鍋爐基礎知識及鍋爐材質(zhì)

鍋爐基礎知識及鍋爐材質(zhì)一、鍋爐的定義、分類及型號命名1、鍋爐是將燃料的化學能（或電能）轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽〒碛斜囟▍?shù)的蒸汽和熱水）的能量變換設施，同時是直接受火的高溫煙氣（受熱）、承受工作壓力載荷、擁有爆炸危險的特種設施。鍋爐是由鍋和爐以及相當套的安全附件、自控裝置、隸屬設施構(gòu)成。鍋是批鍋爐汲取受熱量，并將熱量傳給水的受熱面系統(tǒng)，是鍋爐中儲存或輸送鍋水或蒸汽的密閉受壓部分，主要包含：鍋筒（或鍋殼）、水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器、對流管制、集箱（聯(lián)箱）等。是鍋爐化學沖洗的主要對象。爐是指焚燒產(chǎn)生高溫煙氣，將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿目臻g---爐膛。主要包含焚燒設施和爐墻等?？傊仩t是產(chǎn)生蒸汽或熱水的裝置。由盛水的鋼制容器和焚燒裝置構(gòu)成。它產(chǎn)生的熱水和蒸汽用于生產(chǎn)、生活、發(fā)電等。鍋爐附件有安全附件和其余附件：安全閥、壓力表、水位表、高低水位報警器、排污裝置、汽水管道、閥門、儀表等。鍋爐自控裝置包含：給水調(diào)理裝置、焚燒調(diào)理裝置、點火裝置、熄火保護及送、引風機聯(lián)鎖裝置等。鍋爐隸屬設施包含：燃料制備輸送裝置、通風系統(tǒng)、給水系統(tǒng)以及出渣、除灰、除塵等裝置。2、鍋爐的分類1）鍋爐按構(gòu)造形式可分為：電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、小型鍋爐電站鍋爐是指以發(fā)電或熱、電聯(lián)產(chǎn)為主要目的的鍋爐，一般是指額定工作壓力大于等于3.8MPa的鍋爐。工業(yè)鍋爐是指向工業(yè)生產(chǎn)或生活用途供給蒸汽、熱水和有機熱載體的鍋爐，一般是指額定工作壓力小于等于2.5MPa的鍋爐。小型鍋爐包含：小型汽水兩用鍋爐----額定蒸發(fā)量不超出0.5t/h，額定蒸汽壓力不超出0.04MPa的鍋爐；小型熱水鍋爐----額定出水壓力不超出0.1MPa的鍋爐，自來水加壓的熱水鍋爐；小型蒸汽鍋爐----水容積不超出50升且額定蒸汽壓力不超出0.7MPa的蒸汽鍋爐；小型鋁制承壓鍋爐----本體采納鋁材制造，額定出口蒸汽壓力不超出0.04MPa，且額定蒸發(fā)量不超出0.2t/h的鍋爐；常壓熱水鍋爐----是指鍋爐本體開孔或許用連通管與大氣相通，在任何狀況下，鍋爐本體頂部表壓力為零的鍋爐。（2）電站分類按蒸發(fā)量分為：蒸發(fā)量小于220t/h的小型鍋爐；蒸發(fā)量在220-410t/h的中型鍋爐；蒸發(fā)量大于670t/h的大型鍋爐。按出口蒸汽壓力(p)分為：低壓鍋爐（p小于等于2.45MPa）、中壓鍋爐（）、高壓鍋爐（）、超高壓鍋爐（）、亞臨界鍋爐（）、超臨界鍋爐p大于等于22.1MPa）、超超臨界鍋爐（p:32MPa）注：水的臨界參數(shù)：Tc=647.096Kpc=22.064MPaρc=322kg/m-3臨界狀態(tài)時汽液密度相等，水汽變化不穩(wěn)固，故沒有臨界鍋爐。按鍋爐的焚燒方式分為：層燃爐、室燃爐、旋風爐、沸騰爐、循環(huán)流化床鍋爐等。按工質(zhì)在鍋爐中的流動方式，可分為：自然循環(huán)鍋爐、強迫循環(huán)鍋爐；強迫循環(huán)鍋爐又分為多次強迫循環(huán)鍋爐、直流鍋爐、復合循環(huán)鍋爐，如鍋爐構(gòu)造圖。按排渣方式分為：固態(tài)排渣爐、液態(tài)排渣爐3、國產(chǎn)電站鍋爐狀況以下表：容量壓力過熱/再熱蒸給水溫配套汽輪電機功率鍋爐種類（t/h）（MPa）汽溫度（℃）度（℃）（MW）353.824501506中壓自然循環(huán)6515012751501212017025130170252209.854021550高壓自然循環(huán)2305105041054010040013.7555/555240125超高壓自然循環(huán)或直流爐670540/540200超高壓自然循環(huán)93516.7570/570260300亞臨界自然循環(huán)、控制循環(huán)或---1025直流鍋爐200818.3540/540278600亞臨界控制循環(huán)鍋爐4、工業(yè)鍋爐的型號命名工業(yè)鍋爐型號按JB1626規(guī)定編制，由三部分構(gòu)成，各部分之間用短線相連。詳細以下：△△△××---××/××---××△△：表示鍋爐型號代碼；△：焚燒設施型式或焚燒方式；①××：表示額定蒸發(fā)量或額定額定熱功率；②××：表示額定蒸汽壓力或額定出水溫度；③××：表示過熱蒸汽溫度或熱水鍋爐額定進水溫度；①×：表示熱水鍋爐額定進水溫度；②×：燃料種類代號。工業(yè)鍋爐型號代號以下表火管鍋爐水管鍋爐鍋爐整體型式代號鍋爐整體型式代號立式水管LS單鍋筒縱置式DZ立式火管LH單鍋筒橫置式DH臥式外燃WW雙鍋筒縱置式SZ臥式內(nèi)燃WN雙鍋筒橫置式SH臥式雙火管WS縱橫鍋筒式ZH單鍋筒立式DL強迫循環(huán)式QX工業(yè)鍋爐焚燒方式代號以下表焚燒方式代號焚燒方式代號固定爐排G振動爐排Z活著手搖爐排H下飼爐排A鏈條爐排L沸騰爐F來去推進爐排W半沸騰爐B拋煤機P室燃爐S倒轉(zhuǎn)爐排拋煤機D旋風爐X工業(yè)鍋爐所用燃料代號以下：無煙煤W、貧煤P、煙煤A、低質(zhì)煙煤L、褐煤H、油Y、氣Q等5、電站鍋爐的型號命名電站鍋爐的型號反應了鍋爐的主要技術特征，當前我國電站鍋爐的型號一般采納三組或四組字碼表示，其表示形式一般為：制造廠家----鍋爐容量/過熱蒸汽壓力----過熱蒸汽溫度/再熱蒸汽溫度----鍋爐設計序號。中高壓鍋爐用三組字碼表示，如HG-410/100-1（SG-上海鍋爐廠、DG-東方鍋爐廠、WG-武漢鍋爐廠、UG-無錫鍋爐廠、HG-哈爾濱鍋爐廠等），設計序號小的先設計。超高壓以上有鍋爐均采納中間再熱，其鍋爐型號一般用四組字碼表示，如DG-670/13.7-540/540-8。二、鍋爐的各個組件及構(gòu)造形式（一）鍋爐的各個組件1、汽包：是由圓柱筒和兩頭封頭焊接而成的，是給水、蒸發(fā)系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)的樞紐。自然循環(huán)和多次強迫循環(huán)鍋爐都要求裝置汽包。中壓鍋爐汽包資料一般多采納20g、16Mng或有相像化學成分和機械性能的外國鋼號（如德國的19Mn5、19Mn6等）。高壓鍋爐汽包用鋼如HG-220/9.8、HG-410/9.8：22g；SG-400/13.7：15MnMoVNi；DG-670/13.7：18MnMoNb。汽包內(nèi)有汽包內(nèi)部裝置，如圖。2、降落管：自然循環(huán)和多次強迫循環(huán)鍋爐都在汽包上裝有降落管。其作用是把汽包內(nèi)的水連續(xù)不停的送往下聯(lián)箱，而后再分送入各水冷壁，以保持蒸發(fā)系統(tǒng)的正常水循環(huán)。降落管分為分別降落管和集中下降管。中小容量鍋爐都采納小直徑的分別降落管，一般管徑為φ108-159，阻力較大，不利于水循環(huán)。大型電站鍋爐為了減小阻力，筒化部署，多數(shù)采納大直徑集中降落管，其管徑一般為φ273-426。3、水冷壁：鍋爐爐膛（焚燒室）周圍部署好多管子叫做水冷壁，是主要達成工質(zhì)加熱蒸發(fā)的零件，其作用有二，一是汲取爐膛熱量產(chǎn)生蒸汽，二是保護爐墻或直接參加做為敷管式爐墻。水冷壁按其型式或分為光管式、銷釘式和鰭片式三種。一般管徑為φ45-63.5。一般水冷壁的上部與上鍋筒直接連結(jié)或先經(jīng)過上集箱再經(jīng)過汽水連管與上鍋筒連結(jié)。4、省煤器：省煤器就是有效的利用低溫煙道的煙氣熱量對鍋爐給水進行加的一種熱互換器，其作用有：汲取低溫煙道煙氣熱量對鍋爐給水進行加熱；降低煙氣溫度，減少排煙的熱損失；節(jié)儉燃料，提升鍋爐的熱效率；提升給水溫度，減少汽包交變應力。省煤器分為沸騰式（出口水溫達必定壓力下的飽和溫度）和非沸騰式，其意義不過表示省煤器的熱力工作特征，而不表示在構(gòu)造上的差異。沸騰式省煤器只好用鋼管（φ25-42）制成，非沸騰式省煤器多以鑄鐵制造。5、過熱器：其作用是將飽和蒸汽加熱成擁有必定溫度的過熱蒸汽，再送往汽輪機做功或提升蒸汽參數(shù)知足生產(chǎn)和生活需要。可分為對流過熱器（部署在煙道內(nèi)）、半輻射過熱器（部署在焚燒室出口）、輻射過熱器（部署在焚燒地區(qū)）。6、再熱器：其作用是將汽輪機高壓缸排出的蒸汽再加熱成擁有一溫度的再熱蒸汽，再送往汽輪機中、低壓缸持續(xù)做功。我國生產(chǎn)的超高壓125MW、200MW和亞臨界壓力300MW機組均采納一次中間再熱器，超臨界機組一般采納二次中間再熱器。再熱器一般管徑為φ40-607、減溫器：在運轉(zhuǎn)中過熱汽平和再熱氣溫常常會發(fā)生變化，為了保持額定汽溫，電站鍋爐都裝有減溫器?？煞譃楸砻媸綔p溫器和噴水減溫器（二）鍋爐的構(gòu)造形式1、工業(yè)鍋爐的構(gòu)造形式：如圖2、電站鍋爐的構(gòu)造形式：如圖（三）電廠汽水系統(tǒng)流程1、凝汽式發(fā)電廠水汽循環(huán)流程，如圖2、鍋爐系統(tǒng)汽水流程：爐前給水系統(tǒng)----省煤器----汽包----下集管----下聯(lián)箱----水冷壁----上聯(lián)箱----汽水引入管----經(jīng)汽包內(nèi)旋風分別器----蒸汽引出管----頂棚過熱器----包墻過熱器----低溫過熱器----減溫器----高溫過熱器----集汽聯(lián)箱----主蒸汽管道----汽輪機三、鍋爐的水容積與沖洗特征參數(shù)關于工業(yè)鍋爐因為鍋爐手冊、圖紙和標牌中都沒有水容積和內(nèi)表面積的數(shù)聽說明，加之鍋爐的不規(guī)則構(gòu)造，使得統(tǒng)計、計算工作無從下手，操作起來進出較大，下表中的數(shù)據(jù)是一些低壓鍋爐的相對水容積，僅供參照。應用中還需要現(xiàn)場依據(jù)詳細狀況進行糾正。關于高參數(shù)電站鍋爐，水容量和表面積的計算尤其重要，并且比較困難，下表分別給出了部分電站鍋爐各部分的水容積和內(nèi)表面積數(shù)據(jù)，僅供參照。部分工業(yè)鍋爐的容水量鍋爐型式蒸發(fā)量/(t/h)鍋爐容水量/t相對容水量臥式水火管0.51.603.20臥式水火管1.02.602.60臥式水火管1.53.402.27臥式水火管2.04.202.10臥式水火管4.07.501.88臥式內(nèi)燃回火管2.04.782.39臥式內(nèi)燃回火管4.05.721.43雙汽包橫置式6.57.931.22雙汽包橫置式10.08.450.85雙汽包橫置式20.013.420.67400/h鍋爐汽水系統(tǒng)沖洗特征零件名稱規(guī)格根數(shù)長度/m清洗流通截水容積/mm排×根共單根合計表面面積//m3積/汽包16001425給水總管273×2513030210.0391.17219×2622550300.0441.5引入汽包108×101×212113310.0730.69給水管主省煤器32×4117×2234113608560.1045.14蛇形管主省煤器108×10113310.0730.69隔墻省煤器省隔墻省煤38×420931971.48煤器38×520231721.16器隔墻省煤219×2623920.50.0440.85器-旁路省煤器旁路省煤38×4101×220250004710.1433.53器省煤器聯(lián)219×32660291.13箱大直徑下419×402×26414415313降管457×5541.45.66.00.52133×125210.15251804.9水冷壁上273×40146941.82.0降落管水汽水引出133×122×234620971.51.95冷管壁前后水冷60×7240壁左右水冷60×7208壁第二回路60×7224左右邊670t/h鍋爐汽水系統(tǒng)沖洗特征長度/m沖洗表面流通截面零件名稱規(guī)格/mm根數(shù)單水容積/合計積/積/根省煤器下32×4488683318425000.2215級省煤器上32×4656221443210880.2966.5級水冷壁甲60×6315401260018990.5722.8水冷壁乙60×6315401260018990.5722.8大直徑下降管(帶支426×366503003340.09829.5管)汽包160011818902.0381000t/h鍋爐汽水系統(tǒng)沖洗特征零件名稱規(guī)格/mm根數(shù)長度/m沖洗表面積/流通截面積/水容積/單根合計除氧器下水426×5180801020.13611管高壓加熱器406.4×551100100930.0696.9旁路-給水操作臺給水操作臺-298.5×4024080550.0743.0省煤器省煤器進口325×3528.817.614.00.1020.9集箱省煤器管系32×4.5664×248.56438146500.27626.7省煤器出口325×3528.817.614.00.1020.9集箱省煤器-雙面325×35235.571.056.80.1023.62水冷壁連結(jié)管雙面水冷壁133×161216.119361.20.0961.55進口連結(jié)收雙面水冷壁219×3023.77.43.70.01980.15進口集箱雙面水冷壁51×610040.24020492.30.1194.6雙面水冷壁325×3525.711.49.170.1020.58出口集箱雙面水冷壁325×35251.9103.883.20.1025.3大直徑降落管過濾器426×3622.24.44.810.1970.43降落管支管133×161213.4101.251.10.0961.29水冷壁進口60×8482.310814.90.0730.16連結(jié)收水冷壁進口219×30562.212160.40.562.4集箱膜式水冷壁21×5.5144834.8504001740.80.1384.79下中輻射部分第一級混淆273×3661.37.84.920.190.25器一級混淆器108×4486.531478.90.1211.58進出口連結(jié)管四、鍋爐用鋼的分類與采納（一）鋼中成份對鋼材性能的影響1、碳：碳關于碳鋼的性能是起決定性要素的元素。含碳量的高低對強度、硬度、塑性、韌性有顯然的影響。2、硫：硫的存在誠然能改良鋼材的被切削性，但硫在鋼中偏析嚴重，惡化鋼材質(zhì)量。3、磷：磷同硫同樣是鋼中不利的元素。磷在鋼中偏析嚴重，增添鋼的回火脆性及冷脆敏感性。磷多的地方常常成為脆裂的起點。磷的增加使鋼在室溫或更低的溫度下沖擊值顯然降落。所以磷的含量也是越低越好，鍋爐鋼材中磷的含量一般規(guī)定在0.04%以下。4、硅：在碳素鋼中，硅是做為一種脫氧劑（硅鐵）加入鋼水中而在冶煉結(jié)束殘留在鋼中的。硅在鋼中使鋼的可焊性能惡化。5、錳：在碳素鋼中，錳也是做為一種脫氧劑（錳鐵）加入鋼水中的，而在冶煉結(jié)束后殘留鋼中的。當錳含量超出1%時，鋼的焊接性能變壞。6、鉻：鉻能夠提升鋼的強度和硬度。跟著鉻的含量增添，強度極限和硬度明顯增添，當鉻的含量在10%以下時，鋼的伸長率和斷面縮短率也略有提升，但含量超出10%時，鋼的塑性明顯降落。7、鉬：鉬能夠提升鋼中碳化物的穩(wěn)固性，對鋼的強度產(chǎn)生有益的影響。鉬是提升鋼的熱強性最有效的合金元素，能夠提升鋼的抗蠕變能力。但鉬會使低合金鋼發(fā)生石墨化偏向，為了防備鉬鋼石墨化偏向在鉬鋼中老是要加一些其余合金元素，如鉻。8、鎳：當鎳的含量為5%～6%時，鋼的顯微組織為鐵素體加珠光體，提升了鋼的強度，而對鋼的塑性無影響，當含量為7%～8%時，鋼的組織幾乎所有為細珠光體，強度提升，塑性有所降低，當含量為10%～20%時，鋼的組織為馬氏體，強度高，塑性低；當含量超出20%時，鋼的組織出現(xiàn)奧氏體，強度降低，塑性上漲；當含量達25%時，鋼的組織為純奧氏體，強度低，塑性好。鎳還能夠改良鋼的加工性和可焊性，同時還能夠提升鋼的抗腐化能力。9、銅：銅能夠產(chǎn)生時效加強作用，并能提升鋼的抗大氣腐化性能。但銅的含量超出0.3%時，對熱變形加工不利，會產(chǎn)生高溫銅脆。為此，鍋爐碳鋼和低錳鋼中的含銅量不得大于0.35%。（二）電站鍋爐制造常用鋼材1、鋼管：我國鍋爐用管標準，大、小口徑管子在同一標準中。規(guī)程規(guī)定高壓及高壓以上鍋爐一定使用按GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》標準采買和生產(chǎn)的無縫鋼管。為了知足亞臨界壓力及以上鍋爐機組用材的需求，特別是為了按外國引進技