第四章 锅炉燃料
工业锅炉用燃料分为三类：
固体燃料—烟煤，无烟煤，褐煤，泥煤，油页岩，木屑，甘蔗渣，稻糠等；
液体燃料—重油，渣油，柴油，等；
气体燃料—天然气，人工燃气，液化石油气等。
第一节 煤
一． 煤的成分：
自然界里煤是多种物质组成的混合物，它的主要成分有碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分等。
1． 碳：用符号C表示，是煤的主要成份，煤的含碳量愈多，发热量越高。不过含碳量较高的煤较难着火，这是因为碳在比较高的温度下才能燃烧。一般碳约占燃料成份的50∽90%。
2． 氢：用符号H表示，是煤中最活波的成份，煤中含量越多，燃料越容易着火，煤中氢量约为2%∽5%。
3． 硫：用符号S表示，是煤中的一种有害元素。硫燃烧生成二氧化硫（SO2）或三氧化硫（SO3）气体，污染大气，对人体有害，这些气体又与烟气中水蒸汽凝结在受热面上的水珠结合，生成亚硫酸（H2SO3）或硫酸（H2SO4）腐蚀金属。不仅如此，含硫烟气排入大气还会造成环境污染。含硫多的煤易自燃。我国煤的含量为0.5∽5%。
4． 氧：用符号O表示，是不可燃成份，煤中含氧为1%∽10%。
5． 氮：用符号N表示，是不可燃成份，但在高温下可与氧反应生成氮氧化物（NOx）,它是有害物质。在阳光紫外线照射下，可与碳氢化合物作用而形成光学氧化剂，引起大气污染。
6． 灰分：用符号A表示，是煤中不能燃烧的固体灰渣，由多种化合物构成。熔化温度低的灰，易软化结焦，影响正常燃烧，所以，灰份多，煤质差。煤中灰份约占5∽35%。
7． 水分：用符号W表示，煤中水份过多会直接降低煤燃烧所发生的热量，使燃烧温度降低。
二． 煤的发热量
1Kg煤xx燃烧时所放出的热量，称为煤的发热量。
1． 高位发热量（Qgw）指煤的xx可能发热量。
2． 低位发热量（Qdw）指煤在正常燃烧条件下的实际发热量。
我国目前的锅炉燃烧设备都是按实际应用煤的低位发热量来进行计算的。煤的品种不同，其发热量往往差别很大。在锅炉出力不变的情况下，燃用发热量高的煤时，耗煤量就小，燃用发热量低的煤时，其耗煤量必然增加。因此，笼统地讲燃料消耗量的大小而不考虑煤种，则不能正确反映锅炉设备运行的经济性。为了能正确地考核锅炉设备运行的经济性，通常将Qdw=7000Kcal/Kg(约合29300KJ/Kg)的煤定义为标准煤，这样便于计算和考核。
三． 煤的燃烧
（一） 煤xx燃烧的条件
1． 适量的空气
2． 一定的燃烧温度
3． 燃料与空气的混合均匀性
4． 充分的燃烧时间
（二） 煤的燃烧过程
1． 预热干燥
2． 挥发分析出并开始着火燃烧
3． 固定碳着火燃烧
4． 固定碳的燃烧和灰渣的形成。
第二节 燃油和气体燃料
一． 燃油
（一） 燃料油的物理特性
1． 重度（比重）
单位体积内物质的重量称为“重度”（γ）。油的重度在0.78∽0.98吨/米3之间，所以油比水轻，通常能浮在水面上。通常将20℃时比重作为油品的标准比重，用符号“d420”表示。
2． 发热量（Q）
油的重度愈小，则发热量愈高。由于油中的碳、氢含量比煤高，因此其发热量约为39800∽44000千焦/公斤。
3． 比热（C）
将1公斤物质加热，温度每升高1℃所需的热量称之为该物质的比热。单位是KJ/Kg•℃。
4． 凝固点
油的凝固点表示油在低温下的流动特性。
5． 粘度
油的流动速度，不仅决定于使油流动的外力，而且也取决于油层间在受外力作相对运动的内部阻力，这个内部阻力就称为粘度。
油的粘度随温度升高而降低，随温度下降而增大。
对于压力物化喷嘴的炉前燃油粘度以2∽4度为xx，对转杯式喷嘴以3∽6度为好。
6． 沸点
液体发生沸腾时温度称为沸点。油品没有一个恒定的沸点，而只有一个沸点范围。
7． 闪点
燃油表面上的蒸汽和周围空气的混合物与火接触，初次出现黄色火焰的闪光的温度称为闪点或闪光点。
闪点表示油品的着火和爆炸的危险性，关系到油品储存、输送和使用的安全。闪点≤45℃的油品称为易燃品。在燃油运行管理中，除根据油种闪点确定允许的xx加热温度外，更须注意油种的变化及闪点的变化。
8． 燃点（着火点）
在常压下，油品着火连续燃烧（时间不少于5秒）时的xx温度称为燃点或着火点。无外界明火，油品自行着火燃烧时xx温度称为自然点。
9． 爆炸浓度界限
油蒸汽与空气混合物的浓度在某个范围内，遇明火或温度升高就会发生爆炸，这个浓度范围就称为该油品的爆炸浓度界限。
10．油品很容易在磨察时升成静电，在静电作用下，油层被击穿，会导致放电，而产生火花，此火花可将油蒸汽引燃。因此，静电是使用油品发生燃烧和爆炸的原因之一。
（二） 常用燃油特点
1． 重油
（1） 油的比重和粘度较大，脱水困难，流动性差。
（2） 油的沸点和闪点较高，不易挥发。
（3） 其特性与原油产地，配制原料的调和比有关。
2． 渣油
（1） 硫份含量较高。
（2） 比重较大。
（3） 粘度和凝固点都比较高。
（4） 作为锅炉燃油时必须注意防止低温腐蚀。
3． 柴油，分为轻柴油和重柴油，工业锅炉上常用轻柴油作为燃料。
轻柴油的特点：
（1） 粘度小，流动性好，在运输和物化过程中，一般不需要加热。
（2） 含硫量较小，对环境污染也小。
（3） 易挥发，火灾危险性大，运输和使用中应特别注意。
二． 气体燃料
（一） 气体燃料的化学组成
气体燃料的化学成份由可燃部分和不可燃部分组成。
1． 可燃部分有氢，一氧化碳，甲烷，乙烯，乙烷，丙烯，丙烷，苯，硫化氢等。
2． 不可燃成分有氮，氧，二氧化碳，氧化硫和水蒸气。
（二） 分类
1． 天然气，目前西安，北京等城市使用的气体燃料就是天然气。发热量为36533KJ/m3，爆炸极限的上限为15.0%，.下限为5.0%。
2． 人工燃气，是指以煤或石油产品为原料，经过各种加工方法而产生的燃气。
3． 油制气，是指以石油产品为原料，经过各种加工方法而产生的燃气。
4． 液化石油气，是指在开采和炼制石油过程中，作为副产品而获得的一种碳氢化合物。
（三） 特点：
1． 具有基本无公害燃烧的综合特性。
2． 容易进行燃烧调节。
3． 作业性好，即燃气系统简单，操作管理方便，容易实现自动化。
4． 容易调整发热量，比如城市煤气可以通过煤制气和油制气的混合比例来调整和维持发热量。
5． 易燃易爆且有毒
气体燃料与空气在一定比例下混合会形成爆炸性气体。另外气体燃料大多数成分对人体和动物是窒息性的或有毒的
第四章 锅炉用水处理
第一节 锅炉水处理的重要性
锅炉水质不良会使受热面结垢，大大降低锅炉传热效率，堵塞管子，受热面金属过热损坏，如鼓包、爆管等。另外还会产生金属腐蚀，减少锅炉寿命。因此，做好锅炉水处理工作对锅炉安全运行有着及其重要的意义。
结垢
水在锅内受热沸腾蒸发后，为水中的杂质提供了化学反应和不断浓缩的条件。当这些杂质在锅水中达到饱和时，就有固体物质产生。产生的固体物质，如果悬浮在锅水中就称为水渣；如果附着在受热面上，则称为水垢。
锅炉又是一种热交换设备，水垢的生成会极大的影响锅炉传热。水垢的导热能力是钢铁的十几分之一到几百分之一。因此锅炉结垢会产生如下几种危害。
1． 浪费燃料
锅炉结垢后，使受热面的传热性能变差，燃料燃烧所放的热量不能及时传递到锅水中，大量的热量被烟气带走，造成排烟温度过高，排烟若损失增加，锅炉热效率降低。为保持锅炉额定参数，就必须多投加燃料，因此浪费燃料。大约1毫米的水垢多浪费一成燃料。
2． 受热面损坏
结了水垢的锅炉，由于传热性能变差，燃料燃烧的热量不能迅速地传递给锅水，致使炉膛和烟气的温度升高。因此，受热面两侧的温差增大，金属璧温升高，强度降低，在锅内压力作用下，发生鼓包，甚至爆破。
3． 降低锅炉出力
锅炉结垢后，由于传热性能变差，要达到额定蒸发量，就需要消耗更多的燃料，但随着结垢厚度增加，炉膛容积是一定的，燃料消耗受到限制。因此，锅炉出力就会降低。
腐蚀
1． 金属破坏
水中含有氧气、酸性和碱性物质都会对锅炉金属面产生腐蚀，使其壁厚减薄、凹陷，甚至穿孔，降低了锅炉强度，严重影响锅炉安全运行。尤其是热水锅炉，循环水量大，腐蚀更为严重。
2． 产生垢下腐蚀
含有高价铁的水垢，容易引起与水垢接触的金属腐蚀。而铁的腐蚀产物又容易重新结成水垢。这是一种恶性循环，它会迅速导致锅炉部件损坏。尤其是燃油锅炉金属腐蚀产物的危害更大。
汽水共腾
产生汽水共腾的原因除了运行操作不当外，当炉水中含有较多的氯化钠、磷酸钠、油脂和硅化物时，或锅水中的有机物和碱作用发生皂化时，在锅水沸腾蒸发过程中，液面就产生泡沫，形成汽水共腾。
第二节 水质及水质标准
一． 水质指标及其含义：
1． 成分指标：
（1） 溶解氧—水中氧气的含量。
（2） 含油量—水中油脂的含量。
（3） 钙含量（Ca2+）。
（4） 镁含量（Mg2+）。
（5） 铁含量（Fe2+，Fe3+）。
（6） 碳酸钙含量（CO32-）。
（7） 重碳酸根含量（HCO32-）。
（8） 氯离子含量（Cl-）。
（9） 氢离子浓度（H+），即PH值，表示水的酸碱性。
PH<5.5酸性水
PH=5.5 ∽6.5弱酸性水
PH=6.6∽7.5中性水
PH=7.6∽10弱碱性水
PH>10碱性水
2． 技术指标：
（1） 悬浮物：表示水中颗粒较大的悬状物（泥沙，工业废物等）
（2） 硬度（H）：表示水中某些高价金属离子（如Ca2+，Mg2+，Mn2+，Fe3+等）的含量。单位是毫摩尔（mmol/L）。
（3） 碱度（A）：表示水中能与盐酸发生中和作用的所用碱性物质的含量。单位为豪摩尔/升（mmol/L）。
（4） 含盐量（S）表示水中溶解性盐类的总量。单位是毫克/升（mg/L）。
（5） 相对碱度：表示锅水中游离氢氧化钠含量与锅水中溶解固形物含量的比值。
二． 水质标准
为了保证锅炉安全经济运行，对锅炉给水和锅水的水质必须进行严格的控制。国家以国标的形式对锅炉水质进行了严格的规定，锅炉使用单位必须遵守。下面的GB1576——96《低压锅炉水质标准》主要内容介绍于下：
①热水锅炉的水质应符合表1的规定。
②蒸汽锅炉采用锅外化学处理时，水质应符合表2的规定。
第五章 工业锅炉的辅助设备及附件、仪表
第一节 辅助设备
一．给水设备：
给水设备有以下几种：
1.注水器：适用于蒸发量小，压力较低的锅炉。
2.蒸汽往复泵：在缺乏动力或作为给水备用设备的条件常被采用。
3.离心泵：正常条件下锅炉给水最常用的设备。
二．通风设备：
通风设备通常指鼓风机和引风机烟囱。
⒈ 鼓风机是将空气送入炉膛，使燃料燃烧的一种设备。
⒉ 引风机是将炉膛内的烟气向外排的一种设备。
⒊ 烟囱，一是产生“抽力”，使烟气顺烟卤升到高处；二是将烟气排到室外高空，避免锅炉区域污染。
三．运煤设备
由于锅炉房容量和耗煤量的大小不同，有机械上煤和人工上煤两种。许多容量不大的锅炉房常把这两种方法结合起来，即一部分用机械，一部分用人工，通常这种方法叫半上煤。
1. 人工上煤： 设备简单，灵活，不致因设备故障影响上煤，运用于用煤量不大的锅炉房。缺点是劳动强度大，卫生条件差。
2. 单斗提升机： 单斗提升机由卷扬机(包括电机、减速器、滑轮、钢丝绳)，料斗，导轨等部分组成。用于推车把煤从煤场运来倒入料斗后，启动卷扬机，使钢丝绳把料斗提起，并沿导轨送入炉前煤斗处，由料斗自动翻入煤斗，供锅炉燃用。
3. 电动葫芦。
4. 带式输送机。
5. 埋刮板输送机等。
四．出灰设备
锅炉出灰按其方式分类有人工、机械、水力和火力等四种出灰方式。
1．人工出灰
人工出灰由运行人员将灰渣从灰坑中耙出，用水浇湿，装上小车再运出锅炉房外。
2．刮板出渣机
锅炉的灰渣由灰斗经插入灰槽水中的落灰管落入灰槽内，起动传动装置， 带动链条在灰槽内缓慢地移动，链条带着刮板向前移动经斜坡而送至出渣口，湿灰渣经斜坡而得到脱水。
刮板出渣机出灰能力强，改善环境卫生，节省人力，但设备磨损严重，维修工作量大。
3.螺旋出渣机
螺旋出渣机是一种比较简单的出渣设备，它主要由驱动装置，螺旋机本体，进渣口和出渣口等几部分组成。一般运用于10t/h以上的工业锅炉。
五．除尘设备
由于中小型锅炉中各种燃烧结构的出口烟尘浓度均远高于我国标准规定的xx允许烟尘浓度值，因此除了正确选择燃烧结构和提高操作水平，对燃煤锅炉还必须在锅炉后部设置除尘设备，将烟气中的尘粒捕集后再排入大气。
1.重力沉降式除尘器
其原理是：当烟气进入较大空间流速降低时，较大颗粒的烟尘借助于自身重力，从烟气中靠重力自然沉降分离出来。
2.旋风除尘器
旋风除尘器又叫离心除尘器，其原理是含尘烟气在旋风除尘气内强烈地沿筒壁旋转，并逐渐沿筒壁以螺旋线运动下降。由于强烈的旋转所产生的离心力， 把烟尘抛向筒体内壁面，在壁面上的烟尘靠重力逐渐下降至除尘器的底部，并经集灰斗排出。净化后的烟气从除尘器中间的芯管排出。
1.离心水磨除尘器
其原理是：烟气从圆筒型的壳体下部以高速切线方向进入，沿着筒壁旋转而上，而喷嘴沿着筒壳上部圆周切线方成均匀喷水，在筒壳内壁形成水膜时，由于离心力作用，烟尘被抛向筒壁，并被水膜粘住后和水膜一起流入锥形灰斗，由排灰口排出，净化的烟气则从壳体上部排出。
第二节 附件 、仪表
锅炉的附件及仪表是锅炉安全经济运行不可缺少的一个组成部分。如果锅炉的 附件不全，作用不可靠，全部或部分失灵，都会直接影响锅炉的正常运行。所以，
必须保证锅炉的附件及仪表准确，灵敏，可靠。
一． 安全阀
安全阀是锅炉三大安全附件（安全阀，压力表，水位表）之一，其作用是保证锅炉排水时，由人工抬起，以排除或吸入空气。蒸气锅炉采用全启式安全阀，热水锅炉既可采用权启式又可采用微启式安全阀。在一定工作压力下安全运行。如果锅炉超过允许规定时，安全阀一方面产生较大音响，引起操作人员警觉，及时采取措施，另一方面起排气，减压作用，使锅炉压力迅速降低，保证锅炉安全。同时，锅炉在没有空气阀的情况下，安全阀可在冷炉进水时生火及无压排水时，由人工抬起，以排除或吸入空气。蒸汽锅炉采用全启式安全阀，热水锅炉既可采用全启式又可采用微启式安全阀。
安全阀的安全操作与日常维护保养：
1.锅炉安装或移装后，投入运行前，应对安全阀进行调查。
2.对于员全阀的泄漏，首先要分析其泄露原因，然后在采取措施。
3.安全阀经过调查校验后，应加锁或铅封。
4.要防止与安全阀无关的异物将安全阀压住，卡住，以保证安全 阀动作的可靠性。
5.安全阀使用一段时间后，为防止阀芯与阀座粘住，可定期进行手动或自动排汽（排水）试验，以检查安全阀动作的可靠性。
二.压力表
锅炉上使用的压力表是测量锅炉气压或水压大小的仪表。司炉人员可通过压力表的指示值，控制锅炉的气压升高或降低，对热水锅炉可了解循环水压力的波动，以保证锅炉在允许工作压力下安全运行。
下列位置需装设压力表：
1． 热水锅炉的进水阀出口和出水阀进口。
2． 热水锅炉循环水泵的进水管和出水管上。
3． 蒸气锅炉给水调节阀前。
4． 可分式省煤器出口。
5． 蒸汽锅炉过热器出口和主汽阀之间。
6． 燃油锅炉油泵进,出口。
7． 燃气锅炉气源入口。
三．水位表
水位表是锅炉主要安全附件之一，是利用液体连通各部位水面均在同一平面上的原理，监视锅筒（或锅壳）内水位的一种安全装置。通过水位表显示水位的高低，以指示锅炉内水面的位置，司炉人员依此进行正确操作，保证锅炉安全运转。
中小型锅炉常用的水位表有玻璃管式水位表和玻璃板式水位表两种。
1.玻璃管式水位表由汽旋塞,接气连管的法兰，玻璃管，接水连管法兰,水旋塞，放水旋塞和放水管构成，玻璃管是用耐热玻璃制作,公称直径通常有15mm和20mm两种，一般使用于工作压力小于1.25Mpa的小型锅炉上。
2. 玻璃板式水位表,它与玻璃管水位表的不同点在于由玻璃板代替了玻璃管,并具有安装玻璃板的金属框盒和压盖,平板玻璃嵌在金属框盒中，玻璃板与框盒之间垫有石棉橡胶板,同时用螺钉将压盖紧压在框盒中,使框盒，玻璃板，压盖三者严密配合不漏气。平板玻璃表面开有垂直的三棱形沟槽,由于光线在沟槽内的折射作用，水位表的蒸汽部分便显示银白色,而有水的部分则颜色阴暗,使汽水分界线非常明显先。此种水位表应用广泛。
四.高低水位xxx
其作用是：当锅炉内的水位高于xx安全水位或低于xx安全水位时，高低水位xxx就自动发出报警声响，提醒司炉人员迅速采取措施，防止发生事故。因此为了保证锅炉水位正常，对额定蒸发量大于或等于2t/h的锅炉，除装设水位表外，还应装设高低水位xxx。
五.测量温度的仪表
温度是热力系统的重要状态参数之一.蒸汽锅炉生产的蒸汽，热水锅炉热水出口温度，烟气温度是否满足要求，以及风机和水泵等设备运行时温升是否在许可的范围内，都依靠温度仪表对温度的测量来进行监视。
锅炉上常用的温度仪表有：膨胀温度计，光学温度计和热电偶温度计。
1． 膨胀温度计是根据液体体积随温度变化而变化的物理特性制成的。一般用水银，酒精等作为工作液体。在锅炉上使用最多的是玻璃管水银温度计，因为它的测量范围大（-30～500），精度较高，构造简单，价格便宜。
2． 光学温度计通常被用来测量炉膛温度。
六.排污及放水装置
锅筒及每个回路下集箱的xx处都应装排污阀或放水阀。排污阀或放水阀宜采用闸阀或直流式截止阀。
七.常用阀门
阀门是安装在锅炉及其管路上，用以控制和调节汽水系统的附件。
.主汽阀，常用的主汽阀形式有闸阀和截止阀。
1.闸阀，主要由阀体，闸板，阀杆螺母，压盖和手柄等部件组成。闸阀的优点：介质通过时为直线流动，阻力小，流速平稳。
2.截止阀，主要由阀体，阀盖，阀杆，阀杆螺母，填料和手轮等部件组成。截止阀结构简单，密风性能好，制造和修理方便，是目前使用最广泛的一种阀门。
3.主汽阀的使用常识。
a. 安装时应注意方向。
b. 不能将丝扣连接的阀门装置在主蒸汽管道上。
c. 开关主汽阀时，旋转手轮的动作要缓慢，不应使用撬棍和管钳进行操作。
d. 应保持主汽阀的洁净和灵活。
e. 如阀门关闭后仍有内漏，应尽可能及时进行检修研磨。
给水阀
给水阀主要是用来调节锅炉给水流量和切段给水通路。常用的给水阀有闸阀和截止阀两种。给水阀应装在便于操作的地方。
（三）止回阀
止回阀又称逆止阀和单向阀。它是利用流体的压力变化而启闭的。锅炉通常用它来防止汽，水倒流。
止回阀有升降式和旋启式两种结构形式。
止回阀的安装注意事项：
a. 给水止回阀一定要与给水截止阀配合使用，不允许单独把止回阀安装在管路上。
b. 安装时必须使介质流动方向与阀体上箭头方向一致，决不允许装反。
c. 止回阀必须安装在水平管路上。
（四）排汽阀
热水锅炉每一个回路的xx处及锅筒xx处或出水管上都应安装设公称通径 不小于20mm的排汽阀。
图片来源于网络