锅炉基础知识及锅炉材质.docx
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锅炉基础知识及锅炉材质
锅炉基础知识及锅炉材质
一、锅炉的定义、分类及型号命名
1、锅炉是将燃料的化学能（或电能）转变成热能（具有一定参数的蒸汽和热水）的能量转换设备，同时是直接受火的高温烟气（受热）、承受工作压力载荷、具有爆炸危险的特种设备。
锅炉是由锅和炉以及相配套的安全附件、自控装置、附属设备组成。
锅是批锅炉吸收受热量，并将热量传给水的受热面系统，是锅炉中贮存或输送锅水或蒸汽的密闭受压部分，主要包括：
锅筒（或锅壳）、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、对流管束、集箱（联箱）等。
是锅炉化学清洗的主要对象。
炉是指燃烧产生高温烟气，将化学能转化为热能的空间---炉膛。
主要包括燃烧设备和炉墙等。
总之，锅炉是产生蒸汽或热水的装置。
由盛水的钢制容器和燃烧装置组成。
它产生的热水和蒸汽用于生产、生活、发电等。
锅炉附件有安全附件和其它附件：
安全阀、压力表、水位表、高低水位报警器、排污装置、汽水管道、阀门、仪表等。
锅炉自控装置包括：
给水调节装置、燃烧调节装置、点火装置、熄火保护及送、引风机联锁装置等。
锅炉附属设备包括：
燃料制备输送装置、通风系统、给水系统以及出渣、除灰、除尘等装置。
2、锅炉的分类
（1）锅炉按结构形式可分为：
电站锅炉、工业锅炉、小型锅炉
电站锅炉是指以发电或热、电联产为主要目的的锅炉，一般是指额定工作压力大于等于3.8MPa的锅炉。
工业锅炉是指向工业生产或生活用途提供蒸汽、热水和有机热载体的锅炉，一般是指额定工作压力小于等于2.5MPa的锅炉。
小型锅炉包括：
小型汽水两用锅炉----额定蒸发量不超过0.5t/h，额定蒸汽压力不超过0.04MPa的锅炉；
小型热水锅炉----额定出水压力不超过0.1MPa的锅炉，自来水加压的热水锅炉；
小型蒸汽锅炉----水容积不超过50升且额定蒸汽压力不超过0.7MPa的蒸汽锅炉；
小型铝制承压锅炉----本体选用铝材制造，额定出口蒸汽压力不超过0.04MPa，且额定蒸发量不超过0.2t/h的锅炉；
常压热水锅炉----是指锅炉本体开孔或者用连通管与大气相通，在任何情况下，锅炉本体顶部表压力为零的锅炉。
（2）电站分类
按蒸发量分为：
蒸发量小于220t/h的小型锅炉；蒸发量在220-410t/h的中型锅炉；蒸发量大于670t/h的大型锅炉。
按出口蒸汽压力（p）分为：
低压锅炉（p小于等于2.45MPa）、中压锅炉（p=2.94-5.29MPa）、高压锅炉（p=7.89-10.8MPa）、超高压锅炉（p=11.8-14.7MPa）、亚临界锅炉（p=16.7-19.6MPa）、超临界锅炉（p大于等于22.1MPa）、超超临界锅炉（p:
32MPa）
注：
水的临界参数：
Tc=647.096Kpc=22.064MPaρc=322kg/m-3
临界状态时汽液密度相等，水汽变化不稳定，故没有临界锅炉。
按锅炉的燃烧方式分为：
层燃炉、室燃炉、旋风炉、沸腾炉、循环流化床锅炉等。
按工质在锅炉中的流动方式，可分为：
自然循环锅炉、强制循环锅炉；强制循环锅炉又分为多次强制循环锅炉、直流锅炉、复合循环锅炉，如锅炉结构图。
按排渣方式分为：
固态排渣炉、液态排渣炉
3、国产电站锅炉状况如下表：
容量（t/h）
压力（MPa）
过热/再热蒸汽温度（℃）
给水温度（℃）
配套汽轮电机功率（MW）
锅炉类型
35
65
75
120
130
3.82
450
150
150
150
170
170
6
12
12
25
25
中压自然循环
220
230
410
9.8
540
510
540
215
50
50
100
高压自然循环
400
670
13.7
555/555
540/540
240
125
200
超高压自然循环或直流炉
超高压自然循环
935
---1025
16.7
570/570
260
300
亚临界自然循环、控制循环或直流锅炉
2008
18.3
540/540
278
600
亚临界控制循环锅炉
4、工业锅炉的型号命名
工业锅炉型号按JB1626规定编制，由三部分组成，各部分之间用短线相连。
具体如下：
△△ △ ××---××/××---××
△△：
表示锅炉型号代码；△：
燃烧设备型式或燃烧方式；
①××：
表示额定蒸发量或额定额定热功率；②××：
表示额定蒸汽压力或额定出水温度；③××：
表示过热蒸汽温度或热水锅炉额定进水温度；①×：
表示热水锅炉额定进水温度；②×：
燃料种类代号。
工业锅炉型号代号如下表
火管锅炉
水管锅炉
锅炉整体型式
代号
锅炉整体型式
代号
立式水管
LS
单锅筒纵置式
DZ
立式火管
LH
单锅筒横置式
DH
卧式外燃
WW
双锅筒纵置式
SZ
卧式内燃
WN
双锅筒横置式
SH
卧式双火管
WS
纵横锅筒式
ZH
单锅筒立式
DL
强制循环式
QX
工业锅炉燃烧方式代号如下表
燃烧方式
代号
燃烧方式
代号
固定炉排
G
振动炉排
Z
活动手摇炉排
H
下饲炉排
A
链条炉排
L
沸腾炉
F
往复推动炉排
W
半沸腾炉
B
抛煤机
P
室燃炉
S
倒转炉排抛煤机
D
旋风炉
X
工业锅炉所用燃料代号如下：
无烟煤W、贫煤P、烟煤A、劣质烟煤L、褐煤H、油Y、气Q等
5、电站锅炉的型号命名
电站锅炉的型号反映了锅炉的主要技术特性，目前我国电站锅炉的型号一般采用三组或四组字码表示，其表示形式一般为：
制造厂家----锅炉容量/过热蒸汽压力----过热蒸汽温度/再热蒸汽温度----锅炉设计序号。
中高压锅炉用三组字码表示，如HG-410/100-1（SG-上海锅炉厂、DG-东方锅炉厂、WG-武汉锅炉厂、UG-无锡锅炉厂、HG-哈尔滨锅炉厂等），设计序号小的先设计。
超高压以上有锅炉均采用中间再热，其锅炉型号一般用四组字码表示，如DG-670/13.7-540/540-8。
二、锅炉的各个组件及结构形式
（一）锅炉的各个组件
1、汽包：
是由圆柱筒和两端封头焊接而成的，是给水、蒸发系统和蒸汽系统的枢纽。
自然循环和多次强制循环锅炉都要求装置汽包。
中压锅炉汽包材料一般多采用20g、16Mng或有相似化学成分和机械性能的国外钢号（如德国的19Mn5、19Mn6等）。
高压锅炉汽包用钢如HG-220/9.8、HG-410/9.8：
22g；SG-400/13.7：
15MnMoVNi；DG-670/13.7：
18MnMoNb。
汽包内有汽包内部装置，如图。
2、下降管：
自然循环和多次强制循环锅炉都在汽包上装有下降管。
其作用是把汽包内的水连续不断的送往下联箱，然后再分送入各水冷壁，以维持蒸发系统的正常水循环。
下降管分为分散下降管和集中下降管。
中小容量锅炉都采用小直径的分散下降管，一般管径为φ108-159，阻力较大，不利于水循环。
大型电站锅炉为了减小阻力，筒化布置，大都采用大直径集中下降管，其管径一般为φ273-426。
3、水冷壁：
锅炉炉膛（燃烧室）四周布置很多管子叫做水冷壁，是主要完成工质加热蒸发的部件，其作用有二，一是吸收炉膛热量产生蒸汽，二是保护炉墙或直接参与做为敷管式炉墙。
水冷壁按其型式或分为光管式、销钉式和鳍片式三种。
一般管径为φ45-63.5。
一般水冷壁的上部与上锅筒直接连接或先经过上集箱再通过汽水连管与上锅筒连接。
4、省煤器：
省煤器就是有效的利用低温烟道的烟气热量对锅炉给水进行加的一种热交换器，其作用有：
吸收低温烟道烟气热量对锅炉给水进行加热；降低烟气温度，减少排烟的热损失；节省燃料，提高锅炉的热效率；提高给水温度，减少汽包交变应力。
省煤器分为沸腾式（出口水温达一定压力下的饱和温度）和非沸腾式，其意义只是表示省煤器的热力工作特性，而不表明在结构上的差别。
沸腾式省煤器只能用钢管（φ25-42）制成，非沸腾式省煤器多以铸铁制造。
5、过热器：
其作用是将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，再送往汽轮机做功或提高蒸汽参数满足生产和生活需要。
可分为对流过热器（布置在烟道内）、半辐射过热器（布置在燃烧室出口）、辐射过热器（布置在燃烧区域）。
6、再热器：
其作用是将汽轮机高压缸排出的蒸汽再加热成具有一温度的再热蒸汽，再送往汽轮机中、低压缸继续做功。
我国生产的超高压125MW、200MW和亚临界压力300MW机组均采用一次中间再热器，超临界机组一般采用二次中间再热器。
再热器一般管径为φ40-60
7、减温器：
在运行中过热汽温和再热气温经常会发生变化，为了保持额定汽温，电站锅炉都装有减温器。
可分为表面式减温器和喷水减温器
（二）锅炉的结构形式
1、工业锅炉的结构形式：
如图
2、电站锅炉的结构形式：
如图
（三）电厂汽水系统流程
1、凝汽式发电厂水汽循环流程，如图
2、锅炉系统汽水流程：
炉前给水系统----省煤器----汽包----下集管----下联箱----水冷壁----上联箱----汽水引入管----经汽包内旋风分离器----蒸汽引出管----顶棚过热器----包墙过热器----低温过热器----减温器----高温过热器----集汽联箱----主蒸汽管道----汽轮机
三、锅炉的水容积与清洗特性参数
对于工业锅炉由于锅炉手册、图纸和标牌中都没有水容积和内表面积的数据说明，加之锅炉的不规则结构，使得统计、计算工作无从入手，操作起来出入较大，下表中的数据是一些低压锅炉的相对水容积，仅供参考。
应用中还需要现场根据具体情况进行纠正。
对于高参数电站锅炉，水容量和表面积的计算尤为重要，而且比较困难，下表分别给出了部分电站锅炉各部分的水容积和内表面积数据，仅供参考。
部分工业锅炉的容水量
锅炉型式
蒸发量/（t/h）
锅炉容水量/t
相对容水量
卧式水火管
0.5
1.60
3.20
卧式水火管
1.0
2.60
2.60
卧式水火管
1.5
3.40
2.27
卧式水火管
2.0
4.20
2.10
卧式水火管
4.0
7.50
1.88
卧式内燃回火管
2.0
4.78
2.39
卧式内燃回火管
4.0
5.72
1.43
双汽包横置式
6.5
7.93
1.22
双汽包横置式
10.0
8.45
0.85
双汽包横置式
20.0
13.42
0.67
400/h锅炉汽水系统清洗特性
部件名称
规格/mm
根数
长度/m
清洗表面积/
流通截面积/
水容积/m3
排×根
共
单根
共计
汽包
1600
14
25
省
煤
器
给水总管
273×25
219×26
1
2
30
25
30
50
21
30
0.039
0.044
1.17
1.5
引入汽包给水管
108×10
1×2
12
113
31
0.073
0.69
主省煤器蛇形管
32×4
117×2
234
11360
856
0.104
5.14
主省煤器隔墙省煤器
108×10
113
31
0.073
0.69
隔墙省煤器
38×4
38×5
2093
2023
197
172
1.48
1.16
隔墙省煤器-旁路省煤器
219×26
2
39
20.5
0.044
0.85
旁路省煤器
38×4
101×2
202
5000
471
0.143
3.53
省煤器联箱
219×32
6
60
29
1.13
水
冷
壁
大直径下降管
419×40
457×55
133×12
2×26
4
4
52
1.4
10.1
144
5.6
525
153
6.0
180
13
0.52
4.9
水冷壁上下降管
273×40
14
69
41.8
2.0
汽水引出管
133×12
2×23
46
209
71.5
1.95
前后水冷壁
60×7
240
左右水冷壁
60×7
208
第二回路左右侧
60×7
224
670t/h锅炉汽水系统清洗特性
部件名称
规格/mm
根数
长度/m
清洗表面积/
流通截面积/
水容积/
单根
共计
省煤器下级
32×4
488
68
33184
2500
0.22
15
省煤器上级
32×4
656
22
14432
1088
0.296
6.5
水冷壁甲
60×6
315
40
12600
1899
0.57
22.8
水冷壁乙
60×6
315
40
12600
1899
0.57
22.8
大直径下降管（带支管）
426×36
6
50
300
334
0.098
29.5
汽包
1600
1
18
18
90
2.0
38
1000t/h锅炉汽水系统清洗特性
部件名称
规格/mm
根数
长度/m
清洗表面积/
流通截面积/
水容积/
单根
共计
除氧器下水管
426×5
1
80
80
102
0.136
11
高压加热器旁路-给水操作台
406.4×55
1
100
100
93
0.069
6.9
给水操作台-省煤器
298.5×40
2
40
80
55
0.074
3.0
省煤器进口集箱
325×35
2
8.8
17.6
14.0
0.102
0.9
省煤器管系
32×4.5
664×2
48.5
64381
4650
0.276
26.7
省煤器出口集箱
325×35
2
8.8
17.6
14.0
0.102
0.9
省煤器-双面水冷壁连接管
325×35
2
35.5
71.0
56.8
0.102
3.62
双面水冷壁进口连接管
133×16
12
16.1
193
61.2
0.096
1.55
双面水冷壁进口集箱
219×30
2
3.7
7.4
3.7
0.0198
0.15
双面水冷壁
51×6
100
40.2
4020
492.3
0.119
4.6
双面水冷壁出口集箱
325×35
2
5.7
11.4
9.17
0.102
0.58
双面水冷壁大直径下降管
325×35
2
51.9
103.8
83.2
0.102
5.3
过滤器
426×36
2
2.2
4.4
4.81
0.197
0.43
下降管支管
133×16
12
13.4
101.2
51.1
0.096
1.29
水冷壁入口连接管
60×8
48
2.3
108
14.9
0.073
0.16
水冷壁进口集箱
219×30
56
2.2
121
60.4
0.56
2.4
膜式水冷壁下中辐射部分
21×5.5
1448
34.8
50400
1740.8
0.138
4.79
第一级混合器
273×36
6
1.3
7.8
4.92
0.19
0.25
一级混合器进出口连接管
108×4
48
6.5
314
78.9
0.121
1.58
四、锅炉用钢的分类与选用
（一）钢中成份对钢材性能的影响
1、碳：
碳对于碳钢的性能是起决定性因素的元素。
含碳量的高低对强度、硬度、塑性、韧性有明显的影响。
2、硫：
硫的存在固然能改善钢材的被切削性，但硫在钢中偏析严重，恶化钢材质量。
3、磷：
磷同硫一样是钢中不利的元素。
磷在钢中偏析严重，增加钢的回火脆性及冷脆敏感性。
磷多的地方往往成为脆裂的起点。
磷的增加使钢在室温或更低的温度下冲击值明显下降。
因此磷的含量也是越低越好，锅炉钢材中磷的含量一般规定在0.04%以下。
4、硅：
在碳素钢中，硅是做为一种脱氧剂（硅铁）加入钢水中而在冶炼结束残留在钢中的。
硅在钢中使钢的可焊性能恶化。
5、锰：
在碳素钢中，锰也是做为一种脱氧剂（锰铁）加入钢水中的，而在冶炼结束后残留钢中的。
当锰含量超过1%时，钢的焊接性能变坏。
6、铬：
铬可以提高钢的强度和硬度。
随着铬的含量增加，强度极限和硬度显著增加，当铬的含量在10%以下时，钢的伸长率和断面收缩率也略有提高，但含量超过10%时，钢的塑性显著下降。
7、钼：
钼可以提高钢中碳化物的稳定性，对钢的强度产生有利的影响。
钼是提高钢的热强性最有效的合金元素，可以提高钢的抗蠕变能力。
但钼会使低合金钢发生石墨化倾向，为了防止钼钢石墨化倾向在钼钢中总是要加一些其他合金元素，如铬。
8、镍：
当镍的含量为5%～6%时，钢的显微组织为铁素体加珠光体，提高了钢的强度，而对钢的塑性无影响，当含量为7%～8%时，钢的组织几乎全部为细珠光体，强度提高，塑性有所降低，当含量为10%～20%时，钢的组织为马氏体，强度高，塑性低；当含量超过20%时，钢的组织出现奥氏体，强度降低，塑性上升；当含量达25%时，钢的组织为纯奥氏体，强度低，塑性好。
镍还可以改善钢的加工性和可焊性，同时还可以提高钢的抗腐蚀能力。
9、铜：
铜可以产生时效强化作用，并能提高钢的抗大气腐蚀性能。
但铜的含量超过0.3%时，对热变形加工不利，会产生高温铜脆。
为此，锅炉碳钢和低锰钢中的含铜量不得大于0.35%。
（二）电站锅炉制造常用钢材
1、钢管：
我国锅炉用管标准，大、小口径管子在同一标准中。
规程规定高压及高压以上锅炉必须使用按GB5310《高压锅炉用无缝钢管》标准采购和生产的无缝钢管。
为了满足亚临界压力及以上锅炉机组用材的需求，特别是为了按国外引进技术设计和制造大型电站锅炉，GB5310-1995新版标准新增加了不少材料，它包括以下钢号：
20G、20MnG（同SA-210A1，SA-106B）、25MnG（同SA-210C，SA-106C）、15MoG（同DIN17175，15Mo3）、20MoG、12MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG（同SA-213T22）、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、10Cr9Mo1VNb（同SA-213T91）。
前面9种材料牌号末尾带“G”代表高压及高压以上用。
2、钢板：
钢板可分为薄板（sheet）和中厚板（plate），还有带材（ship）。
由于结构用钢板和锅炉用钢板分属不同标准，选用时应注意区别开。
锅炉用钢板的现行标准是GB713-1997，其中包括了20g、16Mng、19Mn5、19Mn6、15CrMog和12Cr1MoVg等7种牌号，用于卷制或压制汽包筒体、压制封头、压制或机加工集箱端盖。
在引进国外技术的过程中，常使用ASME/ASTMSA-299、SA-515Gr.70、DINEN10028-2P355GH、13MnNiMo54-87（BHW35）等钢板来制造大型锅炉的汽包。
结构用钢板标准不同于锅炉用钢板标准，其钢号的末尾不带“g”。
工程上常用的有：
Q235-A，Q345-A、Q345-B和Q345-D等碳钢板以及C-Mn钢板，它们在锅炉构架上用量很大；还有按GB4238标准生产的1Cr18Ni9Ti或1Cr18Ni9Ti、1Cr20Ni14Si2和1Cr25Ni20Si2等奥氏体不锈耐热钢板。
奥氏体钢对氯离子、氟离子及硫元素很敏感。
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