真空锅炉工作原理

锅炉工作原理

一、基本概念

什么是锅炉

利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热水或其他工质，以生产规定参数(温度、压力)和品质的蒸汽、热水或其他工质的设备。

锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。

锅炉是一种利用燃料燃烧后释放的热能或工业生产中的余热传递给容器内的水，使水达到所需要的温度（热水）或一定压力蒸汽的热力设备。它是由“锅”（即锅炉本体水压部分、吸热的部分称为锅）、“炉”（即燃烧设备部分、产生热量的部分称为炉）、附件仪表及附属设备构成的一个完整体。例如水冷壁、过热器、省煤器等吸热的部分可以看成是锅；而炉膛、燃烧器、燃油泵，送、引风机可以看成是炉。

锅炉在“锅”及“炉”两部分同时进行，水进入锅炉以后，在汽水系统中锅炉受热面将吸收的热量传递给水，使水加热成一定温度和压力的热水或生成蒸汽，被引出应用。在燃烧设备部分，燃料燃烧不断放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度逐渐降低，最后由烟囱排出。

锅炉的主要工作过程：

1) 燃料燃烧过程：层燃：煤→煤斗→炉排—（完成燃烧）→高温烟气

2) 烟气向工质传热过程：高温烟气—（辐射）→水冷壁—（辐射对流）→凝渣管—（辐射对流）→过热、再热管—（对流）→省煤器—（除尘脱硫）→低温烟气排向大气

3) 工质的加热汽化过程：给水（系统用水补给水）→给水箱→泵→省煤器→锅筒—（下降管）→下集箱→水冷壁管束—（辐射对流 汽水混合物）→分离器→饱和蒸汽→过热器→过热蒸汽→用户

燃气真空锅炉原理及主要优缺点

真空热水锅炉最早是由日本的某理工大学在上世纪70年代研制开发的，自面世商业化以后，真空热水锅炉产品开始进入欧美国家，并得到广泛应用。我国的真空热水锅炉技术从日本传入，然后国内开始有科研机构及生产厂家开始研发自己的真空热水锅炉。目前真空锅炉占热水锅炉在国外锅炉市场已经有着不错的市场份额，而国内关于真空热水锅炉的市场和用户开发还处于初级阶段。

燃气真空热水锅炉结构及其原理

上图为斯大燃气真空锅炉结构图

如上图所示：燃气真空热水锅炉的下半部结构与普通锅炉一样，由燃烧室与传热管组成；锅炉下半部装有热媒介，其上部为真空室，其中插入了U型热交换器。因为锅炉整体是在负压状态运行下，所以锅炉本身的安全性很高。炉内的热媒介，在锅炉运行的全过程中，不进、不出、不增、不减，只封闭在锅炉的真空室内，在锅炉的传热管与热交换器之间传递热量。炉内的热媒介是完全脱氧的纯净水，无腐蚀，无水垢，使锅炉寿命长达20多年

具体工作原理：

燃气真空热水锅炉燃烧器燃烧时释放出的热量被热媒水吸收，然后通过热媒水的相变（注：相变是物质从一种相转变为另一种相的过程。物质系统中物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。与固、液、气三态对应，物质有固相、液相、气相）进行热交换，当温度上升至某真空状态下的饱和温度时，蒸发成饱和和蒸汽，完成第一次相变过程。凝结水流进蒸发室继续吸热，完成相变循环。真空热水锅炉的下部结构由燃烧室和传热管束组成；上部为真空室，其中插入了U型管热交换器；真空室外接抽气单元，使真空室保持稳定的真空度，并将真空室内不凝结气体抽出，提高U型热交换器的换热效率。简单的来说就是：利用水在低压情况下沸点低的特性，快速加热封密的炉体内填装的热媒水，使热媒水沸腾蒸发出高温水蒸汽，水蒸汽凝结在换热管上加热换热管内的冷水，达到供应热水的目的

燃气真空锅炉的优缺点：

优点：

1、节能效果好

锅炉专业知识基础问答

1、锅炉的作用是什么？

答：利用燃料在炉内燃烧所开释的热量加热给水，产生符合规定参数（温度、压力）和品质的蒸汽，送往汽轮机做功。

2、什么叫绝对压力、表压力和真空？

答：工质本身的实际压力称为绝对压力，用P表示。当地的大气压力用Pamb表示。当尽对压力高于大气压力时，压力表指示的数值，称为表压力，用Pe表示，即P=Pe+Pamb。

当工质的绝对压力低于大气压力时，压力表指示的数值，称为真空，用Pv表示，即Pv＝Pamb－P。

3、水蒸汽定压形成时有哪五种状态？

答：未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态。

4、有无300℃的未饱和水？为什么？

答：有，因为饱和温度是随饱和压力的增加而增大。

5、传热的基本方式有哪三种？

答：导热、对流、热辐射。

6、保温材料为什么都是多孔性的？ 答：因孔内有空气，空气的导热系数很小，且不活动。

7、润滑油温为什么不能过高？

答：由于油温过高，粘性减小，油膜变薄，或厚薄不均，不能形成连续均匀的油膜，会使机组振动加大，也会危及机组的安全。所有为保持适当的液体粘性，一般润滑油的出口油温控制在45℃左右。

8、什么是水击?如何防止和消除？

答：当液体在压力管道中活动时，由于某种外界扰动，液体活动速度忽然改变，引起管道中压力产生反复的、急剧的变化，这种现象称为水击。

9、叶片式泵与风机又分为哪几类？其工作原理、使用范围如何？

答：叶片式泵与风机分为：离心式、轴流式、混流式。工作原理分别为：离心力；升力；部分是离心力，部分是升力。使用范围分别为：小流量，高扬程；大流量，低扬程；大流量，低扬程。

10、离心泵与风机内损失有哪些？

答：机械损失、容积损失、活动损失。

11、简述火力发电厂生产过程。

答：煤送进锅炉燃烧，放出的热量将给水加热、蒸发成为饱和蒸汽，经过热器加热后，成为具有一定温度和压力的过热蒸汽，送往汽轮机做功，高速汽流推动汽轮机转子并带动发电机的转子一起旋转发电。在汽轮机做完功的蒸汽排进凝汽器，凝聚成水，经凝聚水泵升压后，流过低压加热器，利用汽轮机的抽汽加热后送进除氧器中加热和除氧，再经给水泵升压后经高压加热器进一步加热后送回锅炉。火电厂的生产过程就是不断重复上述循环的过程。

第２５卷第１期　河北建筑工程学院学报　

２００７年３月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＥＢＥＩ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　ＡＮＤ　ＣＩＶＩＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖ０１．２５　Ｎｏ．１　

Ｍａｒｃｈ　２００７　

真空热水锅炉的传热分析研究　

张志红王雪锦　李联友　

河北建筑工程学院　

摘要研究的燃气真空热水锅炉包括四个同时进行的过程：燃料的燃烧过程，烟气向水的　

传热过程，水的沸腾传热过程，蒸汽与水通过换热器的凝结传热过程，在这个循环过程中，通　

过对其传热机理的分析研究，进行了真空锅炉内部结构的热工计算．　

关键词真空热水锅炉；燃烧；沸腾换热；凝结换热　

中图号ＴＫＯ　

ｌ真空热水锅炉的特点　

燃气真空热水锅炉…与燃煤热水锅炉相比具有许多优点：（１）负压运行，安全可靠，具有多重安全　

保护措施；（２）炉内不会结垢，处于真空无氧状态，使用寿命长；（３）结构紧凑，减少占地面积，节省空间；　

（４）采用铜管换热，热水清洁卫生；（５）一机多用，根据需要可同时提供采暖和生活热水；（６）微电脑自　

动控制，自动化程度高；（７）锅炉热效率高，节能环保．　

对于真空锅炉来讲，因为一般采用中心回燃式燃烧方式，另外在锅炉烟管内加设了折流板，使烟气　

在锅炉内部的换热时间增长，换热效果更好，降低了排烟温度及排烟热损失，保证了锅炉的效率．另外，　

很多真空锅炉出厂之前都进行保温处理，有效的降低了锅炉的散热损失，通过这样的特殊处理，使对燃　

气锅炉效率影响最大的两项热损失大大降低，确保了真空锅炉的高效运转，对锅炉节能具有很重要的　

意义．　

在真空锅炉中，由于锅炉水通常是在出厂前灌注的无离子水，且抽真空至很高的真空度，因此，炉内　

不会结垢，可以省去锅炉水的软化处理装置，即节省了投资，又降低了运行成本．随着人们生活水平的提　

高，生活热水的用量将会有很大的增长，以燃气为能源的真空热水锅炉，具有广阔的应用前景．　

２真空热水锅炉的工作原理　

在真空锅炉的工作压力下，燃料燃