锅炉

《锅炉》为“电力工业生产知识”干部培训教材之一，由水利电力部干部学校编，水利电力出版社出版，1959年1月北京第1版，1960年1月北京第1次印刷。书前“内容提要”说明，本书简要介绍蒸汽锅炉的基本知识，着重叙述锅炉的种类、构造和功用，内容较新，文字浅显，说明清楚；不仅适合电业系统转业干部和需要熟悉电力工业知识的同志学习之用，而且对电业系统一般技术人员也有参考价值。序言进一步说明，“电力工业生产知识”是水利电力部干部学校火电专业班的培训教材，是在建设社会主义大跃进中，根据干部培训工作的发展，经过广泛征求电力工业生产部门意见以及学习人员一般要求，并参照历年来培训工作经验体会，在原有教材“电力工业生产过程基本知识”基础上反复修改重新编写；由于专业班学员都是老干部，编写时尽量使内容结合生产实际，力求简明易懂，避免引用过多复杂繁难的公式及外文符号。本套教材共六本：锅炉、汽轮机、电工基础、电力机械、电气设备、继电保护装置，另有辅助教材（数理化）一本，为学员学习本套教材前打下基础。本书即其中“锅炉”分册。

据目录，全书七章：第一章锅炉设备锅炉本体，下分锅炉设备的一般概念、锅炉本体、改善蒸汽质量设备；第二章锅炉的燃料、燃烧和燃烧室，下分锅炉的燃料、燃烧和传热、燃烧室；第三章锅炉机组的辅助受热面，下分过热器、省煤器、空气预热器；第四章锅炉的辅助设备，下分送吸风机设备、除灰设备、除尘设备、煤粉制造设备；第五章锅炉的仪表及附件，下分温度计、压力表、水位计、单冲力自动给水调整器、安全门、炉烟分析器；第六章锅炉的运行、维护和检修，下分锅炉设备的运行、锅炉运行的事故、锅炉设备的检修；第七章锅炉的水处理，下分关于水和水处理的基本概念、防止锅炉金属表面结垢、防止锅炉腐蚀和苛性脆化、保证蒸汽质量良好。书前列常用符号和名称对照表，列蒸发量D、压力P、温度t、锅炉效率η、循环倍率K、受热面H、碳C、氧O、氮N、硫S、挥发物V、水分W、低位发热量Q_H^P、高位发热量Q_B^P、过剩空气系数a、热损失q、风机出力Q、转速n、煤粉细度R、高度h、比重γ、p·p·m等符号。

前20页正文可见第一章第1节“锅炉设备的一般概念”。书中指出锅炉是工业上常见设备，利用燃烧燃料所发生热量将水变为蒸汽；所发生蒸汽可推动原动机，也可供取暖；发电厂中的锅炉发生大量蒸汽供汽轮机用，蒸汽使汽轮机转动而带动发电机发出电能，也有一部分蒸汽作为取暖或其他用途，本书所讨论仅限于发电厂所用锅炉。锅炉设备包括主要设备（锅炉机组）和辅助设备两大部分。主要设备由锅炉本体（汽锅）、燃烧室（炉子）、蒸汽过热器、省煤器、空气预热器五个部件组成；锅炉本体为密封热交换设备，由汽鼓和许多钢管组成，内储水，外部与热炉烟接触，利用热炉烟热量生产具有一定压力的饱和蒸汽；燃烧室由火砖构成火室，火砖外包普通砖，普通砖外再包铁皮，煤在燃烧室内燃烧放出热能；蒸汽过热器由许多钢管组成，将锅炉内饱和蒸汽加热至所需温度即过热蒸汽；省煤器利用热炉烟进行热交换，使给水在进入锅炉汽鼓前先加热；空气预热器也利用热炉烟进行热交换，使空气在进入燃烧室前先加热。辅助设备由送吸风设备、除灰设备、除尘设备、给水设备、水处理设备、输煤设备、煤粉设备、主蒸汽管路八部分组成。书中说明通常所说“锅炉”，广义指锅炉设备总称，狭义指锅炉本体（汽锅）和燃烧室而言，“锅中盛水，炉中烧火”，锅炉名称由此而来。书中还以煤、水、空气为锅炉运行三大要素，说明汽水系统：水先后经过水处理设备、给水设备、省煤器进入锅炉本体受热变为蒸汽，又经过热器、主蒸汽管道送往汽轮机；烟风系统：煤经过输煤设备、煤粉设备进入燃烧室，空气经过送风机、空气预热器也进入燃烧室，煤和空气在燃烧室内燃烧放出热量并形成炉烟和灰渣，炉烟经省煤器、空气预热器、除尘器、吸风机、烟囱最后排入大气，灰渣由除灰设备排除。书中列锅炉基本工作特性：蒸发量（容量或出力）为锅炉每小时所生产蒸汽量，符号D，单位吨/时或公斤/时；蒸汽参数包括蒸汽压力P（大气压或公斤/平方厘米，分表大气压和绝对大气压，绝对大气压=表大气压+1）和过热温度t（摄氏温度）；若生产饱和蒸汽，蒸汽参数则为蒸汽压力和湿度；锅炉热效率为锅炉中有效利用热量与燃料在炉中燃烧时所放出热量之比，符号η，常以百分数表示。锅炉分类按蒸发量分：20吨/时以下为小容量，20～75吨/时为中容量，75吨/时以上为大容量；按蒸汽压力分：低压15表大气压以下，中压15～60，次高压60～90，高压90～140，超高压140以上；按燃烧方式分炉床燃烧式（手烧炉、链条炉等）和炉膛燃烧式（煤粉炉、气体炉等）；按汽水循环分自然循环锅炉、强迫循环锅炉和单流式锅炉；按受热方式分火管式锅炉和水管式锅炉。通常几种分类方法同时使用，以表示锅炉类型，发电厂习惯上只需说明压力、容量、汽鼓个数和燃烧方式即可表明锅炉概貌，如“39大气压，75吨/小时单汽鼓煤粉炉”。

第2节“锅炉本体”说明锅炉本体是锅炉设备中使炉水进行蒸发形成饱和蒸汽的设备，简称汽锅；介绍受热面H和蒸发率D/H；说明汽水循环是水和汽水混合物在锅炉闭合管路中连续流动，是锅炉本体工作的基本原理；以简单汽水循环原理图说明因受热不同，受热多处水较热并可能产生部分蒸汽形成汽水混合物，受热少处水较冷，热水和汽水混合物较轻向上流动称上升管，冷水较重向下流动称下降管，依靠冷热不同、轻重不同产生的循环称自然循环；利用专门循环泵迫使水和汽水混合物循环流动称强迫循环；汽水循环使水在锅炉内部连续流动，不断从受热面吸取热量，保证锅炉水不断受热由水化汽，并保证炉管不断冷却不致烧毁；循环倍率为同一时间内由下降管进入上升管的总水量和上升管中产生蒸汽量的比，一般用K表示。锅炉本体基本组成部分为汽鼓（锅筒或汽包）、炉管（水排管和水冷壁管）和联箱。汽鼓为汇集炉水及饱和蒸汽的圆形筒，有单汽鼓、双汽鼓或多汽鼓式，为承受巨大压力多造成圆筒形，内径约0.8～1.9米，长度约4～13米，厚度约15～120毫米；旧式锅炉汽鼓用钢板铆接，铆接处易腐蚀漏泄，近代锅炉汽鼓不用铆接而用焊接或锻造成整个；汽鼓一端或两端有椭圆形人孔，便于停炉后工作人员进入清洗检修；主汽鼓一般安装在锅炉顶部，便于促进汽水自然循环。书中说明汽鼓作用：储水，在负荷变化时能使各受热水管得到适当水量；储汽，饱和蒸汽首先汇集于此，在负荷骤然变化时能保持过热器中所需要蒸汽流量以适应负荷要求；使汽水初步分离，汽水混合物进入汽鼓后因汽、水比重不同而自然分离；新式大型高压炉还在主汽鼓后装设副汽鼓（分离汽鼓），使汽水混合物先在副汽鼓内分离，然后进入主汽鼓再次分离以改善蒸汽质量；有的锅炉在主汽鼓上方装设干汽鼓（干汽包）以储存饱和蒸汽。书中强调汽鼓是汽、水汇集和分离之处，并不是锅炉受热面；上方者称上汽鼓，下方者称下汽鼓；主汽鼓和副汽鼓都是上汽鼓，上汽鼓又称汽水鼓；下汽鼓位于锅炉底部，水中杂质多沉淀于此，定期排污也在这里进行，又称泥水鼓（泥包）；广义“汽鼓”指汽水鼓和泥水鼓总称，狭义指汽水鼓。炉管是锅炉本体中水管总称，是锅炉主要受热面，分水排管和水冷壁管。水排管为旧式锅炉主要受热面，通常由直径90～102毫米无缝钢管做成，两端装在汽鼓或联箱上，经适当排列组成严密循环系统，使水在其中作合理自然循环，迅速吸收管壁热量发生蒸汽；按构造和放置形式分斜管和陡管，斜管为倾斜放置直形水管，一般分一组或多组胀接在联箱上，上下错开排列以利受热；陡管为倾斜度较大甚至垂直放置的弯形水管，一般分一组或多组直接胀接或焊接在汽鼓上，因受弯曲形状限制大都平行排列；水排管不论斜管或陡管，用作锅炉受热面都以对流受热为主，因对流受热不及辐射受热效能高且汽水循环较差，近代锅炉尽量减少甚至取消水排管而以水冷壁代替。水冷壁为近代锅炉主要受热面，由许多垂直排列在燃烧室四周的水管组成，像墙一样，故称水冷壁或水墙；水冷壁管末端弯曲一定角度从炉墙穿出接到联箱，汽鼓中水经下降管进入水冷壁下部联箱，再进入水冷壁受热，受热水变成汽水混合物上升进入上部联箱，由上部联箱经上升管进入汽鼓，有的水冷壁无上部联箱，水冷壁管上端直接和汽鼓连接；水冷壁构成自己独立汽水循环系统；水冷壁受到辐射热，受热效率比水排管高，装设水冷壁可加大锅炉辐射受热面、提高蒸发率，降低炉墙温度、防止炉墙结焦和烧坏，故广为 New式锅炉采用。联箱一般为长圆形或矩形筒，用以联接两组或多组方向排列不同的炉管，起沟通汽水循环作用；联箱外表开许多圆孔以便和炉管胀接，圆孔对方开方形或椭圆形手孔，便于胀管、更换和清洗管子；手孔用手孔盖从联箱内部向外盖住并用螺栓撑紧以防渗漏；新式锅炉联箱和炉管之间多采用焊接，因此管孔对面不再开手孔，加强联箱强度并使构造简化。

书中还述自然循环式锅炉发展及分类：自十九世纪初出现最原始圆筒锅炉以来，锅炉设备总发展趋势是结构由简到繁，蒸发量由小到大，蒸汽参数由低到高，锅炉效率不断提高，安全性和经济性极大改善；自然循环式锅炉产生最早，目前仍占主要地位，各种电厂普遍采用；按受热方式分火管式和水管式。火管式锅炉特征是烟气在管内流动而水在管外流动，一般蒸发量不大、蒸汽参数不高、锅炉效率很低、结构欠缺伸缩性、金属耗量很大，只宜作小型低压锅炉，一般电厂已绝少使用。水管式锅炉特征是汽水在汽鼓和炉管内流动，炉烟在炉管外流过以加热炉水使水化为蒸汽，现在发电厂所用都是水管式锅炉；水管式锅炉与火管式比较有许多优点：压力和蒸发量不受限制，因水管直径较小、汽鼓直径也不大，可提高蒸汽压力，水管是主要受热面，增加水管可提高蒸发量；锅炉热效率比较高；锅炉单位蒸发量金属耗量较少，占用面积也较小。水管式锅炉按炉管配置方法分卧式水管锅炉和立式水管锅炉。卧式水管锅炉特征是炉管为斜管，与水平方向成不大角度（10～15°），用联箱把炉管联接起来，联箱与汽鼓之间接有管子形成闭合循环回路，又叫联箱式锅炉；常见分联箱式，联箱由若干分开波纹形联箱组成；卧式水管锅炉又分纵汽鼓式和横汽鼓式，纵汽鼓式中汽鼓中心线和炉管中心线平行，横汽鼓式中两者垂直。纵汽鼓分联箱式又叫拔伯葛式锅炉，有两个纵汽鼓，炉管两端接到分联箱上，分联箱又有管子和汽鼓相连接；分联箱由方形厚壁波纹形钢管做成，每一对联箱之间装7～11根管子，联箱内部尺寸通常140×140毫米；分联箱上有管孔，炉管胀接在管孔中，管孔对面有与管孔数目相同的手孔，用特备椭圆形手孔盖盖住，手孔作为胀管用，同时可由手孔清洗炉管；分联箱做成波形是为了错开炉管排列有利于受热；水由汽鼓经降水管至后分联箱，在炉管中受热，汽水混合物由炉管上升进入前分联箱经蒸汽引出管而至汽鼓，构成汽水循环；饱和蒸汽由汽鼓进入干汽鼓而后引入过热器。这种锅炉主要缺点是蒸发量大时必须增加汽鼓数目，也增加锅炉重量和费用；一般情况下每一个汽鼓连接分联箱限制在10个以下，超过可能发生不正常汽水循环，因此才有横汽鼓分联箱锅炉出现。横汽鼓分联箱式锅炉与纵汽鼓锅炉相比仅汽鼓布置方向不同，即汽鼓横着安放；这种锅炉比纵汽鼓分联箱锅炉更加完善，是现代分联箱锅炉基本形式；主要优点是增加蒸发量时不用增加汽鼓数目，只要增长汽鼓长度即可增加受热面，相应增加蒸发量；苏联制造的这种锅炉蒸发量由10～100吨/小时，最高达到500吨/小时，汽压为15～125表大气压。分联箱锅炉共同优点：蒸发量大时可多组合几个联箱，分联箱制造可标准化，利于大量生产，横汽鼓分联箱锅炉尤为显著；分联箱可拆开，对运输、安装和检修比较方便。共同缺点：分联箱制造困难且金属耗量大；炉管倾斜角度小，不利于汽水循环；炉管和联箱胀接处缺乏弹性，热膨胀时易漏水。立式水管锅炉特征是炉管为陡管，与水平方向成较大角度（45°以上），并与汽鼓直接联接，没有联箱；因炉管倾角较大又叫陡管式锅炉，因没有联箱又叫无联箱式锅炉；立式水管锅炉炉管倾斜度较大又没有联箱，受热管高度较大，且没有联箱附加流动阻力，因而改善汽水循环；省去联箱使锅炉构造简化，金属耗量大大减少，因此目前在各种工业企业和发电厂中得到最广泛采用；分立式水管锅炉可分为一般陡管锅炉和带水冷壁的陡管锅炉；一般陡管锅炉主要受热面是陡管，主要依靠对流受热；图1-9所示三汽鼓陡管式锅炉有三个汽鼓和三组陡管，三组陡管分别和三个汽鼓相联接，在第二、三组陡管前面设有平行于陡管的挡火墙，挡火墙功用是使炉烟在锅炉中有较长行程及较高流速，使炉烟中热量能充分传给炉管，并使每组炉管得到不同热量，以促成有规则汽水循环。本书作为1959/1960年水利电力部干部学校火电专业班培训教材，结合生产实际、简明易懂，系统介绍锅炉设备组成、汽水系统、烟风系统、基本工作特性、分类、锅炉本体、汽水循环、汽鼓、炉管、联箱及自然循环式锅炉各型结构，反映了新中国初期电力工业干部培训教材编写面貌和当时锅炉技术知识普及水平，对研究中国电力工业教育史、动力工程教材史及锅炉技术发展具有文献参考价值。本次仅见前20页，后续内容待补。