蒸汽鍋爐工作原理、分類、結構

工作原理

 

   鍋爐是一種利用燃料燃燒后釋放的熱能或工業生產中的余熱傳遞給容器內的水，使水達到所需要的溫度（熱水）或一定壓力蒸汽的熱力設備。它是由“鍋”（即鍋爐本體水壓部分）、“爐”（即燃燒設備部分）、附件儀表及附屬設備構成的一個完整體。

　　鍋爐在“鍋”與“爐”兩部分同時進行，水進入鍋爐以后，在汽水系統中鍋爐受熱面將吸收的熱量傳遞給水，使水加熱成一定溫度和壓力的蒸汽，被引出應用。在燃燒設備部分，燃料燃燒不斷放出熱量，燃燒產生的高溫煙氣通過熱的傳播，將熱量傳遞給鍋爐受熱面，而本身溫度逐漸降低，最后由煙囪排出。

蒸汽鍋爐的分類

蒸汽鍋爐按照燃料可以分為電蒸汽鍋爐、燃油蒸汽鍋爐、燃氣蒸汽鍋爐等；按照構造可以分為立式蒸汽鍋爐、臥式蒸汽鍋爐，小型蒸汽鍋爐多為單、雙回程的立式結構，大型蒸汽鍋爐多為三回程的臥式結構。

   按出口蒸汽壓力分為：低壓鍋爐（P〈2.45MPa）、中壓鍋爐（3.8〈P〈5.8MPa）、高壓鍋爐（5.9〈P=12.6MPa）、超高壓鍋爐（12.7〈P=15.8MPa）、亞臨界鍋爐（15.9〈P=18.3MPa）、超臨界鍋爐（22.115〈P〈30MPa）、超超臨界鍋爐＞30MPa。

 

蒸汽鍋爐按照燃料可以分為電蒸汽鍋爐、燃油蒸汽鍋爐、燃氣蒸汽鍋爐等；按照構造可以分為立式蒸汽鍋爐、臥式蒸汽鍋爐，小型蒸汽鍋爐多為單、雙回程的立式結構，大型蒸汽鍋爐多為三回程的臥式結構。

立式雙回程結構

立式燃油燃氣蒸汽鍋爐采用燃燒機下置方式，二回程結構，燃料燃燒充分，鍋爐運行穩定；煙管內插有擾流片，減緩排煙速度，增加換熱量，鍋爐熱效率高，降低用戶使用成本。

臥式三回程結構

臥式蒸汽鍋爐為鍋殼式全濕背順流三回程煙火管結構，火焰在大燃燒室內微正壓燃燒，完全伸展，燃燒熱負荷低，燃燒熱效率高，有效地降低了排煙溫度，節能降耗，使用經濟。波形爐膽和螺紋煙管結構，既提高了鍋爐的吸熱強度，又滿足了換熱面受熱膨脹的需要，科學合理，經久耐用。

臥型煙管式三回路鍋爐工作示意圖

臥型煙管式三回路鍋爐結構圖

鍋爐的一般構造

1 鍋:

“鍋”即是鍋爐容納不各蒸汽的受壓部件,它包括鍋筒(汽包)或鍋殼,水冷壁管,對流管束,煙管,下降管,集箱,過熱器,省煤器等受壓部件組成.由此而組成完整的水和蒸汽的系統,進行加熱和汽化等過程.

2 爐:

“爐”是由燃燒設備,爐墻,爐拱和鋼架等部分組成.它使燃料進行燃燒產生灼熱煙氣,煙氣經過爐膛和各段煙道向鍋爐受熱面放熱,最后從鍋爐尾部進入煙囪排出.

3其他重要輔機：

碎煤機、輸煤裝置、送引風機及管道、給水裝置、排污系統、水處理設備及管道、除塵及除灰系統、輸渣裝置、控制系統等

4附件儀表：

安全閥、水位計、壓力表、溫度表、流量計、壓力及水位聲光報警裝置、聯鎖保護裝置等。閥門主要有主汽閥、排污閥、止回閥等。

熱水鍋爐系統圖

生活熱水和采暖雙系統

鍋爐燃油系統圖

鍋爐燃氣系統圖

生活熱水和采暖系統設計過程（一次系統）

生活熱水和采暖系統設計過程（二次循環系統）

鍋爐選型計算以及運營成本運算

有關熱值、重量單位的換算

1、1萬大卡=10000千卡（Kcal)=10000000卡（cal)=41858518.2焦耳（j)；

2、1萬大卡≌11.6千瓦（Kw)  例：24千瓦（Kw)的電鍋爐約等于2萬大卡的鍋爐；

3、1公斤=1千克=0.001噸，例：500公斤也就是通常說的0.5噸。

鍋爐選型計算以及工程計算所要遵循的相關規定和國家標準

1、《小型和常壓熱水鍋爐技術監察規定》

2、《鍋爐房安全管理規程》

3、《鍋爐壓力容器安全監察暫行條例》

4、《建筑給水排水設計規范》GB/T50015-2003

5、《建筑給水排水設計手冊》

6、《全國民用建筑工程設計技術措施（給水排水）》

7、《給水排水設計基本語標準》GBJ125-89

 

表1熱水用水定額

序號	建筑物名稱	單位	最高日用水定額(L)	使用時間(h)
1	住宅 有自備熱水供應和沐浴設備 有集中熱水供應和沐浴設備	每人每日	40～80 60～100	24
2	別墅	每人每日	70～110	24
3	單身職工宿舍、學生宿舍、招待所、培訓中心、普通旅館 設公用盥洗室 設公用盥洗室、淋浴室 設公用盥洗室、淋浴室、洗衣室 設單獨衛生間、公用洗衣室	每人每日 每人每日 每人每日 每人每日	25～40 40～60 50～80 60～100	24或定時供應
4	賓館客房 旅客 員工	每床位每日 每人每日	120～160 40～50	24
5	醫院住院部 設公用盥洗室 設公用盥洗室、淋浴室 設單獨衛生間	每床位每日 每床位每日 每床位每日	60～100 70～130 110～200	24
	醫務人員 門診部、診療所	每人每班 每病人每次	70～130 7～13	8
	療養院、休養所住房部	每床位每日	100～160	24
6	養老院	每床位每日	50～70	24
7	幼兒園、托兒所 有住宿 無住宿	每兒童每日 每兒童每日	20～40 10～15	24 10
8	公共浴室 淋浴 淋浴、浴盆 桑拿?。茉?、按摩池）	每顧客每次 每顧客每次 每顧客每次	40～60 60～80 70～100	12
9	理發室、美容院	每顧客每次	10～15	12
10	洗衣房	每千克干衣	15～30	8
11	餐飲廳 營業餐廳 快餐店、職工及學生食堂 酒吧、咖啡廳、茶座、卡拉OK房	每顧客每次 每顧客每次 每顧客每次	15～20 7～10 3～8	10～12 11 18
12	辦公樓	每人每班	5～10	8
13	健身中心	每人每次	15～25	12
14	體育場（館） 運動員淋浴	每人每次	25～35	4
15	會議廳	每座位每次	2～3	4

表2冷水計算溫度

地區	地面水溫度(℃)	地下水溫度(℃)
黑龍江、吉林、內蒙古的全部，遼寧的大部分，河北、山西、陜西偏北部分，寧夏偏東部分	4	6～10
北京、天津、山東全部，河北、山西、陜西的大部分，河北南部，甘肅、寧夏、遼寧的南部，青海偏東和江蘇偏北的一小部分	4	10～15
上海、浙江全部，江西、安徽、江蘇的大部分，福建北部，湖南、湖北東部，河南南部	5	15～20
廣東、臺灣全部，廣西大部分，福建、云南的南部	10～15	20
重慶、貴州全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陜西和甘肅秦嶺以南地區，廣西偏北的一小部分	7	15～20

各種能源熱值對比

名稱	熱值		熱效率		實際熱值
電熱水器	860kacl/度	×	95%	=	817  kacl/度
液化氣	10800  kacl/kg	×	85%	=	9180  kacl/kg
管道煤氣	6500  kacl/M3	×	85%	=	5525  kacl/M3
輕柴油	10200  kacl/kg	×	85%	=	8670  kacl/kg
熱泵	860  kacl/度	×	200%	=	1720  kacl/度
生物質顆粒	4600  kacl/kg	×	92%	=	4232  kacl/kg
煤	6000  kacl/kg	×	85%	=	5100 kacl/kg

有關熱水鍋爐的取暖以及用水量計算公式

1、取暖耗熱量計算公式：

采暖標準：100w/m²

耗熱量公式= 100×總面積×860

1000

2、1t水升溫40℃所需耗熱量計算公式：

1T×1000L×40℃=40000kcal

例：比如用戶需要每小時5t水，那么所需鍋爐功率熱值就是5tX40000Kcal=200000Kcal。

3、適用于各種耗熱量損失的計算公式（比如大池等）：

Q=mc△t=?(這個問號代表水重量，以噸為單位）X1000LX3℃=?

例：10t大池每小時按溫降3℃計算：10T×1000L×3=30000kcal/h。所得每小時損耗熱量為3萬大卡，后面要把這個損失的熱量加回去。

運行成本分析計算公式

熱值÷燃料熱值÷熱效率×燃料單價=運行費用

例：

1、生物質鍋爐熱效力為91.15%。

2、燃油鍋爐熱效力為85%。

3、生物燃料價格：1100元/噸。（視當地價格為準）

柴油價格：7200元/噸。（視當地價格為準）

4、生物質燃料熱值：4600 kacl /kg   柴油熱值：10200kacl /kg。

以120萬大卡和60萬大卡熱水鍋爐為例運行費用計算：

生物質顆粒鍋爐

取暖：1200000 kacl÷4600 kcal÷91.15%×1.1元=314元/時

供熱：600000 kacl÷4600 kcal÷91.15%×1.1元=157元/時

油鍋爐

取暖：1200000 kacl÷10200 kcal÷85%×7.2元=996元/時

供熱：600000 kacl÷10200 kcal÷85%×7.2元=498元/時

 

相關的工程計算例子（以生物質顆粒熱水鍋爐為例）

1、客戶的實地情況：

（1）淋浴25個，5t的恒溫大池。

（2）7個取暖器，取暖面積180mm²（未知）

（3）高峰期按4小時計算

2、工程設計分析：

（1）淋浴用水量分析

已知該浴室有25個淋浴頭，每小時按客流量5個人計算，平均每個客戶用水量為70L/人，根據以上得知淋浴每小時的用水量為：

70L/人X 5人X 25個X 70%（使用率）=6125L/h=6.13t/h

（2）5t恒溫大池耗熱量分析：

待水溫加熱到38℃時候，由于熱量流失，所以需要持續加溫，按每小

時溫度下降3℃計算。

根據熱水熱負荷公式：Q=mcΔt

Q=5t X 1000L X 3℃=15000Kcal/h

(3)取暖耗熱量計算：

采暖標準：100w/m²

耗熱量公式= 100×總面積×860

1000

得10000平取暖：100×180×860=15480kcal

1000

根據以上綜合分析：

以1t水升溫40℃所需耗熱量為：1T×1000L×40℃=40000kcal

計算得：

1、5t恒溫大池跟淋浴用水量以及供暖所需總熱量為275680 kcal，推薦用戶選用30萬大卡熱水鍋爐。

3、運行成本分析

生物質鍋爐運行費用（鍋爐全年12個月正常運行，每天全負荷運行8小時 ）

煤鍋爐熱效率按照91%計算，生物質燃料熱值為4600kcal/kg,每公斤燃料價格1元/kg（以當地價格為準）。

熱值÷燃料熱值÷熱效率×燃料單價=運行費用

（1）熱水運行成本分析：

275680kcal÷4600 kcal÷91 %×1元=65元/時

275680kcal÷40000kcal/T=6.9t

一噸水升溫40℃，所需要的運行成本為：

65元÷7T=9元/t。

蒸汽鍋爐選型計算以及成本運營計算簡略

毫無疑問，熱水鍋爐的選型以及成本運營計算還是比較簡單的。而且大部分也可以套用公式，實在不知道的也可以依據相關的經驗去做一個評估。

反觀蒸汽鍋爐的計算，就要稍微麻煩一點。因為除非客戶他自己知道他實際需要多大的蒸發量鍋爐，你直接給他配過去，這就是很省事了。但有一個前提就是連客戶他自己都不知道一個大概，所以相對應的選型計算就要你實地去查看一下才有個底，不然光聽他說個大概，估計自己也不好做出判斷。

但蒸汽鍋爐的用量也可以轉換成熱水鍋爐去計算。

這里遵循一個原則就是“蒸發量1t的蒸汽鍋爐它的熱值就相當于60萬大卡熱水鍋爐”。所以要確定客戶所需要的蒸發量多少，首先了解客戶需要用到蒸汽的設備是多大功率的，再以所有設備的總功率去換算成大卡，根據那個原則就可以計算出這些設備需要多少蒸汽了。

相對應的運營成本也可以完全按照上述熱水鍋爐的計算方法得出。