鍋爐的工作
鍋爐參數(shù)是表示鍋爐性能的主要指標,包括鍋爐容量、蒸汽壓力、蒸汽溫度、給水溫度等.
鍋爐容量可用額定蒸發(fā)量或更大連續(xù)蒸發(fā)量來表示.額定蒸發(fā)量是在規(guī)定的出口壓力、溫度和效率下,單位時間內(nèi)連續(xù)生產(chǎn)的蒸汽量.更大連續(xù)蒸發(fā)量是在規(guī)定的出口壓力、溫度下,單位時間內(nèi)能更大連續(xù)生產(chǎn)的蒸汽量.
蒸汽參數(shù)包括鍋爐的蒸汽壓力和溫度,通常是指過熱器、再熱器出口處的過熱蒸汽壓力和溫度如沒有過熱器和再熱器,即指鍋爐出口處的飽和蒸汽壓力和溫度.給水溫度是指省煤器的進水溫度,無省煤器時即指鍋筒進水溫度.
鍋爐可按照不同的方法進行分類.鍋爐按用途可分為工業(yè)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；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(huán)方式可分為自然循環(huán)鍋爐、輔助循環(huán)鍋爐(即強制循環(huán)鍋爐)、直流鍋爐和復合循環(huán)鍋爐；按燃燒方式,鍋爐分為室燃爐、層燃爐和沸騰爐等.
在水汽系統(tǒng)方面,給水在加熱器中加熱到一定溫度后,經(jīng)給水管道進入省煤器,進一步加熱以后送入鍋筒,與鍋水混合后沿下降管下行至水冷壁進口集箱.水在水冷壁管內(nèi)吸收爐膛輻射熱形成汽水混合物經(jīng)上升管到達鍋筒中,由汽水分離裝置使水、汽分離.分離出來的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過熱器,繼續(xù)吸熱成為450℃的過熱蒸汽,然后送往汽輪機.
在燃燒和煙風系統(tǒng)方面,送風機將空氣送入空氣預(yù)熱器加熱到一定溫度.在磨煤機中被磨成一定細度的煤粉,由來自空氣預(yù)熱器的一部分熱空氣攜帶經(jīng)燃燒器噴入爐膛.燃燒器噴出的煤粉與空氣混合物在爐膛中與其余的熱空氣混合燃燒,放出大量熱量.燃燒后的熱煙氣順序流經(jīng)爐膛、凝渣管束、過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器后,再經(jīng)過除塵裝置,除去其中的飛灰,更后由引風機送往煙囪排向大氣.
二、鍋爐的結(jié)構(gòu)
鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分.鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、構(gòu)架和爐墻等主要部件構(gòu)成生產(chǎn)蒸汽的核心部分,稱為鍋爐本體.鍋爐本體中兩個更主要的部件是爐膛和鍋筒.
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(tài)燃燒,并適于燃燒劣質(zhì)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(zhuǎn),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(nèi)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(gòu)成.在爐墻的內(nèi)表面上常敷設(shè)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.
爐膛設(shè)計需要充分考慮使用燃料的特性.每臺鍋爐應(yīng)盡量燃用原設(shè)計的燃料.燃用特性差別較大的燃料時鍋爐運行的經(jīng)濟性和可靠性都可能降低.鍋筒是自然循環(huán)和多次強制循環(huán)鍋爐中,接受省煤器來的給水、聯(lián)接循環(huán)回路,并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器.鍋筒簡體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成,是鍋爐中更重的部件之一.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,避免含有高濃度鹽分和雜質(zhì)的鍋水隨蒸汽進入過熱器和汽輪機中.
鍋筒內(nèi)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(shè)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(wǎng)或均汽板等進行進一步分離.鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監(jiān)測和保護設(shè)施.
為了考核性能和改進設(shè)計,鍋爐常要經(jīng)過熱平衡試驗.直接從有效利用能量來計算鍋爐熱效率的方法叫正平衡,從各種熱損失來反算效率的方法叫反平衡.考慮鍋爐房的實際效益時,不僅要看鍋爐熱效率,還要計及鍋爐輔機所消耗的能量.
單位質(zhì)量或單位容積的燃料完全燃燒時,按化學反應(yīng)計算出的空氣需求量稱為理論空氣量.為了使燃料在爐膛內(nèi)有更多的機會與氧氣接觸而燃燒,實際送入爐內(nèi)的空氣量總要大于理論空氣量.雖然多送入空氣可以減少不完全燃燒熱損失,但排煙熱損失會增大,還會加劇硫氧化物腐蝕和氮氧化物生成.因此應(yīng)設(shè)法改進燃燒技術(shù),爭取以盡量小的過量空氣系數(shù)使爐膛內(nèi)燃燒完全.
鍋爐煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質(zhì),未經(jīng)凈化時其排放指標可達到環(huán)境保護規(guī)定指標的幾倍到數(shù)十倍.控制這些物質(zhì)排放的措施有燃燒前處理、改進燃燒技術(shù)、除塵、脫硫和脫硝等.借助高煙囪只能降低煙囪附近地區(qū)大氣中污染物的濃度.
煙氣除塵所使用的作用力有重力、離心力、慣性力附著力以及聲波、靜電等.對粗顆粒一般采用重力沉降和慣性力的分離,在較高容量下常采用離心力分離除塵靜電除塵器和布袋過濾器具有較高的除塵效率.濕式和文氏—水膜除塵器中水滴水膜能粘附飛灰,除塵效率很高還能吸收氣態(tài)污染物
二十世紀50年代以來,人們努力發(fā)展灰渣綜合利用,化害為利.如用灰渣制造水泥、磚和混凝土骨料等建筑材料.70年代起又從粉煤灰中提取空心微珠,作為耐火保溫等材料.
鍋爐未來的發(fā)展將進一步提高鍋爐和電站熱效率；降低鍋爐和電站的單位功率的設(shè)備造價；提高鍋爐機組的運行靈活性和自動化水平；發(fā)展更多鍋爐品種以適應(yīng)不同的燃料；提高鍋爐機組及其輔助設(shè)備的運行可靠性；減少對環(huán)境的污染.