锅炉的工作过程

锅炉的工作过程

一、任务分析

介绍锅炉中的传热过程和水循环的过程，使司炉人员锅炉传热和水循环原理。

二、相关专业知识

（一）热量的传递方式

自然界中的热量总是自发地不断地由高温物体传向低温物体，而不能反向传播。热量的传递方式有传导、对流和辐射三种，三种传热方式的机理和规律各不相同。

1.传导

传导（又称导热）是同一物体内或两个不同温度的物体接触时，热量从高温部分传到低温部分的过程。在锅炉的炉膛中，高温烟气将热量传送给管子的外壁，管子外壁又把热量传送给管子内壁的过程，就是热传导过程。

2.对流

对流是液体或气体依靠其自身的流动来达到热量传递的过程。如高温烟气在以某种流速冲刷锅炉受热面管壁的过程中，将烟气热量传递给管壁的过程，就是对流的传热过程。

3.辐射

辐射是高温物质通过电磁波、红外线等，把热量传递给低温物质的过程。例如，锅炉炉膛内的高温火焰与受热面表面的传热就是辐射传热。

（二）锅炉的工作过程

锅炉的工作包括三个同时进行的过程，即燃料燃烧的过程，火焰、烟气向炉水和蒸汽传热的过程和水被加热、汽化的过程。

1.燃料燃烧的过程

燃料燃烧的过程，是指燃料在炉膛内以一定的温度与空气中的氧气发生化学反应（燃烧）放出热量的过程。燃烧过程进行得是否完全，是锅炉运行是否正常的根本条件之一。

2.火焰、烟气向炉水和蒸汽传热的过程

火焰、烟气向炉水和蒸汽的传热过程，是燃料燃烧后放出的热量通过炉膛内布置的水冷壁等辐射受热面、烟道内布置的对流受热面以及受热面管子的外壁与内壁间的传导，将热量传递给炉水和蒸汽的过程。

3.水被加热、汽化的过程

水被加热、汽化的过程包括水循环过程和汽、水分离过程。对于热水锅炉是指炉水从受热面金属吸收热量使水温提高到需要的程度，并从锅炉出口输出的过程。对于蒸汽锅炉是指炉水从受热面金属吸收热量变成饱和水进而变为汽、水混合物，并在锅内进行汽、水分离，以洁净的蒸汽从锅炉出口输出的过程。因此对于蒸汽锅炉，在锅筒内应装设汽、水分离装置。

（三）锅炉水的循环

锅炉水循环是指锅内水和汽、水混合物在锅炉蒸发受热面的闭合回路中有规律地、连续不断地流动的过程。

锅炉水循环有强制循环和自然循环两种。强制循环是利用水泵来推动锅炉水循环的。自然循环是利用回路中工质的密度差来促使锅炉水循环的。工业锅炉大多采用自然循环。

图2-1是常见的自然循环示意图。图中锅炉水循环回路是由锅筒、下降管、下集箱和上升管（即水冷壁）组成的，形成一个连通器。其中上升管布置在炉膛内，受到高温热辐射，管中的水有一部分被汽化，成为汽、水混合物。下降管布置在炉墙外不受热，管内流动的是水。由于上升管内的汽、水混合物的密度比不受热的下降管内水的密度为小，于是就产生了一个流动压头，形成了图2-1中箭头所示的有规律的、连续的循环流动回路。

三、任务实施

（一）热量的传递方式

1.传导

不同物质传导热量的能力不同，通常金属的导热能力比非金属强。如果锅炉受热面管子外壁沉积烟灰，管子内壁积聚水垢，不仅影响热传导的正常进行，造成燃料的浪费，而且还会使受热面管子的壁温增高，甚至过热而烧坏。因此，锅炉运行中必须经常吹灰，正常排污，认真做好水处理，使受热面内外表面保持清洁，以保证锅炉的安全经济运行。

2.对流

对流传热量的大小与流体的温差、流速等因素有关。温差越大，流速越快，对流传热就越强烈。3.辐射

辐射传热的强弱与温度的四次方成正比，所以提高高温物体的温度，降低低温物体的温度，可使辐射传热量大大增加。一般情况下，当锅炉炉膛温度高于1200℃时，辐射传热的效果比对流传热高5倍以上。但是，当炉膛温度低于1000℃时，辐射传热的效果就不如对流传热。

（二）锅炉的工作过程

1.燃料燃烧的过程

要保证良好的燃烧，燃烧时要有足够高温度的环境、适量的空气与燃料的良好混合和保证燃料在燃烧过程有足够的时间。为了使锅炉的燃烧能稳定、持续地进行下去，应连续不断地供给燃料、空气和排除烟气与灰渣。

2.火焰、烟气向炉水和蒸汽传热的过程

传热过程能否很好地进行，直接影响到锅炉运行的安全性和经济性。当在受热面烟气侧有积灰和烟媳或在受热面水侧沉积水垢时，会导致受热面金属壁温升高很多而过热损坏，同时将导致热损失的增加和锅炉热效率的下降。

（三）锅炉水的循环

锅炉在运行中，可以通过加强燃烧，使上升管和对流受热面的管束中的介质受热加强，汽化加快，密度变小，密度差加大，从而加强了锅炉水循环。