承压类特种设备基本知识锅炉

承压类特种设备基本知识锅炉第1页/共58页目录1、锅炉基本知识2、压力容器基本知识3、压力管道基本知识第2页/共58页1、锅炉基本知识1.1概述1.1.1锅炉的定义及用途一、锅炉的定义锅炉是利用燃料或其它能源的热能，把工质加热到一定参数（温度、压力）的热能转换设备。锅炉是供热之源。锅炉及锅炉房设备的任务，在于安全、可靠、经济有效地将燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，以产生热水或蒸汽；或将燃料的化学能传递给其他工质，如导热油等，以产生其他高温的工质，如高温导热油。第3页/共58页1.1.1锅炉的定义及用途《特种设备安全监察条例》定义：锅炉，是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并承载一定压力的密闭设备。其范围规定为容积大于或者等于30L的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于0.1MPa(表压)，且额定功率大于或者等于0.1MW的承压热水锅炉；有机热载体锅炉。第4页/共58页1.1.1锅炉的定义及用途二、锅炉的用途蒸汽，不仅用来将热能转变成机械能（如电站锅炉的气轮机发电），蒸汽还广泛地作为工业生产和采暖通风等方面所需热量的热载体。通常，我们把用于动力、发电方面的锅炉，叫做动力锅炉；把用于工业及采暖方面的锅炉，称为供热锅炉，通常成为工业锅炉。电站锅炉，处于提高热循环效率的需求，其锅炉所产生的蒸汽，其压力与温度都较高，且日益趋向高温高压和大容量方向发展。例如，与国产的300MW的汽轮发电机组配套的锅炉，其容量为1025吨/小时，蒸汽压力为17MPa（170个大气压），过热蒸汽温度为555℃。与我们相关的工业锅炉，所产生的蒸汽或热水均不需要过高的压力和温度，容量也不太大，压力一般在2.5MPa（25个大气压）以下，温度一般为饱和蒸汽温度（或有过热，过热蒸汽温度也不太高，一般400℃以下）。生产工艺有特殊要求的除外。第5页/共58页1.1概述1.1.2锅炉的特点一、锅炉之所以视为特殊设备，除了因为它比较容易发生事故外，更重要的是它有发生爆炸的危险，当锅炉爆炸时，它的破坏性很大。2006年8月17日抚顺热电厂3号锅炉发生爆燃，9人不同程度受伤，其中1人经抢救无效死亡。爆炸瞬间，蘑菇云升起。第6页/共58页1.1.2锅炉的特点锅炉房墙倒房塌锅炉“飞”来落在居民楼前2007年11月10日凌晨3时40分，漯河市召陵区双汇路西段一家浴池的蒸汽锅炉发生爆炸，自重3.5吨的锅炉腾空而起，在飞越4幢20米高的家属楼后，砸在百米外的解放路一居民小区的院子内，幸未造成居民伤亡。第7页/共58页1.1.2锅炉的特点2007年６月１９日日本东京涩谷区一温泉水疗馆１９日下午发生爆炸，造成一名年轻女子死亡，４人受伤。第8页/共58页1.1.2锅炉的特点1993年3月10日，浙江省宁波市北仑港发电厂一号机组发生一起特大锅炉炉膛爆炸事故（按《电业生产事故调查规程》界定），造成死亡23人，重伤8人，伤16人，直接经济损失778万元。该机组停运132天，少发电近14亿度。第9页/共58页1.1.2锅炉的特点二、锅炉的受压元件较一般压力容器的工作条件更为恶劣，经常受到水、蒸汽、烟气以及空气中各种有害杂质的侵蚀，而且长期受到烟气的冲刷，高温下钢材腐蚀、磨损、变形加剧。如果管理不当，还会出现过烧、裂纹、苛性脆化等缺陷。三、有些锅炉在设计、制造、运输和安装时，就存在先天性隐患，一旦投入使用，就会发生问题，因此应按照《热水锅炉安全技术监察规程》和《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的规定对锅炉进行严格的监督。锅炉的设计应送锅炉压力容器安全监察机构审查，并经批准。设计锅炉的单位，应对锅炉的设计安全性能负责，锅炉的受压元件应按有关规定进行强度计算。第10页/共58页1.1.2锅炉的特点四、制造锅炉的单位必须取得制造资格许可证，必须按有关的标准和规定，严格执行原材料检验、工艺管理制度和产品质量检验制度，保证产品质量。产品质量不合格或安金阀、水位表、压力表、排污阀不齐全的产品不准出厂。锅炉出厂应有质量合格证明书。安装锅炉的单位应由专业安装单位施工，专业安装单位应经省、市级劳动部门审查批准。五、安装锅炉的单位应严格按有关施工及验收技术规范进行施工，安装单位和使用单位应共同对锅炉的安装质量进行分段验收和总体验收，水压试验和总体验收时，应有当地主管部门参加。六、日常管理至关重要。启动、运行、停炉。第11页/共58页1.1.3锅炉主要参数1.1.3锅炉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、容量（输出功率）蒸汽锅炉：指蒸发量

,

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。

第12页/共58页1.1.3锅炉主要参数热水锅炉、有机热载体炉：指供热量，用符号

Q

来表示

,

常用的单位是

“MW“

。二、锅炉压力：

蒸汽锅炉：指在额定工况下，过热器、再热器出口处的过热蒸汽压力。如没有过热器、再热器，即指锅炉出口处的饱和蒸汽压力。单位：Mpa或工程大气压（at）。

热水锅炉：指出水阀入口处的热水压力。三、温度：

蒸汽锅炉：为出口处饱和或过热蒸汽的温度。

热水锅炉：进出、口热水的温度。单位是：℃K（开尔文）第13页/共58页1.1.4饱和水和水蒸气的性质1.蒸发和沸腾2.饱和温度3.饱和水和饱和蒸汽4.湿饱和蒸汽和干饱和蒸汽5.湿热和潜热（液化热和蒸发热）焓第14页/共58页1.2锅炉的分类及型号锅炉型号及表示GB/T1626-92《工业锅炉产品型号编制方法》规定：工业锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。△△△××----××/×××------△

燃料种类代号过热蒸汽温度或出水/进水温度额定蒸发量额定热功率工作压力燃烧设备代号锅炉总体型式代号第15页/共58页1.2锅炉的分类及型号锅炉总体型式代号见下表：火管（锅壳）锅炉水管锅炉锅炉总体型式

代号锅炉总体型式

代号立式水管LS单锅筒立式DL立式火管LH单锅筒纵置式DZ卧式外燃WW单锅筒横置式DH卧式内燃WN双锅筒纵置式SZ双锅筒横置式SH纵横锅筒式ZH第16页/共58页1.2锅炉的分类及型号分类方法锅炉类型

简要说明按用途分类电站锅炉用于发电,大多为大容量、高参数锅炉，火室燃烧，燃烧效率高工业锅炉用于工业生产和采暖，大多为低参数、小容量锅炉，火床燃烧（也有火室燃烧），热效率较低，出口工质为蒸汽的称为蒸汽锅炉，出口工质为热水称为热水锅炉。船用锅炉用作船舶动力，一般采用低、中参数，大多燃油，要求锅炉体积小，重量轻机车锅炉用作机车动力，一般为小容量低参数，火床燃烧，以燃煤为主，锅炉设计紧凑第17页/共58页1.2锅炉的分类及型号按结构分类火管锅炉烟气在火管内流动，一般为小容量低参数锅炉，热效率较低但构造简单，水质要求低，维修方便水管锅炉汽、水在管内流动，高低参数都有，水质要求高第18页/共58页1.2锅炉的分类及型号

按循环方式分类自然循环锅炉具有锅筒，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环，只能在临界压力以下多次强制循环锅炉（也称辅助循环锅炉）具有锅筒和循环泵，利用循环回路中的工质密度差和循环泵压头建立工质循环，只能临界压力下低倍率循环锅炉具有汽水分离器和循环泵，主要靠循环泵建立工质循环，可用于亚临界和超临界压力，循环倍率1.25—2.0直流锅炉无锅筒，给水靠水泵压头一次通过受热面产生蒸汽，适应于高压和超临界复合循环锅炉具有在循环泵，锅炉负荷低时按再循环方式，负荷高时按直流方式，适应于亚临界和超临界压力第19页/共58页1.2锅炉的分类及型号按锅炉出口工质压力分类低压锅炉压力小于1.27MPa,(13大气压)中压锅炉压力为3.82MPa,(39大气压)高压锅炉压力为9.8MPa,(100大气压)超高压锅炉压力为13.72MPa,(140大气压)亚临界压力锅炉压力为13.72MPa,(170大气压)超临界压力锅炉压力大于22.11MPa(225.65大气压)第20页/共58页1.2锅炉的分类及型号按燃烧方式分类火床燃烧锅炉主要用于工业锅炉，包括固定炉排炉，活动手摇炉排炉，抛煤机链条炉、震动炉排炉、下饲式炉排炉和往复炉排炉等，燃料主要在炉排上燃烧火室燃烧锅炉主要用于电站锅炉，液体燃料、气体燃料和煤粉锅炉，燃料主要在炉膛内悬浮燃烧旋风炉有卧式和立式两种，燃用粗煤粉或煤屑，微粒在旋风筒中央悬浮燃烧，较大颗粒贴在筒壁燃烧，液态排渣沸腾燃烧锅炉送入炉排的空气流速较高，燃煤在炉排上面的沸腾床上沸腾燃烧，宜燃用劣质煤，主要用于工业锅炉。目前开发了较多大型循环流化床锅炉第21页/共58页1.2锅炉的分类及型号按所用燃料分类固体燃料锅炉燃用煤等固体燃料液体燃料锅炉燃用重油等液体燃料气体燃料锅炉燃用天然气等气体燃料余热锅炉利用冶金、石化等工业余热作热源原子能锅炉利用核反应堆所释放的热能作热源的蒸汽发生器废料锅炉利用垃圾、树皮、废液等废料作燃料的锅炉其它能源锅炉利用地热、太阳能等能源的蒸汽发生器第22页/共58页1.2锅炉的分类及型号按排渣方式分类固态排渣锅炉灰渣固态排出液态排渣锅炉灰渣液态从渣口排出，在裂化箱的冷却水中裂化成小颗粒后排入水沟冲走按锅筒布置分类单锅筒总置式、单锅筒横置式、双锅筒纵置式电站锅炉一般采用单锅筒式，工业锅炉采用单锅筒或双锅筒式按炉型分类倒U型，塔型、箱型、N型、D型、A型D型及A型用于工业锅炉，其它炉型一般用于电站锅炉出厂型式快装、组装、散装小型锅炉采用快装型式第23页/共58页1.3锅炉结构1.3.1锅炉结构的基本要求1、个部分在运行时应能按设计预订方向自由膨胀；2、保证各循环回路的水循环正常，所有受热面都应得到可靠的冷却；3、各受压部件应有足够的强度和稳定性；4、各受压、部件结构的形式，开孔和焊缝的布置应尽量避免或减小复合应力和应力集中；5、水冷壁炉膛的结构应有足够的承载能力；6、炉墙应具有良好的密封性和耐热性；7、锅炉钢架等承重结构在承受设计载荷时，应具有足够的强度、刚度、稳定性及防腐蚀性。第24页/共58页1.3锅炉结构8、便于安装、运行操作、检修和清洗内部；9、要根据锅炉参数和燃料的适应性来选用锅炉结构和燃烧设备。10、要合理配置辅机设备，还要考虑安全附件和自控装置的可靠性。第25页/共58页1.3锅炉结构锅炉包括锅和炉两大部分，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。

第26页/共58页1.3锅炉结构锅炉的发展分锅和炉两个方面。18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，包括瓦特的初期蒸汽机在内，所用的蒸汽压力等于大气压力。18世纪后半叶改用高于大气压力的蒸汽。19世纪，常用的蒸汽压力提高到0.8兆帕左右。ThomasNewcomen(1711)ModelofThomasSavery’ssteampump,c.1740.ThismodelwasconstructedbyDrJTDesaguliersforStephenDemainbray.Savery’swasthefirststeampump.第27页/共58页1.3锅炉结构19世纪，常用的蒸汽压力提高到0.8兆帕左右。与此相适应，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。ThomasNewcomen(1711)THISlaterNewcomenengineisbeingusedtopoweracoalmine.Thedomedboileranditsassociatedchimneyareintheforeground,withtheunprotectedmechanismbehind.第28页/共58页1.3锅炉结构后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。第29页/共58页1.3锅炉结构随着锅炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。开始只装一只火筒，称为单火筒锅炉或康尼许锅炉。第30页/共58页1.3锅炉结构后来加到两个火筒，称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉。第31页/共58页1.3锅炉结构1830年左右，在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。一些火管装在锅壳中，构成锅炉的主要受热面，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，称为卧式外燃回火管锅炉。火筒锅炉和火管锅炉合称锅壳锅炉。火筒锅炉已趋淘汰，而火筒锅炉则仍在应用。第32页/共58页1.3锅炉结构第33页/共58页1.3锅炉结构Boilerexplosion1850第34页/共58页1.3锅炉结构锅壳锅炉发展：圆筒锅炉单火筒锅炉双火筒锅炉火管锅炉火筒火管锅炉立式火管锅炉第35页/共58页1.3锅炉结构火管锅炉的缺点：火管式锅炉受热面积少，容量小,工作压力低，金属耗量大，效率低，并且水容积大。如发生受热面金属损裂、爆破等情况，易发生爆炸危险，因此，这种形式的锅炉，显然不能适应后来单台容量加大，气压、气温日益增长的电站动力的要求，所以此种锅炉目前在电站中已不应用。火管锅炉的优点：它的构造较简单，水及蒸汽容积大，对负荷变动适应性较好，对水质的要求比水管式锅炉底维修也较方便，故目前各国还在制造，多用于一些小型工业企业生产，交通运输及生活取暖用汽上

。第36页/共58页1.3锅炉结构第37页/共58页1.3锅炉结构19世纪中叶，出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管，取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制，有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。Thefirstexampleofthe"SteinmuellerBoiler",1874第38页/共58页1.3锅炉结构初期的水管锅炉只用直水管。直水管锅炉压力和容量都受到限制。纵锅筒分集箱式锅炉横锅筒分集箱式锅炉

第39页/共58页1.3锅炉结构直水管锅炉的缺点：汽水系统缺乏弹性，管子集箱等受热部件膨胀受限制时易损坏受压部件；沸腾管束倾斜度小，汽水循环不良，工作不可靠；集箱上手孔多，制造费时，金属耗量大，易发生泄漏。因此这种锅炉的工作压力仍不能提高，容量也受限制，因之现时已很少使用。

直水管锅炉的优点：这种锅炉易于制造,易于清理水垢,在国外中小容量锅炉中还有采用这种型式的.第40页/共58页1.3锅炉结构20世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉。开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用和锅筒内部汽水分离元件的改进，锅筒数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。多锅筒锅炉——〉三锅筒锅炉——〉双锅筒锅炉——〉单锅筒锅炉第41页/共58页1.3锅炉结构弯水管锅炉的特点：弯水管式锅炉开始时采用多锅筒式，以保证有足够多的受热面和较大的蓄水容积。因此，金属耗量大，优点并不显著。随着生产发展的需要，材料，制造工艺，水处理技术以及热工控制技术方面的进步，锅炉技术水平也得到很快的提高。特别是水冷壁式锅炉的出现，过热器及省煤器的应用，以及锅筒内部分离元件的改进，可以减少锅筒的数目，节约金属,，提高锅炉热效率，以及提高锅炉的容量和参数。第42页/共58页1.3锅炉结构锅筒：自然循环和多次强制循环锅炉中，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汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。

主要功能是储水，进行汽水分离，运行中排除锅水中的盐水和泥渣。

2080t/h亚临界压力控制循环锅炉锅筒

第43页/共58页1.3锅炉结构锅壳：是锅壳式锅炉中“包围”汽水、风烟、燃烧系统的外壳，又称筒壳。炉胆：是锅壳式锅炉包围燃料空间的壳体。下脚圈：连接锅壳和炉胆的部件，只在立式锅炉中采用。第44页/共58页1.3锅炉结构炉门圈：连接锅壳和炉胆之间燃料进入燃烧室，燃料所经过的一段管子。喉管、冲天管：链接于锅壳和炉胆之间烟气排出时所经过的一段管子。这三个部件仅用于立式锅炉。第45页/共58页1.3锅炉结构联箱：又名集箱，是水管锅炉汽水系统中用以联接受热面管子的箱形（盒形）结构。除对流管束一般直接装接在锅筒上外，其它受热面管子，一般都是由联箱联接，每个联箱所联接的管子构成一个管组。早期设计制造的锅炉，联箱都是方形或矩形的箱体，它的名也是由此而来。现代锅炉中的联箱，多是用直径较大的无缝钢管，两端加焊封头制成。为了联接受热面管子，联箱上开有较多的管孔，还有手孔及疏水、排污管孔等。水管锅炉设置联箱，不但可以大大减少锅筒壳壁的开孔数量，避免锅筒强度过分削弱，而且还可以使受热面的受热情况与工质流量分配状况比较均匀，有利于提高锅炉运行的安全可靠性。第46页/共58页1.3锅炉结构受热面管子：包括烟管和水管。水冷壁：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。水冷壁按结构分为：光管式和膜式两种。第47页/共58页1.3锅炉结构下降管：作用是与水冷壁、联箱、锅筒形成水循环回路。是用较大直径的锅炉钢管制成，一般布置在炉膛外面，不受热。第48页/共58页1.3锅炉结构过热器：锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件，又称蒸汽过热器。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。省煤器：布置在锅炉尾部烟道内加热给水的部件。它的作用是吸收锅炉尾部烟气中的部分热量，降低排烟温度，以节省燃料。现代锅炉一般都有省煤器。省煤器一词来源于燃煤锅炉，对于燃油、气和其他燃料的锅炉习惯上也称为省煤器。省煤器按出口水是否汽化分为沸腾式和非沸腾式。第49页/共58页1.3锅炉结构再热器：设置在锅炉内用于将汽轮机高压缸或中压缸的排汽再加热到所要求温度的部件。再热器由管子和集箱组成。蒸汽和烟气分别在管内、外流过。按传热方式的不同，再热器可分为对流式和辐射式。对流式再热器布置在对流烟道内；辐射式再热器布置在炉膛内。第50页/共58页1.3锅炉结构以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉，水汽在上升、下降管路中因受热情况不同造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的同时，从30年代开始应用直流锅炉。40年代开始应用辅助循环锅炉。第51页/共58页1.3锅炉结构辅助循环锅炉又称强制循环锅炉，它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵，以加强蒸发受热面的水循环。第52页/共58页1.3锅炉结构炉的发展

在锅炉的发展过程中，燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的