| 单词 | 蒸汽锅炉 |
| 释义 | 【蒸汽锅炉】 也称蒸汽发生器，是产生蒸汽的设备。在锅炉中，煤、油、天然气或其他燃料等的化学能经燃烧转化为燃烧产物的热能，然后通过传热过程将热量传递给工质(水)，使其变为蒸汽。提供工业生产用汽的为工业锅炉，提供过热蒸汽用于汽轮机发电机组的为电站锅炉。按锅炉出口蒸汽参数的高低，锅炉可分为低压(≤1．3MPa)、中压(≤3．9MPa)、高压(10MPa)、超高压(14MPa)、亚临界(17MPa)和超临界压力(≤22．5MPa)锅炉。蒸汽锅炉工作过程可分为炉内过程、锅内过程和外部工作过程。炉内过程主要研究燃料燃烧、燃烧导致污染的控制及炉内热传递；锅内过程主要研究锅炉各受热面管内工质的传热、蒸发与过热、工质的流动及其热化学问题等。外部工作过程则主要研究锅炉烟气侧受热面的腐蚀、积灰和磨损等。上述过程解决的完善程度直接关系着锅炉的经济性和可靠性。工业的发展对动力的需求不断增加，同时要求其成本日益降低，这使提高锅炉效率、增大锅炉容量和升高蒸汽参数成为蒸汽锅炉发展的主要目标。当前，国内外电站锅炉主力机组多为300～600MW(e)，国外最大锅炉容量为1300MW(e)，超高压、亚临界和超临界压力锅炉均已商业化。 将蒸汽动力用于工业上的创始人是美国的塞维莱(Severy)。1698年，他制成一种矿山排水蒸汽泵，即是第一台蒸汽锅炉；1705年纽考曼(Newcoman)在塞维莱锅炉的基础上创造了纽考曼锅炉蒸汽机。大约70年后，瓦特(Watt)的双向蒸汽机问世，它的效率比纽考曼机高5倍。不过，这时锅炉只是蒸汽机的附属部分，尚末得到独立的发展。当时的锅炉都是圆筒形，构造简单而笨重，蒸发量和参数都很低，燃烧方法简单，效率很低。19世纪锅炉技术在两次技术革命的推动下得到较快的发展。这个时期，蒸汽锅炉主要沿两个方向发展：(1)火管锅炉。1800年美国伊文斯(Evans)创造了卧式烟道式的锅炉，1802年美国工程师特雷维辛(Trevithik)发明了考尼许锅炉，1844年著名的兰开夏锅炉问世；(2)水管锅炉，1803年英国斯蒂芬生(Stephenson)发明了第1台水管锅炉，1847年德国阿尔倍(Alban)发明了结构紧凑的卧式横水管锅炉，1856年美国维尔考克斯(Wilcox)发明了炉膛四周布置受热面的辐射式水管锅炉，并与拔柏葛(Babcock)合作在1867年获得水管锅炉制造专利。弯水管锅炉的出现是蒸汽锅炉发展史上的重要转折点，为其后锅炉容量增加、参数提高创造了条件。现代大型锅炉基本上都是以此为基础发展起来的。1920年美国湖滨电站，由安德逊(Anderson)设计的第1台煤粉炉投运成功，是锅炉燃烧技术的巨大进步。煤粉炉大大提高了燃烧热强度和燃烧效率，扩宽了煤种适应范围，特别是这种煤粉悬浮燃烧方式使锅炉进一步增大容量成为可能。而传统的层燃方式只是应用在小容量的锅炉上。在以后的70多年中，特别是二次世界大战以后，对煤粉燃烧的炉内空气动力工况，煤粉燃烧机理、污染控制等进行了广泛深入的研究，设计出能适应各种不同煤种的旋流和直流燃烧器，发展了对冲燃烧、切圆燃烧、分段燃烧和W型火焰燃烧等煤粉燃烧技术，并成为现代大型燃煤锅炉的主要燃烧方式。在40年代，人们寻求更高强度的燃烧方式，具有很高燃烧温度的旋风炉曾风靡一时，但在60～70年代由于这种燃烧方式锅炉的利用率较低和排烟中污染物浓度高等原因，旋风炉的数量日渐减少。50年代锅炉对环境的影响已受到人们的关注，随后环保条例建立并日趋严格。而锅炉排烟是大气中SO2、NOx、CO等污染物的主要来源之一，所以清洁燃烧备受人们重视。在50年代末化工领域的流态化技术开始用于锅炉的燃烧设备上，出现了流化床锅炉或沸腾炉。它具有更广的燃料适应范围，燃烧效率高，炉内埋浸受热面传热系数高，低温燃烧并可进行炉内脱硫、脱硝。而其投资低于煤粉炉和FGD(锅炉烟气脱硫装置)的总和，成为最有吸引力的清洁燃烧方式。60年代，流化床燃烧锅炉在美、英、法、德、日等工业发达国家到得迅速发展。早期的流化床燃烧锅炉是鼓沧床燃烧锅炉，它可以燃烧各种燃料，从煤到垃圾，煤又可从主高硫无烟到高硫高灰的劣质煤，而且污染物排放量很少。但鼓沧床燃烧锅炉容量的增加较困难，燃烧效率仍不很高，脱硫剂消耗量较大，床层内埋管磨损严重。为此，德国和芬兰率先研制开发了循环流化床燃烧锅炉，即德国Lurgi公司的Lurgi型CFB锅炉和芬兰Ahlström公司Pyroflow型CFB锅炉。从80年代始CFB锅炉发展异常迅速。以后德国Deutsche Babcock公司又推出具有低温分离器的低循环倍率的Circofluid型的CFB锅炉。目前美、日、法也都相继在研制大容量的CFB锅炉。90年代初投运的世界上最大的CFB锅炉是美国Pyropwer公司设计制造的100MW(e)炉，它安装在美国科罗拉多州的Ute电站。另外容量比它还大的250MW(e)CFB锅炉正在法国Stein公司设计制造中。CFB锅炉可以实现99%的燃烧效率，Ca／Smol比可低至1．5，NOx和SO2的排放浓度低于13mg／mJ，而且易大型化。所以它是最具吸引力的清洁燃烧方式之一。与此同时，低污染煤粉燃烧技术亦得到迅速发展，日本三菱重工和美国燃烧工程公司等都推出低NOx燃烧器。在煤粉燃烧工艺方面：分段燃烧、燃料浓淡差别燃烧等已获得成功的运行经验。20世纪传统的层燃方式更加成熟，完全由电脑控制的链条炉、抛煤机链条炉、水冷振动炉排和往复推饲式炉等将是当今中小容量工业锅炉的主要燃烧方式。油、气锅炉曾是工业发达国家主要的炉型，在油、气燃烧技术方面已达到很高的水平。但自1973年石油危机以来，各国纷纷修改能源政策，油、气炉逐渐由燃煤炉所取代。中国动力工业则一直以燃煤为主。汽水循环方式决定锅炉受热面的布置。20世纪20年代之前，锅炉都是采用自然循环，即循环的推动力是水汽密度差所产生的压头。但在容量增大参数升高时水循环推动力减小，汽包过于笨重等，又使直流锅炉和强制循环锅炉相继问世。1922年英国本生(Benson)发明了本生式直流锅炉；1924年瑞士苏尔兹(Sulzer)发明了苏尔兹直流锅炉；1925年拉蒙(LaMont)发明了强制循环锅炉，1932年前苏联拉姆幸(Paм3ин)设计制造了拉姆幸直流锅炉。到50年代，在这3种直流炉的基础上又发展了UP锅炉，复合循环锅炉等。而汽液两相流体动力学的研究、膜态沸腾传热恶化的研究等基础理论研究使大容量高参数锅炉的可靠性得到保证。从锅炉科学技术发展看，近期之内锅炉容量达到1300MW(e)以后，不会再增大。这是由于电负荷性质和要求锅炉有更高可用率所限。蒸汽参数则以亚临界压力，汽温稳定在538℃／538℃为主。关于超临界机组，在70年代由于燃料价格上涨超临界锅炉曾增加较多，但它的可用率低于亚临界，所以超临界锅炉的发展仍不会很快。锅炉循环方式则以自然循环、强制循环为主。低倍率循环锅炉则因其制造简单、工作可靠、启动损失小，可变压运行，而可能获得广泛应用。超临界机组则以复合循环为主要发展方向。由于电脑的应用，锅炉设计优化、锅炉工作过程数学模拟、运行特性预报、锅炉元件强度分析设计、每日启停(DSS)结构设计等已使锅炉设计和运行可靠性完全改观，而且随着对上述各方面技术掌握的深入，将会使锅炉性能日臻完善。在90年代电脑锅炉自控一体化系统将得到广泛应用。在燃烧方面，配蒸汽燃气联合循环的燃煤压力循环床(PCFB)锅炉，在20世纪末和21世纪初将得到广泛应用。在PCFB锅炉中燃烧是在1．2～2．0MPa条件下进行，燃烧和传热均得到强化，其截面热强度可达常压CFB5～6倍，锅炉尺寸只是煤粉炉的1／4～1／3，而且排烟中污染物排放量更少：SO2＜50mg／MJ；NOx＜70mg／MJ。现在瑞典Asea Brown Boveri公司产生的PCFB锅炉已商业化，1990年安装在西班牙和美国，其容量分别为100MW(e)和10MW(e)。所以在21世纪PCFB锅炉将以其无可比拟的优越性广泛用于动力工业。水煤浆燃烧技术是另一有前途的燃烧方式，在制取水煤浆时就可去除硫和灰分，它可管道输送，便于压力给煤而用于PCFB，类似液体燃料经喷嘴雾化燃烧，因而受到重视，并将逐步走向商业化。【参考文献】：1 Shields C D．Boilers，Types，Characteristics and Functions，McGraw-Hill Book Company，19612 Ledinegg M．Dampfereugung，Dampfkessel，Feuerungen，Wien Springer-Verlag，19663 Faulkner E A．Jr Guide to Efficient Burner Operation：Gas，Oiland Dual Fuel，Atlanta Georgia：The Fairmont Press，INC．，19714 Reid W T．External Corrosion and Deposits，Boilers and Gas Turbines，New York，American Elsevier，19715 Skinner D G．The Fluidized combusion of coal，Mills & Boon Limited，19716 Doleazl．Dampferzeugung，Verbrennung，Feuerung，Dampfereuger，Verlag，Springer-Verlag，19857 Haward J R．Fluidized Beds，combustion and Applications，．London：Applied Science publishers，19838 Podolski W F，et al．Pressurized Fluidized Bed Combustion Technology，New Jersey：Noyes Data Corporation，19839 Singer S．Pulverized Coal Combustion，Recent Developments，New Jersey：Noyes Publications，1984(西安交通大学温龙教授、李军讲师撰) |
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