7.1.1 锅炉及其热工知识在线视频

同学们好

我是清华大学建筑技术科学系的石文星

今天 我们来学习课程的第7讲

供热锅炉基础

前面 我们学习了蒸气压缩式

和吸收式制冷与热泵设备的相关内容

它们是建筑冷热源的主体

特别是 建筑冷源的主体

而热泵作为新兴热源设备

正在不断地发展和完善过程中

然而

热泵的工作 受环境温度 低温热源

电力容量 以及成本价格等因素的限制

在有些场合 还难以应用

锅炉 是我们在日常生活中

经常见到的建筑热源设备

在制冷与热泵技术诞生之前

就已得到了充分的发展

仍是当今乃至今后较长一段时间内的

重要热源设备

除了用于热力发电 热电联产的大容量锅炉外

在建筑环境领域

容量较大的锅炉

不仅是集中供热系统的热源设备

同时 也可以作为

吸收式制冷机与热泵的驱动热源

而燃气壁挂炉 燃气热水器等小型锅炉

则是分散式供热系统

和生活热水制备的热源设备

因此

锅炉 在我们日常生活中的应用极为广泛

在本讲中

我们将学习三方面的内容

包括

锅炉和锅炉房基本知识

锅炉的热效率

以及 典型供热锅炉的结构特点

由于 本讲涉及的内容较多

为便于同学们学习

我给大家推荐了四本参考书

分别是 同济大学主编的《锅炉及锅炉房工艺》

吴味隆老师等编著的《锅炉及锅炉房设备》

贺平老师等编著的《供热工程》

以及 陆亚俊老师等编著的《建筑冷热源》

首先

我们来学习锅炉及锅炉房的基本知识

在这个单元里

请大家 重点掌握以下内容

第一 明确锅炉的定义和锅炉的类型

第二 锅炉的性能参数有哪些

第三 锅炉房内有哪些相关设备或系统

它们是如何工作的

我们来看一下 什么叫锅炉

锅炉

顾名思义 是由“锅”和“炉”组成的

“锅”是锅炉的水汽系统

用以完成 冷水变成热水 或蒸汽的吸热过程

而“炉”呢 是锅炉的燃烧系统

用以完成 煤等燃料的燃烧过程

燃烧系统和水汽系统组成的一体化设备

就称之为“锅炉”

因此

锅炉 是一种利用燃料燃烧释放热能加热水

以获得规定参数和品质的蒸汽

或者是热水的设备

根据使用需求的不同

被加热介质 已不局限于水

燃料呢 也不局限于燃煤 燃气 燃油

也可能拓展为 更多形式的热源

值得注意的是

在锅炉技术领域

一般 将提供给锅炉中

被加热蒸发或循环加热的水体 叫做“给水”

下面我们会经常用到这个词汇

锅炉的出现 可以追溯到公元前200年

古希腊有一个叫做Hero的人

发明了一种可以生产蒸汽的装置

逐渐演变成具有现代技术特征的锅炉

距今也只有200多年的历史

1765年

由俄罗斯的波尔松洛夫 配合他的蒸汽机

用铜制成了圆球形状的锅炉

1782年

英国工人 在圆球形锅炉的基础上

首先制造出了圆柱形的锅炉

这些锅炉 都具有“水包火”的结构特征

是一种“火管锅炉”

即是 被加热水体包裹着燃料燃烧

产生的火焰 或者是高温烟气

从而使水呢 被加热到需求状态

到了1805年

才诞生了 采用“火包水”结构形式的水管式锅炉

使得锅炉的参数和效率大幅度提升

两百多年来

锅炉的容量与参数 不断提高

锅炉的形式与技术 也得到了极大的发展和进步

锅炉 按照其用途可以分为动力锅炉

和工业锅炉两个大类

动力锅炉 也叫做电站锅炉

它是将锅炉产生蒸汽的热能 转换为机械能

用于发电 或者直接驱动设备来运行

一般情况下

生产的蒸汽为过热蒸汽

锅炉的容量也较大

还有一些电厂

除了发电

还利用抽气换热技术 提取一部分热量

通过热网 向热用户提供采暖的热量

我们就叫这一类系统呢 为“热电联产系统”

工业锅炉 又称供热锅炉

适用于生产热水或者是低压蒸汽

它所生产的热能

能够直接用于采暖 空调 或者是生产工艺

一般而言

它们的容量较小

数量多

分布广

效率低 且污染大

这一类锅炉 是我们课程的重要的学习内容

接来下

我们来看看 锅炉的工作过程

这里给出了一个 燃煤蒸汽锅炉的结构简图

从图中 可以看到

锅炉的整个工作过程 包含了三个过程

它包括

燃料的燃烧过程

烟气向水 或者是蒸汽的传热过程

以及水的受热 汽化和再热过程

（第一） 在燃料的燃烧过程中

燃料和空气 在燃烧室中发生燃烧反应

产生高温的烟气和炉渣

（第二） 烟气向水或者蒸汽的传热过程

就是 高温烟气通过辐射和对流换热方式

将热量 传递给水或者蒸汽

烟气温度 逐渐下降

再经过脱硝 除尘 脱硫流程后

再排放到室外环境

第三 给水的受热 汽化 再热过程

给水在管内流动

获取烟气的热量

加热至沸点沸腾

然后 汽化成为蒸汽

再经过锅炉中的再热器 进行加热

加热到 过热蒸汽状态

最后送至使用侧

锅炉物质流 可以简单地归结为“三进三出”

进入锅炉的物质有

燃料 空气和水

这就是 “三进”

离开锅炉的 也有三种物质

这就是“三出”

它们分别是锅炉的产品 热水和蒸汽

还有 排出锅炉的烟气和灰渣

描述锅炉热工性能的参数 主要有三类

第一类是 生产的蒸气或热水的需求参数

包括 蒸汽压力和蒸汽温度

因为 一般蒸汽锅炉产生的蒸汽

都具有一定的过热度

过热度不同

其蒸汽品质也不同

热水锅炉输出的热水参数

主要是 给水温度 或者叫做出水温度

第二类是 锅炉的容量指标

它是指 额定蒸汽参数

额定给水温度和使用设计燃料时

保证一定热效率条件下的最大连续蒸发量D

或者是 产热量Q

前者的单位 是t/h

后者的单位呢 是多少MW

对于蒸汽锅炉而言

其锅炉容量是指 最大连续蒸发量D

其产热量或输出热量 是锅炉的蒸发量

与过热蒸汽和锅炉给水的比焓差的乘积

对于热水锅炉而言

锅炉的容量 是其产热量

它是 供应热水流量

与加热前后水的比焓（差）的乘积

蒸汽锅炉 常用多少蒸吨

热水锅炉呢 常用热功率 即多少MW

来标识锅炉的容量

每小时产生的1吨蒸汽的锅炉

我们叫做 1蒸吨容量的锅炉

这个热量 为0.7个MW

采用工程单位制时

相当于 60万kcal/h

我们简称为 60万大卡

也相当于 每小时将24吨70℃的热水温度

加热至95℃的热水锅炉

第三类指标是 锅炉效率

它是指 锅炉提供给蒸汽或热水的热量

与送入锅炉的全部热量的比值

它是锅炉的能效指标

反映了 锅炉的能源利用程度

通常所说的锅炉效率

就是按低位热值 计算出的燃料完全燃烧放出的热量

目前

燃煤锅炉的热效率 约为60%~85%

热效率较低的燃煤锅炉

主要是 农村分散采暖用的散煤炉

而电厂或供热站的燃煤锅炉的效率

都能达到80%以上

燃气和燃油锅炉的热效率更高

能够达到 85%~92%之间

如果采用 烟气热回收技术

锅炉热效率 还将有不同程度的提高

如何实现清洁燃烧 提高锅炉热效率

一直是 锅炉行业关注的核心问题

他们一直在 研发高效传热技术

基于热能梯级利用的热回收技术

和清洁燃烧技术等方面 做出了不懈的努力

为锅炉技术的发展

推动节能减排 做出了重要贡献