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你可能喜欢第一章锅炉的基本知识锅炉是利用燃料等能源的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备， 也称为蒸汽发生器。第一节锅炉的分类锅炉的分类方式众多，现在我国锅炉的分类方法有：按用途分类、按结构分类、按循环方式分类、 按锅炉出口工质压力分类、按燃烧方式分类、按所用燃料或能源分类、按排渣方式分类、按炉膛烟气 压力分类、按炉筒布置分类、按炉型分类、按锅炉房型式分类、按锅炉出厂型式分类等十多种分类方 法，对热注锅炉而言我们侧重于了解下述三种方式。一是按循环方式分类，热注锅炉是强制循环的直 流锅炉，特点是无汽包，给水靠水泵压头一次通过受热面产生蒸汽，适用于高压和超临界压力锅炉。 优点是重量轻、制造和安装方便，启停迅速节省金属，调节灵敏，便于移动。缺点是给水品质及自动 调节要求较高，蒸发受热面阻力大，给水泵耗电较大；二是按锅炉炉膛烟气压力分类，热注锅炉为微 正压锅炉，特点是炉膛压力一般为 1000Pa 以下，不需引风机，宜于低氧燃烧；三是按锅炉出口工质 压力分类，属超高压锅炉；目前我国锅炉的压力分类方式如下： 表 1-1 锅炉压力分类 锅炉类型 简要说明 低压锅炉 一般压力小于 1.274Mpa(13kgf.cm-2) 中压锅炉 一般压力为 3.822Mpa(39kgf.cm-2) 高压锅炉 一般压力为 9.8Mpa(100kgf.cm-2) 超高压锅炉 一般压力为 13.72Mpa(140kgf.cm-2) 亚临界压力锅炉 一般压力为 16.66Mpa(170kgf.cm-2) 超临界压力锅炉 压力大于 22.11Mpa(225.65kgf.cm-2)第二节注汽锅炉的结构及工作流程注汽锅炉由主要部件和辅助装置构成。 表 1-2 锅炉的主要部件和辅助装置的名称和作用 名称 主要作用 主 要 部 件 辐射段 对流段 燃烧器 保证燃料燃尽并使出口烟气温度冷却到对流段受热面能安全工 作的数值。 利用锅炉尾部烟气的热量加热给水，以降低排烟温度，节约燃 料。 将燃料和燃烧所需空气送入炉膛并使燃料着火稳定， 燃烧良好。辅 助 装 置给水泵 燃料供给系统 自动控制装置 给水预热器 送风装置将水处理设备处理的给水供应锅炉。 储存和运输燃料到锅炉燃烧。 自动检测、自动保护、自动调节和程序控制。 提升进入对流段的给水温度，防止发生低温腐蚀。 由送风机将空气送入炉膛注汽锅炉为单管直流锅炉，给水经柱塞泵升压后，进入给水预热器（汽水热交换器）升温后进入 对流段，再经给水预热器后进入辐射段，产生饱和蒸汽注入井底。如图 1-1 所示：图 1-1注汽锅炉的工作流程第三节锅炉附件及管阀部件锅炉的附件较多，下面我们介绍几种较为常用的。 一． 安全伐 安全附件：锅炉的安全附件有液位计、压力表和安全阀三种。液位计在注汽锅炉上并未采用，压 力表在后面有专门介绍，我们这里介绍一下安全伐。 安全伐是一种用锅炉内发生的压力驱动的自动泻压装置，规定每台锅炉至少装一个安全阀，当容 量大于 0.5t/h 时,至少装置两个安全伐。 安全伐就其结构可分为静重式、杠杆式、弹簧式和脉冲式四种。就阀芯开启高度可分为微启式和 全启式。按不同使用要求又可分为封闭式和开式。 1．图 1—2 为静重式安全伐结构。这种安全伐是利用生铁块重量压在阀座上，来平衡作用在阀芯 总面积上的全部蒸汽压力。排汽压力的调整，也是用增加和减少生铁块重量来进行的。每调整 0.1Mpa 压力，生铁块相应变动 45kg，因此这种安全伐虽然结构简单，但体积大而笨重，调整较困难，现代锅 炉上已很少应用。图 1-2 静重式安全阀 1-阀芯 2-阀座 3-生铁块 4-蒸汽出口 5-蒸汽入口 2．杠杆式安全伐有单杠杆和双杠杆两种。它是利用重锤的重量，通过杠杆作用在阀芯上，调整 重锤的重量或距阀芯的距离，即可实现开启压力的调整。因此，这种安全伐具有调整方便，体积和重量均比静重使小的优点，但和后面要讨论的弹簧式安全伐相比，它的体积、重量均较大，由于有杠杆， 有时不能在任意位置安装。杠杆式安全伐主要用于低压和中、小容量锅炉上，其结构如图 1-3图 1-3 杠杆式安全阀 2-支点 3-阀杆 4-力点 5-导架 6-阀芯 7-杠杆 8-固定螺丝 9-调整螺丝 10-重锤 11-阀体 3．弹簧式安全伐完全依靠弹簧将阀座压紧，调节弹簧的松紧程度，就可以实现调整开启压力的 目的。因此这种安全阀具有调整方便、体积和重量小、排汽能力大等优点，常用于中、高参数的中、 大容量锅炉上。这种安全伐也是注汽锅炉上最为常见的安全伐。其结构如图 1-4 1-阀罩图 1-4 弹簧式安全阀 a)全启式 b)微启式 2-阀芯 3-阀盖 4-阀杆 5-弹簧 6-弹簧压盖 7-调整螺丝 8-销子 9-阀帽 10-手柄 11-阀体 4．现代高压大容量锅炉上广泛采用脉冲式安全伐。这种安全伐的结构如图 1-5 所示。它由脉冲 杠杆式安全伐和主安全伐组成，脉冲安全伐和一般杠杆式安全伐结构完全相同起着控制主安全伐的作 用，主安全伐则是全部介质压力作用于阀座上，因此这种安全伐动作灵活，启闭延迟小，关闭严密， 排汽能力大，能较好地保护锅炉的安全运行。 1-阀座图 1-5 脉冲式安全阀 1-蒸汽连接管 2-脉冲管 3-脉冲阀 4-主安全伐 5-电磁装置 5．安全伐应有足够的排汽能力，排汽能力按下式计算： E = CA（P/0.098 + 1）K 式中 E —— 安全伐排气能力，[E]为 kg/h; 2 A —— 排汽总面积， [A]为 P —— 安全阀入口蒸汽压力，[P] 为 M C —— 安全伐排汽常数，按以下情况选用： 当 h ≥ d/40 时，C = 0.048 h ≥ d/20 时，C = 0.085 h ≥ d/12 时，C = 0.098 h ≥ d/4 时 C = 0.235 h —— 安全伐提升高度，[h]为 d —— 安全伐内径，[d]为 K —— 蒸汽的修正系数，对注汽锅炉而言，当压力 P≤11.76Mpa 时，K=1；当 P&11.76Mpa 时， K= 2.1/(P/0.098+1)vb vb 为饱和蒸汽比容，m3/kg。 6．锅炉安全伐的开启压力规定如下表所示。 表 1-3 安全伐开启压力的规定 锅炉工作压力（MPa） 安全阀的开启压力(MPa) 备 注 & 1.274 工作压力 + 0.0196 工作压力 + 0. 倍工作压力 1.06 倍工作压力 控制开启 工作开启 控制开启 工作开启1.274 ~ 3.822&3.8221.05 倍工作压力 1.08 倍工作压力控制开启 工作开启7．安全阀调整 1）调整安全阀的压力应以各地压力表为准。压力表必须经校验合格，并有误差记录，其误差必须 在 0.5％之内。 2) 安全阀的整定压力值必须是安全阀名牌所示值。 3) 安全阀调整必须有记录二． 管阀部件用于锅炉汽、水管道上的阀门种类繁多，但都应符合以下要求：关闭严密性好；有足够的强度； 流动阻力小；阀门零件互换性好；结构简单、量轻体小、操作方便、维修容易等。 1．截止阀 用来开启和关闭管道中的流体。这一类阀门要求关闭严密、容易开启、流动阻力小。常用的有闸 门式、球式、直角式三种。闸门式完全可以符合截止阀的要求，但阀体较高，密封面多，制造要求高， 一般用于大直径高压汽、水管道上；球式密封面较小，可节省密封圈的稀缺金属，开启关闭时密封面 不易磨损，制造简单，但其流动阻力大。一般用于小于 200mm(高压时 100mm)的通道中。直角式的优 缺点和球形相同，其阻力更大，一般用于低压管道上。结构如图 1-6 所示1-手轮图 1-6 截止阀型式 a)阀门式 b)直角式 c)球形 2-阀杆螺母 3-压盖 4-阀杆 5-阀体 6-阀板7-密封面2．调节阀 用来调节和维持介质的压力和流量。调节阀很重要的是它的调节特性，应达到近似线型（即阀门 开度和流通截面成正比）调节特性。结构如图 1-7 所示1-阀盘2-阀杆图 1-7 调节阀型式 a)单座式 b)双座式 3-球形接头 4-内部杠杆5-外部杠杆6-控制杠杆3．止回阀 用来阻止介质倒流。我们也称之为单流阀。止回阀是一种关闭件能自动作用的阀门。常用的结构 有升降式、弹簧式和旋启式三种。结构如图 1-8 所示。升降式结构最简单，安装维修方便，但阀芯容 易卡住，安装位置只能水平安装。弹簧式利用弹簧的力量将阀座压紧于密封面上，严密性好，可靠并 能任意位置安装，应用较为广泛。旋启式结构简单，阻力最小，但密封性差。图 1-8 止回阀结构 a)升降式 1-阀体 b)弹簧式 2-阀瓣 c)旋启式 3-阀盖4．疏水阀 用来排除蒸汽管道疏水（冷凝水）或给水管放水的阀门。疏水阀一般是小直径的球形截止阀，要 求严密，对流动阻力不必太重视，阀门通道形式由制造上力求简单的条件来决定，图 1-9 为疏水阀的 结构，图 1-10 为高压疏水阀结构。1-外壳 1-阀盖图 1-9 疏水器结构 a)浮筒式 2-浮筒 3-导管 4-轴杆 5-针阀 6-冲洗阀 7-止回阀 b)热动力式 2-阀芯 3-阀座 4-石棉垫 5-过滤网 6-排污口 7-阀体图 1-10 高压疏水阀 a)高压 b)超高压 5．减压阀 用来减低蒸汽压力的阀门。常用的减压阀有弹簧式和杠杆式两种。如图 1-11 所示。它们都是通过 节流来实现减压的，其灵敏度不高，所调压力范围也是有限的。弹簧式减压阀 图 1- 阀芯 2-阀体 3-阀杆 4-薄膜 5-弹簧 6-手轮杠杆式减压阀 1-11 1-阀体 2-双阀芯 3-重锤 4-阀杆 5-杠杆 6-杠杆支点 7-薄膜第四节电源注汽锅炉采用 380 伏、3 相、50HZ 的交流电，有关资料认为低于 45HZ 的电源干扰将会引起安全 控制停炉。根据在科尔沁注汽注汽服务经验，由柴油发电机组供电，出现过电源频率 47HZ 影响正常 注汽，并且不能正常启炉事件；另外，电压过低或过高（正常电压的± 10%）也会引起锅炉自动停炉。 低电压还会导致电机的过热以及其他电控装置工作不良，特别是电感装置表现得更为明显，高电压也 会在锅炉停炉前使某些部件损坏。因此，对于电控设备来说，出现电压波动是相当忌讳的事情，尤其 是电压脉冲或瞬时失电所造成的电压不稳定现象。另外从输电干线到电机需经过变压器、配电间总空 气开关、锅炉或水处理分空开，电机空开及磁力，由于断开点较多，断路点接触的质量会影响到三相 电流及电压的平衡，因此每天应养成每天检查电机温度及电流是否平衡的工作习惯，避免发生电器事 故。 锅炉的电源要有足够的硬特性，以保证电机起动时所产生的高电流。第五节给水预热器锅炉的给水预热器是一组双管换热器（外管为进对流段给水，内管为对流段出口高温水） 。经给 水泵打出的锅炉给水，在换热器中经过升温，以保证进入对流段时使对流段入口温度达到“露点”以 上（116~138℃） ，防止烟气中的水蒸汽和硫酸蒸汽凝结在对流段的翅片管上造成翅片管腐蚀。预热用 的高温水来自对流段出口。但对流段入口温度不宜过高，以免使锅炉烟温过高，造成燃烧效率下降。 值得注意得是锅炉受压元件强度计算中， 换热器内管设计壁厚较低 （10mm） ， 由于锅炉长年运行， 给水预热器受进对流段及出对流段高压水汽长期冲刷，以及锅炉长时间停炉未能采取有效的保养措 施，可能会在内管内外壁造成腐蚀。从而出现内管断裂事故。现象是烟温突然急剧升高，锅炉压力、 温度及干度突然降低，分析原因是由于锅炉给水经柱塞泵打压后进入给水换热器，因为换热器内管断 裂，绝大部分给水直接进入辐射段，由于进入辐射段的给水未经充分换热，温度较低，造成锅炉蒸温 下降，压力下降，干度降低，进入对流段的给水由于水量急剧降低，温度上升，造成对流段出口温度及烟温上升，时间一长，会使锅炉对流段因缺水，管线烧塌。目前，给水换热器内管尚无有效检测手 段，只能在出现此现象时综合分析，仔细判断，避免出现烧塌对流段事故。同时要改变以往不重视烟 温高报警的习惯。第六节锅炉的参数、型号及技术经济指标一． 锅炉的参数 锅炉的参数一般是指锅炉的容量、蒸汽压力、蒸汽温度和给水温度。 锅炉的容量用额定蒸发量表示。额定蒸发量表明锅炉在额定蒸汽压力、蒸汽温度、规定的锅炉效 率和给水温度下，连续运行时所必须保证的最大蒸发量，单位为 t/h。 工 业 热 水 锅 炉 以 供 热 量 为 容 量 单 位 ， 其 单 位 为 KW(kcal/h). . 锅炉蒸汽压力和温度是指锅炉出口处的饱和蒸汽压力和温度，压力的单位为 Mpa(kgf/cm2)。 锅炉给水温度是指进省煤器的给水温度。对无省煤器的锅炉既指进锅炉锅筒的水的温度。 二．锅炉的型号及意义 我国工业锅炉型号由三部分组成，第一部分分三段，分别表示锅炉型号、燃烧方式和蒸发量。第 二部分表示工质参数分额定蒸汽压力和额定蒸汽温度。第三部分表示燃料种类和设计次序，分两段， 第一段表示燃料种类，第二段表示设计次序。下面仅讲述注汽锅炉的型号及意义。 （1） 上海四方锅炉厂制造注汽锅炉 上海四方厂生产的注汽锅炉目前我们常接触的主要有 SF—9.2/17.9—YQ 及 SF52.8—17.2—YQ 两 种。 SF 表示该锅炉由四方锅炉厂制造； 9.2 表示该锅炉的额定蒸发量是 9.2T/H;17.9 表示该锅炉的额定工 作压力为 17.9MYQ 分别是油、气的表示字母，含义是油气两用；同理，52.8 表示锅炉的额定蒸发 量，17.2 表示锅炉的额定蒸汽压力。 （2） 美国休斯墩和丹尼尔制造注汽锅炉 美国制造注汽锅炉主要有 SG—50—NDS—27、SG—25—NDXT—25 和 SG—20—NDXT—25 三 种。目前我们常接触的是前两种。 SG 表示蒸汽发生器即英文 steam generator(直译为蒸汽发生器)的缩写；50/25/20 分别表示锅炉的输出 热量为 50/25/20MMBtu/h；N 表示北美燃烧器，D 表示锅炉所用燃料为油气两用，S 和 X 表示自动化 程度，T 表示拖车式。27/25 表示锅炉出口额定压力分别是 PSI。 （3） 日本川崎制造注汽锅炉 日本川崎制造的注汽锅炉主要有三种，分别是 OH50—ND—25XAM 和 OH25—ND—25XAM 及 OH20—ND—25XAMT，目前我们使用的为前两种。 OH 表示强制采油热力公司代号；50/25/20 表示锅炉的输出热量，同美国锅炉，N、D 意义如美国 锅炉介绍，XAM 表示自动化程度较高，T 表示拖车式。 （4） 抚顺锅炉厂制造注汽锅炉 抚顺锅炉厂制造的锅炉主要有 FG — 630 和 YZF50—17—P 两种。 FG 表示抚顺锅炉厂；630 表示该锅炉输出热量为 630 万 Kcal/h；Y 表示压力容器；ZF 表示中国 抚顺制造；P 表示控制方式为 PVC 控制。17 表示额定压力为 17Mpa。 以上介绍了我们常见的锅炉型号及意义，由于各国使用的计量单位不统一，可能会使读者对几种 锅炉的参数感到困惑，下面我们介绍工程热力学的部分单位换算关系如附表 1、附表 2。通过附表大 家可以经过换算得知各种型号锅炉的设计出力、压力等的对比情况。第七节锅炉的技术经济指标锅炉的技术经济指标一般用锅炉的热效率、成本及可靠性三项来表示。 1．锅炉热效率 是指送入锅炉的全部热量中被有效利用的百分数，目前燃油、气锅炉的热效 率不应低于 80%。注汽锅炉的热效率一般在 80-88%之间。 2．锅炉成本 一般用锅炉成本的一个重要经济指标钢材消耗率来表示。钢材消耗率的定义为 锅炉单位蒸发量所用的钢材重量,单位是 t.h/t。此项指标受锅炉参数、循环方式、燃料种类及锅炉结 构的影响。锅炉容量大、采用直流循环、燃油或燃气均可使钢材消耗率减少。工业锅炉的钢材消耗率在 5—6t.h/t 左右， 注汽锅炉的钢材消耗率一般在 3—5t.h/t 之间， 锅炉吨位越大， 钢材消耗率越低。 3．锅炉可靠性 常用下列三种指标衡量： 1、 连续运行时数=两次检修之间的运行时数； 2、 事故率=事故停用小时数/（运行总时数+事故停用时数）*100% 3、 可用率=（运行总时数+备用总时数）/统计时间总时数*100% 目前注汽锅炉的可靠性往往用时率来表示： 注汽时率 = 设备运行小时/(设备运行小时+设备故障停炉小时) 据统计曙光锅炉的注汽时率一般在 99.8%左右。第二章锅炉的燃料及燃烧燃料概述第一节目前蒸汽锅炉所用的燃料主要是有机燃料，如煤、石油制品和天然气。它们也称为矿物燃料。近 年来核燃料日益受到重视，不过它只用于核动力装置中的蒸汽发生器。此外其它行业的副产品，如冶 金业的焦炉煤气等也可作为锅炉燃料。目前我们所用的注汽锅炉燃料基本为混配油、重油、渣油及天 然气。曙光油田现在也在实验用煤浆替代燃料油，目前实验正在进行中。 一． 燃料的分类 锅炉行业中通常根据燃料的物理状态分为固体、 液体和气体燃料。 注汽锅炉使用液体或气体燃料， 为降本增效，辽河油田分公司许多采油厂收集油井套管气作为锅炉燃料。 二． 燃料的成分 无论固体、液体或气体燃料，它们都是复杂的碳氢化合物，其主要成分组成元素是碳、氢、氧、 氮、硫五种。此外在燃料中还发现有铁、铝、钙、钾镁等金属元素，以及硅、氯、硒等非金属元素。 上述金属和非金属元素常见于燃料的矿物杂质中，它们的含量并不多，是燃料的惰性物质。但它们对 锅炉的安全、经济运行往往有很大的影响。通常从实用的观点将固体和液体燃料的元素组成表示为： 碳（C） 、氢（H） 、氧（O） 、氮（N） 、硫（S） 、灰分（A）和水分（W） 。这种元素组成表示法称为元 素分析成分。气体燃料成分系指组成燃料气的每一个别气体，如氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、 二氧化硫、硫化氢、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和乙烯等不饱和烃。 1．碳 燃料的主要可燃元素。完全燃烧可释放约 33000kJ/kg 的热量。纯碳不易着火，碳是 构成煤发热量的主要元素。与固体燃料比，液体燃料中含碳量的变化范围小，碳元素是构成液体燃料 中各种烃和非烃化合物的元素。气体燃料中碳是构成各种烷烃和烯烃的主要元素之一。 2．氢 燃料的可燃元素。完全燃烧可释放约 120000kJ/kg 的热量，固体燃料中含氢量基本 在 2-5%左右，液体燃料中含氢量稍多约为 10-14%左右。含氢量越多，燃料油越容易着火燃烧，燃烧 性能越好。通常用碳氢比（C/H）表示燃油中含碳量与含氢量的比值，燃料油的 C/H 多在 6-9 之间。 C/H 高的燃料油比重大一些，发热量低一些。对于气体燃料，氢元素是构成各种烷烃、烯烃的主要元 素。但氢气在油田伴生煤气和天然气中含量极少，甚至没有。 3．氧、氮 燃料中的不可燃成分。它们的存在使燃料中的可燃元素相对减少，发热量有所下 降。燃料中含氧量变化很大，固体燃料含氧量在 1-15%之间，含氮量在 0.5-1.5 左右，液体燃料含氧量 一般在 1%以下， 含氮量通常在 0.2%以下， 大部分含氧、 氮的化合物呈胶状`沥青存在， 故渣油中含氧、 氮多些、气体燃料中含氮量视燃料气种类不同变化较大，不一一列举了。 4．硫 可以燃烧，完全燃烧产生热量在 10000kJ/kg 左右。固体燃料中硫以三种形式存在， 含量变化量较大。 液体燃料中硫含量一般在 0.5-3%左右。 气体燃料中硫含量较少， 主要含在硫化氢中。 硫燃烧后生成二氧化硫和三氧化硫，会污染大气环境，它们也是导致锅炉高温、低温受热面烟气侧腐 蚀和堵灰的因素。是燃料中的有害成分。 5．灰分 燃料中的不可燃部分。固体燃料中的灰分含量变化很大，一般在 5-40%之间。液 体燃料中的灰分很少，一般在 0.2%以下。气体燃料基本不含灰分。灰分是燃料中的有害物质，灰分 可能导致锅炉受热面结渣、积灰、高温或低温腐蚀以及受热面磨损等一系列问题，直接影响锅炉的安 全经济运行。 6．水分 燃料中的不可燃部分。一般来说，燃料中的水分是有害的，在固体燃料中水分的 含量变化极大，少则百分之几，多则可达 50%。在锅炉燃料油中含水分 1-3%左右。由于燃料中含水 使燃料热值减少，影响燃料的着火、燃烧。油中过高的水分会使管路或设备腐蚀，增加排烟热损失和 输送能耗。不均匀的水分含量还会使炉内火焰脉动，甚至熄火。因此燃料油需要脱水。但是专门处理 的乳状均匀混在油中的水分，不仅不破坏火焰稳定性，还可提高燃烧效率。气体燃料中的水分以水蒸 汽的形式存在，含量很少。第二节液体燃料和气体燃料由于目前注汽锅炉所用燃料主要为液体或气体燃料（燃烧煤浆现未推广） ，下面就上述两种燃料 作以介绍： 一．液体燃料 液体燃料的燃烧性能指标包括燃油密度、 燃油粘度、 凝固点和沸点、 闪点和燃点及发热量等几项。 1、燃油密度 油的密度与温度有关，以 20℃时的密度作为油的标准密度，用 ρ20 表示，当温度 不是 20℃时，其密度可用下式换算： ρt=ρ20 - α(t - 20) 式中 ρt 任一温度的燃油密度，[ρt]为 t.m-3 α 温度修正系数，[α]为℃-1 其数值见表 2-1 表 2-1 温度修正系数 α ρ20 104.α ρ20 104.α ρ20 104. α0.85-0.86 0.86-0.87 0.87-0.88 0.88-0.89 0.89-0.90 0.90-0.916.99 6.86 6.73
6.330.91-0.92 0.92-0.93 0.93-0.94 0.94-0.95 0.95-0.96 0.96-0.976.20 6.07 5.94 5.81 5.67 5.540.97-0.98 0.98-0.99 0.99-1.00 1.00-1. 01 1.01-1. 02 1.02-1.035.41 5.28 5.15 5.02 4.89 4.76试举一例说明： 某油品 20℃时密度为 0.92, 当油温加热到 100℃时问其密度是多少？ 答：根据公式 ρ100 = ρ20 - α（100 - 20） 查表得 α 为 6.2*10-4 计算结果为 ρ= 0.92 - 6.2*80/10000 = 0.87 即当油温加热到 100℃时，密度为 0.87 2．燃油粘度 燃油粘度与原油质量、炼制工艺等因素有关。它随温度变化的关系在对数坐 标上是一直线，所以对任一燃油只要测得两个不同温度下的粘度，就可以在对数坐标纸上画出粘度曲 线，从而确定任意温度下该燃油的粘度。油中含胶状沥青物质较多时油粘度较大，油的组成成分的分 子量愈大，粘度也愈大。压力只有在很高时粘度随压力升高而增加，一般情况下不受压力影响。工程 上常用恩氏粘度表示燃油粘度。恩氏粘度是用恩氏粘度计测得，将温度为 t℃的 200mm3 的试样油从 恩氏粘度计小孔流出时间和同体积 20℃的蒸馏水流出时间之比，定义为该油在 t℃时的恩氏粘度，用 符号 oEt 表示。燃油粘度的大小反映燃油流动性的高低，对于高粘度油为了顺利的运输和良好的雾化， 必须将油加热到较高的温度。曙光锅炉燃料油大都为 S5 联合站提供的混配油，经测试在不同温度下 的粘度如表 2-1 所示： 工艺测试燃油粘度表（曙采工艺所测试） 表 2-1 温度（℃） 粘度（mpa.s） 30 40 50 15.4 2685.2260 70 80 90.98 326.66 197.503．凝固点和沸点 燃油丧失流动能力时的温度称凝固点，它是以倾斜 45o 试管中的样品 油经过一分钟后， 油面保持不变时的温度作为该油的凝固点。 燃油凝固点高低与燃油的石蜡含量有关， 含蜡高的油凝固点高。此外油中胶状沥青状物质具有阻滞析蜡的性能。所以油经过脱蜡后，凝固点降 低，反之，除去胶状沥青状物质后，凝固点升高。不同产地的石油的凝固点值相差很大，如大庆的原 油凝固点为 24-32℃，大庆重油凝固点为 33-48℃，克拉玛依原油为 - 50℃。 燃油是各种烃所组成，因此沸点是一范围值，无恒定值。凡是分子量低的沸点就低，石油分馏 正是利用这点而实现的。 4．闪点和沸点 当油温升高，油面上油气 - 空气混合物与明火接触而发生一短暂闪光时的 油温称为闪点。 闪点与燃油组成关系密切， 燃油中只要含有少量分子量小的成分， 其闪点将显著降低。 油沸点愈低，其闪点也就愈低。压力升高闪点升高按照闪点测定方法的不同，可分为开口杯法闪点和 闭口杯法闪点，开口法比闭口法闪点高 15-25℃。闪点是防止油发生火灾的一项重要指标。敞口容器 中油温接近或超过闪点时就会增加着火的危险性。 燃点是油面上油气 — 空气混合物遇到明火就可连续燃烧（持续时间不少于 5s）的最低油温。 燃点高于闪点。 目前曙光注汽锅炉使用的燃料油热值一般在 9600 大卡至 10600 大卡之间。 二． 气体燃料 气体燃料目前在曙光锅炉使用较少，而且为降本增效许多锅炉开始烧油井套管气（油田伴生煤 气） ，下面简单介绍气体燃料的相关知识。 1．气体燃料的种类和组成 气体燃料可以分为天然气体燃料和人工气体燃料。天然气体燃料有气田煤气和油田伴生煤气， 前者是从纯气田中开采出的可燃气，后者是在石油开采过程中获得的可燃气。两种天然煤气的主要成 分都是甲烷（CH4） ，和少量的烷烃（CnH2n+2） 、烯烃（CnH2n）,以及二氧化碳、硫化氢和氮气等。两 种天然煤气的平均组成如下表： 表 2-2 天然煤气的平均组成（容积百分数） 名称 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 以 H2 O2 CO2 H2S N2 上 气 田 75-98 0.5-9.0 0.1-0.8 0.1-2.0 0–0.4 0-微 0-微 0-1.0 0-微 0-微 煤 气 油 田 30-70 5.0-24 3.0-23 3.0-9.0 1.0-5.0 0-微 0-微 微-5 0-3 / 煤 气 从表中可知两者的差别在于甲烷和 C2H6 以上的碳氢化合物含量的不同。天然煤气的发热量在 35 — 55MJ/m3 之间。 人工气体燃料的种类繁多，锅炉可以使用的人工气体燃料有：液化石油气、高炉煤气、焦炉煤 气和发生炉煤气等。目前人工气体燃料在热注锅炉的应用仅为液化石油气，而且仅仅用于锅炉点引燃 火，我们使用的液化石油气以丁烷为主，并且掺入少量具有臭味的有机硫化物，作为漏气警告。 按照煤气的发热量分，煤气又可分为高热值煤气和低热值煤气。气田煤气、油田伴生煤气和液 化石油气均属于高热值煤气。焦炉煤气、高炉煤气和发生炉煤气均属于低热值煤气。 2．气体燃料的燃烧特性 着火温度 使可燃气体与空气或氧的混合物着火并能维持燃烧的最低温度定义为着火温度。 气体的着火温度特别是易燃气体的着火温度不象想象那么低， 表 2-3 列举了部分可燃气体在空气中的着火温度（大气压下） 。 可燃气 氢气 一氧化碳甲 烷 乙烷 丙烷 着火温度 530~590 610~658 645~850 530~594 530~558 表 2-3 可燃气 丁烷 己烷 辛烷 乙炔 硫化氢 大气压下可燃气体在空气中的着火温度（℃） 着火温度 可燃气 着火温度 490~569 530 高炉煤气 300~630 300~500 焦炉煤气 275 530 天然气 335~500 530 发生炉煤气 290~487着火温度与可燃气体浓度、压力有关。但在氧气于空气中其着火温度差别不很大，一般在氧气中 的可燃气体的着火温度低于空气中的着火温度 50-100℃。 着火浓度极限 使火焰能够传播，维持燃烧的可燃气体浓度称为着火浓度。它又分为着火浓 度上限和下限，可燃气体浓度无论高于上限或低于下限火焰均不能传播。着火浓度极限的大小与可燃 气体的种类、浓度以及温度和压力等因素有关。表 2-4 列出了部分可燃气体的着火浓度极限。 表 2-4 在室温和大气压下部分可燃气体着火浓度极限（空气中） 可燃气 甲烷 乙烷 丙烷 氢气 一氧化碳 硫化氢 乙炔 浓度极 限 （容 积） 上 下 5.3 15.0 3.0 12.5 2.2 9.5 4.0 75.0 12.5 74.0 4.3 45.0 3.1 32.0我们最常见的是混合可燃气体，它的着火浓度极限可用下式计算在氧气中可燃气体的着火浓度极限不同于在空气中，在氧气中着火浓度极限的上限明显增加。第三节锅炉的热平衡及热效率燃烧计算较为复杂，不易掌握。下面我们了解几个概念及简单的公式。 发热量 单位物量（对固体、液体燃料用 1kg，对气体燃料用 1m3）燃料完全燃烧时放出的热 量称为发热量。 燃烧产物中 H2O 保持蒸汽状态时的发热量称为低位发热量， H2O 汽完全凝结成水时的 发热量称为高位发热量。在热注锅炉燃烧计算中使用低位发热量计算。 一．锅炉的热平衡 锅炉热平衡 是指在稳定的热力状态下， 锅炉输入热量和输出热量及各项热损失之间的平衡。 热平衡以单位物量燃料为基础进行计算。在热平衡基础上可以计算锅炉效率和燃料消耗量。 热平衡方程 Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 kJ/kg 式中 Q 锅炉的输入热量；它由燃料的低位发热值、燃料的物理热、雾化燃油所用蒸汽带入的热 量、外来热源加热空气带入的热量等四项组成。Q1 锅炉有效利用热量 ；是指锅炉供出工质的总焓与给水焓的差值。 Q2 排烟损失的热量；它等于排烟焓与冷空气焓的颔差。 Q3 化学不完全燃烧热损失；是指排烟中未完全燃烧的可燃气体所带走的热量。 Q4 机械不完全燃烧热损失；是指飞灰、落灰、灰渣、溢流灰和冷灰中未燃尽的可燃物所 造成的热损失。 Q5 锅炉散热损失；是指锅炉炉体以及锅炉范围内汽水管道，烟风管道等向四周环境散失 的热量。 Q6 灰渣物理热损失；是指炉渣、溢流灰和冷灰排出锅炉时所带走的热量。 前文燃料的成分中已经介绍液体燃料中灰分所占比例极低，气体燃料中几乎不含灰分，所以在 注汽锅炉中 Q4（机械不完全燃烧热损失）和 Q6（灰渣物理热损失）极低。 二．锅炉效率 通过上文介绍，我们可以得知锅炉的总热损失为： ∑q = q2 + q3 + q4 + q5 + q6 % 由此可计算出锅炉的效率为： N = 100 - ∑ q % 在注汽锅炉中 q4（机械不完全燃烧热损失） 、q6（灰渣物理热损失）较低，因此，要提高锅炉 热效率就要努力降低锅炉的排烟热损失、化学不完全燃烧热损失和锅炉散热损失。从中也可以看出， 锅炉的燃烧和炉体保温是否良好对锅炉效率有重大影响。第四节锅炉的燃烧设备一． 燃烧器 注汽锅炉的燃烧情况主要取决于燃烧器。燃烧器的作用是保证燃料和燃烧用空气在进入炉膛 时能充分混合、及时着火和稳定燃烧。我们使用的注汽锅炉大多安装的是北美燃烧器，按照一般的分 解方式它可分为四个基本部分： 前段：即瓦口段，含瓦口和铸铁安装板。用于连接炉体，固定燃烧器。瓦口部分镶入炉膛前 侧炉墙，用铸铁安装板将燃烧器固定。 天然气段：含天然气进口调节蝶阀，环形天然气送气口、空气扩散器、点火火花塞和引燃管。 风门段和中间段：含风门、气马达、大小火开关、火焰监测器安装孔和喷油器。 后段：含涡轮鼓风机和风机马达。 二．油喷嘴 锅炉使用的油喷嘴常见的有三种：蒸汽雾化油喷嘴、压力雾化油喷嘴、转杯式油喷嘴。注汽 锅炉一般使用蒸汽雾化油喷嘴。 1．蒸汽雾化油喷嘴 蒸汽雾化油喷嘴种工作原理是利用蒸汽高速喷出将油滴粉碎、雾化。这种油喷嘴是一种双流 体内混式喷嘴。油、汽进入混合孔相互撞击，形成乳化油、汽混合物，然后由混合孔高速喷出雾化成 细油滴进入炉室燃烧。蒸汽雾化油喷嘴的优点是结构简单、油滴雾化质量好、雾化质量不受油温、油 压的影响、调节范围大，没有停用保护问题。缺点是有噪音、要消耗一定量蒸汽、容易堵塞、锅炉尾 部受热面容易腐蚀和积灰。早期的结构简单，但耗气量大，现在应用最多的是 Y 型蒸汽雾化喷嘴。如 图 2-1 所示图 2-1 蒸汽雾化 Y 型喷嘴 1-喷嘴头 2、3-垫圈 4-压紧螺帽 5-外管 6-内管 7-油孔 8-汽孔 9-混合孔 2．转杯式油喷嘴 这种油喷嘴都有一只高速旋转（转速为 r/min）的金属杯，油通过中心轴内的油管 注入转杯内壁，在内壁形成的油膜高速向杯口四周甩出，并与一次风机送入的高速空气相遇，从而使 油雾化。图 2-2 表示转杯雾化原理，结构则如图 2-3 所示。转杯式油嘴对油压、油质要求不高，调节 性能优良，特别是低负荷运行时因油膜减薄而雾化质量有所提高，因此，其调节性能好，调节比大， 在中、小型油炉上应用广泛。这种油嘴的缺点是，高速转动元件的制造、加工维修要求高，转杯易于 沾污并随即影响雾化质量，使油滴变粗，火焰拉长而影响锅炉燃烧的经济性。图 2-2 雾化原理图 2-3 结 构 1-转杯 2-空心轴 3 一次风导流叶片 4-风机叶轮 5-轴承 6-电机 7-皮带轮 Ⅰ- 一次风 Ⅱ - 二次风 3．压力雾化油喷嘴（亦称机械雾化油喷嘴） 利用油压转变为高速旋转动能使油雾化的油喷嘴，统称位压力雾化油喷嘴。其典型结构有简单 压力雾化、回油压力雾化和柱塞式压力雾化三种。其原理如图 2-4 所示，结构如图 2-5、2-6、2-7 所 示。 这种类型的油喷嘴， 雾化完全依赖油压， 简单压力雾化喷嘴的油量调节也是用改变油压来实现的， 因此，低负荷时油压较低，则雾化质量下降。要提高低负荷时燃料油的雾化质量，就要提高额定负荷 时的油压，但这样做又会增加油泵电耗和加速雾化片的磨损。为了扩大油喷嘴的调节范围，解决低负 荷雾化质量降低的问题，可采用回油式和柱塞式压力雾化喷嘴。前者利用调节回油量的办法，使低负 荷时油压基本稳定，油旋流强度基本不变，因而保证了雾化质量。后者利用柱塞位置的改变，使油进 入旋流室入口面积相应变化， 做到不同负荷下油的旋流强度基本不变， 以保持良好的雾化质量。 由此， 这两种型式的压力雾化喷嘴，其调节范围比简单压力雾化式大的多。压力雾化油喷嘴油系统简单、油 入口面积能扩大调节范围，但低负荷时因油出口轴向速度降低、切向速度基本不变而使出口雾化角相 应扩大，应注意燃烧器扩口处有被烧坏的危险。b) c) 图 2-4 三种压力雾化油喷嘴调节原理和简单结构 a)简单压力雾化式 b)回油压力雾化式 c)柱塞式压力雾化a）图 2-5 简单压力雾化油喷嘴结构a)b) 图 2-6 回油式雾化油喷嘴结构 a)集中大孔回油喷嘴 b)分散小孔回油喷嘴 1-压紧螺母 2-雾化片 3-旋流片 4-分流片 5-喷嘴座 6-进油管 7-回油管 8-垫片图 2-7柱塞式压力雾化油喷嘴原理上文介绍了三种油喷嘴，其中后两种为了解知识，重点掌握第一种的工作原理、结构，使用优、 缺点。 三．调风器 调风器也是油燃烧器的重要组成部分。根据燃料油的燃烧特点，调风器配风应满足以下条件： 1） 要有适量的一次风。 油在高于 700℃高温下缺氧，就会裂解成难燃尽的碳黑粒子，因此，必须有适量的一次风供应， 这部分空气又称根部风，其量约为总风量的 15~30%，风速 25~40m/s。 2） 要有合适的回流区。 为了保证油的着火，要有合适的回流区，以确保燃料油及时着火和燃烧 3） 油雾和空气混合要强烈。 油的燃烧为扩散燃烧，强烈混合是提高燃烧效率的关键。除了根部风应与油雾充分混合外，二次 风也应及时与油雾混合。因此调风器应组织一、二次风具有一定的出口速度、扩散角和射程。初期和 后期混合都是十分重要的，以确保整个燃烧过程良好进行。 4） 燃烧器间油与空气分布均匀。第三章第一节锅炉给水与水处理锅炉结垢与腐蚀天然水分为地面水和地下水，两者都含有杂质。水中的杂质按其与水混合形态的不同可大致分为 三类：悬浮物质，如泥沙、动植物残渣、工业废物和油脂等；胶体物质，主要为水中的铁、铝、硅、 铬的化合物及一些有机质等； 溶解物质， 溶于水的各种酸碱盐等物质和气体。 锅炉的给水如不经处理， 会使汽水系统结垢和腐蚀。 一． 水垢的形成及分类 带有杂质的给水在锅炉中受热时，水中的重碳酸盐类会受热分解，生成难溶的沉淀物。水中的非 碳酸盐类的溶解度是随温度升高逐渐下降的，当达到饱和浓度后，这种盐类便沉淀析出。当水不断蒸 发、浓缩，使含盐浓度超过饱和浓度后，一些盐类也将从水中析出形成结晶沉淀物质。结晶可以以壁 面粗糙点为核心直接形成在受热面上，也可以以水中的胶体质点、气泡及其他物质的悬浮质点为核心 形成在水中。在壁面上结晶的在金属表面上形成坚硬而质密的沉淀物，称为水垢。 水垢按化学成分可以分为以下几种： （一） 碳酸盐水垢 是最常见的水垢，主要成分是 CaO 和 CO2 ，化合物形态以 CaCO3 为主，有时也存在少量镁的化 合物。水垢呈白色，这种水垢主要在水未沸腾处形成，在炉水强烈沸腾的条件下形成泥渣。 （二） 硫酸盐水垢 主要化学成分是 CaO 和 SO3，化合物形态主要为 CaSO4 及其含水化合物。这种水垢坚硬质密，常 沉积在温度高、蒸发率较大的受热面，如锅炉管束。水垢呈白色或黄白色。 （三） 硅酸盐水垢 主要化学成分为 CaO 和 SiO2,化合物形态以 CaSiO3 和 5CaO.5SiO2.H2O 等为主。这类水垢最硬， 导热性最差，一般在锅炉热负荷高的地方。水垢呈灰色或灰白色，难于清除。 （四） 混合水垢 是由钙镁的碳酸盐、硅酸盐以及铁铝氧化物组成，其性质随成分不同而差别较大。 （五） 铁垢和铜垢 铁垢主要成分是铁的化合物。可分为氧化铁和磷酸盐铁，通常发生在炉水中磷酸根含量过大、 含铁高和碱度低时。 当炉水含铜量高时，铜垢易发生在热负荷高的管壁上。 二． 水垢的危害和防止 锅炉结垢将使锅炉不能经济的运行。 水垢的导热性能极差， 其导热系数要比钢材小几十到几百倍， 相关测试表明： 在铁表面结 1 毫米厚水垢， 锅炉效率降低 5%左右， 结 5 毫米水垢， 锅炉要多消耗 15% 的燃料。锅炉结垢会使受热面传热工况恶化，增高排烟温度，降低锅炉热效率。由于水垢导热性差， 受热面金属壁温将升高而过热，可造成炉管烧坏或爆管，威胁安全生产。水垢还会引起垢下腐蚀，加 速锅炉受热面损坏。 防止锅炉结垢的方法是根据锅炉的水质要求，按规定的水质指标进行合格的锅炉用水处理。 腐蚀的形成及分类 金属材料和周围介质（如水、水蒸汽、空气和烟气等）接触时，因发生化学或电化学过程而受 到的损坏称为金属腐蚀。与周围介质起纯化学作用而发生的金属破坏过程称为化学腐蚀，如在腐蚀过 程中还拌有电流产生，则称为电化学腐蚀。这是从腐蚀的过程原理上进行分类。 按腐蚀形式可分为均匀腐蚀和局部腐蚀。金属与腐蚀性介质接触的表面以大致相同的速度遭受 腐蚀的，称为均匀腐蚀。如果只是局部区域遭受腐蚀则称为局部腐蚀。局部腐蚀又可分为斑形腐蚀、 溃疡腐蚀、点腐蚀、晶粒腐蚀以及穿晶腐蚀。 （如图 3-1 所示）图 3-1 腐蚀的形式 a)均匀腐蚀 b)斑形腐蚀 c)溃疡腐蚀 d)点腐蚀 e)晶粒间腐蚀 f)穿晶腐蚀 均匀腐蚀的危害较小， 不会使锅炉立即发生故障， 但将缩短锅炉的使用年限。 局部腐蚀危害较大， 会使管壁穿孔，造成事故停炉。 三．锅内腐蚀及其防止 锅炉汽水通道内发生的腐蚀统称为锅内腐蚀。锅内腐蚀可分为汽水腐蚀、气体腐蚀、垢下腐蚀、 晶间腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀等几种。 （一）汽水腐蚀 汽水腐蚀是一种纯化学腐蚀，是由于金属铁被水蒸汽氧化而发生的。 汽水腐蚀主要发生在过热时， 其表现形式为均匀腐蚀。 化学反应方程式为(过热蒸汽温度 450℃时)： 3Fe + 4H2 O → Fe3O4 + 4H2↑ 注汽锅炉防止汽水腐蚀的方法是防止发生过热现象。 （二）气体腐蚀 锅炉给水如不除氧， 就会含有较多氧气， 有时还含有二氧化碳气体， 这些气体均会引起金属腐蚀， 其腐蚀性质属于电化学腐蚀。电化学腐蚀是由于在金属上形成若干微电池的结果。 （如图 3-2 所示）图 3-2 金属的电化学腐蚀 A——阳极 B——阴极 图中 A 为微电池的阳极，铁在这里失去电子，以 Fe + + 离子形式溶入水中，电子 e 则留在金属表 面上。B 为微电池的阴极。当水中含有氢、氧、二氧化碳等的阳离子时，这些阳离子为易接受电子的 物质。这样，金属表面上的电子就会从 A 流向 B，并在阴极 B 处与水中的阳离子结合而消失。于是 A 处的电平衡遭到破坏，使 Fe+ + 离子继续转入水中，从而使阳极 A 处的金属不断受到腐蚀。这种在阴 极 B 上接受电子并使之消失的作用称为去极化，引起去极化作用的物质叫去极剂。图中的去极剂是 H+，其去极作用为： 2H+ + 2e → 2H → H2↑ 氧是强烈的去极剂，其去极化作用为： O2 + 4e + 2H2O → 4OHˉ 此外，氧还能将溶于水中的 Fe(OH)2 氧化，生成 Fe(OH)3 沉淀，从而加快腐蚀。氧腐蚀具有局部溃 疡性质，主要发生在给水管道和对流段中，因为给水的氧气首先与这些管道和受热面接触。 防止氧腐蚀的方法是使给水除氧，此外还可以提高给水管道和对流段内的水速，避免氧气停留在个别点上，使氧气与受热面和管道均匀接触，形成较均匀腐蚀。 + 给水中存在二氧化碳气体时，将发生如下反应，使水中氢离子 H 增加，使水呈酸性； + CO2 + H2O → H2CO3 → H + HCO3 + H 是去极剂，会使腐蚀加剧。CO2 气体腐蚀一般为均匀腐蚀，形成的铁锈粗松，易被水冲走，不能 形成保护膜，使腐蚀连续进行下去。 注汽锅炉中的氧腐蚀较为常见，除氧方法一般有物理除氧、化学除氧和解吸除氧三种，物理方法 主要是热力除氧，即利用气体在液体中的溶解度随温度升高而降低的特性，在除氧器中将水加热到沸 点，不断的将脱出的氧气和二氧化碳气体排除。热力除氧不仅能除去氧气，同时也能除去氮气和二氧 化碳气，效果稳定可靠，除氧后水中不增加含盐量，但用汽较多。根据经验公式，所用汽量约为出口 水量的 1/10。可见并不经济。 化学除氧包括钢屑除氧和加反应剂除氧。钢屑除氧的原理是使水通过钢屑过滤器，钢屑被氧化， 从而可将水中的溶解氧除去。钢屑除氧设备简单，运行方便，但新换钢屑效果较好，以后逐渐下降， 只除去水中约 50%的含氧量。需和其它除氧方法联合使用。 加反应剂除氧方法有亚硫酸钠，亚硫酸，氢氧化亚铁以及联铵等。采用亚硫酸钠除氧，装置简单， 除氧较为彻底，但这种反应剂温度大于 280℃后会分解出 H2S、SO2 等有害气体，此外亚硫酸钠会与给 水中的氧化合成硫酸钠，因此会增加水中的含盐量，同时由于亚硫酸钠溶于水后会与空气中的氧气反 应，时间一长，就会失效，这是采用亚硫酸钠反应剂的缺陷。目前曙光注汽锅炉都采用此方法除氧， 采用控制过剩量，及定时（8 小时）换药的方法将此试剂缺陷尽量弥补。采用联氨（N2H4）除氧，生成 N2 和 H2O，所以不增加水中的含盐量，但这种反应剂价贵，且易挥发、有毒，较少单独使用。 解吸除氧的原理是利用气体在水中的溶解度与水面上这种气体的分压力有关，分压力越小，则这 种气体在水中的溶解度也越小的特性，使含氧水与不含氧气体强烈混合，由于不含氧气体中氧气的分 压力接近于零，溶于水中的氧气就会因水面上氧气分压力极小而从水中分离出来。这种除氧方法的优 点是设备简单，耗钢材少，操作方便，不用化学药品。缺点是除氧效果受诸多条件影响，而且只能除 氧，除氧后二氧化碳含量增加。 (三) 垢下腐蚀 当锅炉金属表面积有水垢时，在水垢下面发生的腐蚀称为垢下腐蚀。垢下腐蚀发生的原因是由于 积水垢处金属温度较高，当渗透到水垢下面的炉水蒸浓时，其中杂质可以腐蚀金属。 当浓缩炉水中游离 NaOH 很多时，金属表面上的 Fe3O4 保护膜遭到破坏，金属暴露在水垢下强碱性 浓缩炉水中，发生碱性腐蚀。碱性腐蚀的特征是凹凸不平的腐蚀坑，腐蚀坑达到一定深度后，受热面 管子会发生鼓包或爆管。 当浓缩炉水中含有较多的 MgCl2 和 CaCl2 时， 这两种化合物会和水作用生成盐酸， 故在水垢下聚集 + 有很多 H 离子，发生酸性水对金属的腐蚀，称为酸性腐蚀。 （四） 晶间腐蚀 晶间腐蚀也是一种电化学腐蚀，是由于在高应力下晶粒边缘发生电位差，形成腐蚀电池引起的。 这种腐蚀的主要原因之一是水中含有苛性钠，其腐蚀破坏形式为金属脆化，因此也称为苛性脆化。 这种腐蚀较少发生，减少炉水中游离苛性钠量可以防止晶间腐蚀发生。 （五） 腐蚀疲劳 腐蚀疲劳是金属在炉水作用下经常受到方向和大小不一的应力作用时发生的，其裂纹有的是穿晶 的，有的是晶间的。当直流锅炉的蒸发受热面内发生脉动或水平蒸发管中发生汽水分层时，受热面管子会受到交变的热应力，此时有可能发生腐蚀疲劳。 防止腐蚀疲劳应从消除应力方面着手。直流锅炉中不得发生脉动，蒸发管不能有汽水分层现象。 （六） 磨损腐蚀 磨损腐蚀发生于同时存在电化学腐蚀和机械磨损时，并可分为冲击腐蚀和空穴腐蚀两种。前者的 磨损作用由于液体湍流或冲击造成，后 者的磨损作用是由于水击造成的。研究表明，在作不规则流 动的液体内会产生空穴，空穴内存在少量水蒸汽或低压空气，根据压力和流动条件的变化空穴周期性 的生成或消失。当靠近空穴的金属表面因受到水击而磨损，这种磨损将破坏金属表面的保护膜，使腐 蚀加深。第二节锅炉的水质指标主要有以下几种：锅炉的水质标准（一） 硬度。表示水中钙、镁盐的总含量。硬度又分碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸盐硬度（永 久硬度） 。硬度的单位我们常用 PPM 和毫克当量/升来表示，两者的换算关系是： 1 毫克当量/升 = 50PPM 曙光地区生产用水硬度一般在 200PPM 以下，锅炉用水要求硬度为零。 （二） PH 值。表示水的酸碱性，PH = 7 时，水为中性；PH & 7，水呈碱性；PH & 7，水呈酸性。 锅炉用水要求弱碱性，PH 值在 7.5 -8.3 之间。之所以要求锅炉给水呈弱碱性，一是因为若给水中含 有二氧化硅， 给水呈弱碱性可防止硅酸盐水垢沉积在炉管内壁。 上文已经讲过硅酸盐水垢热导性最差， 极为坚硬，难于清除。二是给水保持弱碱性可以防止酸性腐蚀。 （三） 生氧腐蚀。 （四） （五） （六） （七） 含氧量。表示水中氧的含量。注汽锅炉给水含氧量一般要求小于 10PPb，以防止发二氧化硅。要求小于 20PPb。 悬浮物。不溶解于水的悬浮杂质的含量。要求不大于 5PPM。 含油量。表明水中含油量。要求小于 1PPM。 钠。表明水中的含盐量。要求小于 10PPb.（八） 铜。要求小于 5PPb。 （九） 铁。要求为零。各种参考资料中关于注汽锅炉给水的水质要求略有不同，上述数据大都取自上海四方锅炉厂锅 炉给水要求。第三节锅炉水质的软化锅炉给水的处理主要包括水的净化、软化、除盐、除氧等过程。水的净化过程在水站进行。除氧过程上文已经介绍，注汽锅炉的蒸汽干度要求在 80%以下，水中的含盐被 20%以上的水分中带走，注 入井底，下面主要讲述锅炉给水的软化过程。 水的软化主要采用三种处理方法： 一．化学软化处理： 最简单的化学软化方法是石灰软化处理法。 将生石灰调制成石灰乳加入水中。 石灰乳与水中的钙、 镁重碳酸盐及其镁盐作用生成碳酸钙和氢氧化镁沉淀析出。这种方法主要去除暂时硬度，处理后仍有 部分残余硬度。还可加入纯碱（Na2CO3）用于除去永久硬度。但水中的残余硬度仍较大，不适于注汽 锅炉使用。 二． 磁场软化处理： 磁场软化处理的原理是：使水流过磁场，与磁力线相交，水中钙镁离子受到磁场作用，破坏了原 来离子间静电引力状态，每一离子按外界磁场同一方向建立新的磁场，导致结晶条件改变，形成很松 弛的结晶物质，不以水垢形态附着在受热面上，因而避免了锅炉结垢。磁场软化处理法一般只用于一 些取暖锅炉和对蒸汽品质要求不高的小型工业锅炉上，除垢能力可达 80%以上。 三．离子交换软化处理： 目前注汽锅炉水处理均采用此种软化处理方法。离子交换软化水原理为采用阳离子交换剂，在水 中解离出钠阳离子去代替水中的钙、镁离子，从而将水软化。阳离子交换法一般采用单级阳离子交换 器，当进水硬度较大或要求软化水残余硬度很小时，就必须采用双级软化交换系统。注汽锅炉水处理 采用的也是双级软化交换系统，每组交换器分为一级罐和二级罐。第四节注汽锅炉的水处理注汽锅炉的水处理主要作用是用来降低水中的钙、镁盐类的含量，防止炉管内壁结垢，减少水中 的溶解气体，减轻锅炉受热面的腐蚀，稳定地供应数量充足质量合格的锅炉给水，是锅炉安全运行的 保障。 它所采用的处理水质方法即上文介绍的离子交换软化处理法。 我们通常意义上的水处理软水器。 一． 软 水 器 （一）软水器的工作原理及功能 软水器由离子交换除硬装置和化学除硬装置组成。离子交换装置包括两套（A 组、B 组）二级钠 离子交换器。所谓二级，即一级罐和二级罐，一级罐是基本罐，是起主要作用的。一级的出口硬度要 达到合格。制水量和再生用盐量只按一级罐树脂量计算。二级罐是辅助罐，它只是去除一级罐在某些 情况下出现的漏硬。例如一级罐树脂交换能力接近耗尽时会出现的残硬。或者，生水硬度因某些原因 增加了，一级罐树脂达不到原整定的制水量所出现的残硬。一般按罐的尺寸或树脂的容量的选择要保 证水处理最少运行 8 小时。 钠离子交换树脂除硬过程如下： 2NaR+Ca2+→CaR2+2Na+ 2NaR+Mg2→MgR2+2Na+ 钠离子交换剂与原水经过离子交换作用后，其钠离子逐渐被钙镁离子置换而失去软化能力。失去 交换能力的钠离子树脂可以使用还原液（目前采用 NaCL 溶液）再生。其化学反应式如下： CaR2+2NaCl→2NaR+CaCl2 MgR2+2NaCl→2NaR+MgCl2 采用钠离子交换后的软水，其碱度基本不变。 为实现上述除硬原理，软水器应具有五项功能： 1．清洗树脂床积存杂质。 、 2．重新均匀分布树脂颗粒3．用盐水再生树脂 4．洗出盐溶液 5．生水、盐水、与树脂均匀接触，并从树脂中收集软化水。 1、2 两项由反洗完成。反洗流量调节到最少要冲起 50%的树脂（按 70%~100%设计） 。但不要使 流量过大以至把树脂带出，反洗效果由反洗水的清洁程度或浑浊度判断。一般用生水反洗。由于二级 罐不会积存大量杂质，一般不进行反洗。为此，再生用的盐水必须保持清洁。 树脂再生，用盐水浸泡。即用流速相当慢的盐水通过树脂 40 分钟。本装置自下而上通过二级罐， 然后自上而下通过一级罐，这样可以保证靠近软水出口的树脂最大程度再生。 盐水置换和正洗完成第四项功能，即冲洗盐液。该程序置换用软水，正洗用生水。正洗质量要求 一级罐止洗出口水的含氯量比正洗入水口的含氯量不大于 50 ppm。 第五项功能由软水罐的结构设计完成。有布水器、布盐器和集水器。它们的失效都会造成制水量 的减少。 （二）软水器的工作程序和工艺流程图 1．运行 生水经给水离心泵打压经阀 1 进入一级软水罐， 经过离子交换树脂床， 钙镁离子被钠离子置换掉， 然后软水向下经阀 2 进入二级软水罐，再进一步除掉可能漏掉的钙镁离子。从二级罐流出的软化水通 过阀 3 和圆盘流量计送该锅炉柱塞泵入口。流量计有一个积算器，可累积水的流量，并在流过预定量 水时，向 PLC 程序控制发送一个电信号，说明树脂以失效，系统即能自动停止运行转入再生。目前， 鉴于各炉点所处水质的不同，不能用同一个制水量标准作为树脂是否需要再生的依据，应以水处理操 作人员取样化验得出的硬度数据为依据，人为进行手动再生。 2． 反洗 再生的第一步是反洗，生水通过阀 4 进入一级软水罐底部，向上流过树脂床经过阀 5 排掉。反洗 流量是固定的，由排水管上装的恒定流量控制器来控制。反洗的作用有两个：一是清洗在运行中积聚 在树脂床上部的固形物。因树脂颗粒很细，能拦截很小的固形物，使树脂污染，必须清洗掉。第二个 作用是疏松树脂， 因为在运行中小颗粒树脂进大颗粒之间， 空隙减小使体积缩小， 离子交换能力降低， 反洗能够改变这种压实的状态，使体积膨胀进一倍。反洗时间由 PLC 程序控制，通常为 20 分钟，二 级软水罐不用反洗。 3． 盐水 再生用的盐水浓度为 10%，用盐水多少是通过计算确定的，将准备好的定量盐水用盐泵经阀 6 打 入二级罐底部，盐水向上流过树脂床，用钠离子置换钙镁离子，使树脂得到还原。盐水从二级罐底部 流经阀 8 进入一级罐上部，然后向下流，通过阀 7 和恒定控制流量器排掉。要用清洁的稀盐水，这对 不进行反洗的二级罐极为重要，定量的盐水用完即树脂得到再生。 4． 盐水置换 进盐结束后，在软化器还存在大量盐水，必须清除掉，这时只要将阀 10 关闭，阀 14 打开即可， 使软化水沿着进盐流程流过软水器，把盐水冲洗掉，盐水置换时间是由 PLC 程序来控制的，通常定 为 50 分钟。 5． 正洗和盐水计量 正洗阶段的目的是彻底洗净盐水，生水通过阀 1 进入一级罐，向下流经树脂，一部分正洗水通过 阀 7 排掉，余下的正洗水进入二级罐顶部经过树脂从阀 9 排掉。正洗的流速由恒定的流量控制器来控 制，正洗时间由 PLC 程序来控制的，通常为 40 分钟左右。 在正洗的同时，盐水配制开始，把浓度为 26%的饱和浓盐水从浓盐水罐 1 用盐水泵打入稀释罐， 这时阀 13、12 要打开， 所输送的盐水量取决于再生的用盐量，用稀盐水罐的液面来控制。 6．正洗和盐水稀释 当正洗进行时，盐水系统应把计量好的浓盐水稀释到 10%的浓度，这时阀 11 要打开，让软化水 进入稀盐水罐，同时阀 10 和 12 要打开，使盐水循环起搅拌作用，稀释用的清水量由稀盐水罐的液面 来控制。目前，盐箱液位控制仪在一些炉子的水处理设备里存在仍然沿用，但大部分没有安装或已经 拆除。整个再生过程是 100 分钟左右，再生结束后立即投入运行。运行、再生各步工艺流程如图 3-3 所示 说明 ：在软水器实际的工艺流程当中，当再生进行到进盐、置换位置时，其排污阀和一级正洗排污 阀不在同用一个排污阀，而另外加一个排污阀，在工艺流程当中没有体现出来，在此加以说明。图 3-3注汽锅炉水处理运工作流程图第五节注汽锅炉水处理的程序控制一．水处理装置程控部分 水处理运行控制形式一般可分为 PBA、PLC（可编程控制器）和（延时）继电器三种控制方式。 由于 PBA 和延时继电器控制故障率高,操作强度大，使用不方便等特点，现已几乎全部改为 PLC 方式 控制。 下面主要介绍一下这三种控制方式。 首先我们要掌握水处理再生、运行时的液动阀动作情况。下边的 1#~10#表示一组软水器的液动 阀编号，我们将运行或再生时各个液动阀的通断情况用下面的形式表示。 （运行：1#→2#→3#表示运 行时 1#、2#、3#阀通，其余阀断。以此类推 运 行：1＃→2＃→3＃ 反 洗：4＃→5＃ 进 盐：6＃→8＃→7＃ 置 换：6＃→8＃→7＃ 一级正洗：1＃→10＃ 二级正洗：1＃→2＃→9＃ 二．运行控制方式 一） PBA 控制 1.PBA 总成的结构 PBA 总成主要由计时盘(也称计时器)和马达及多通阀这两个部件构成。 2.多通阀的作用 多通阀是用来控制流程的自动切换、自动改变再生的各个状态。3.多通阀的结构 多通阀共有 20 个孔,一个入水孔、一个排水孔,18 个出水分配孔,18 个出水分配孔分布在上、 中、下三层圆周上,每层六个孔,孔与孔之间的夹角为 60℃。 4.多通阀的工作位置 多通阀共有六个工作位置,分别控制软水器的运行、停运、反洗、进盐和置换、一级正洗、二 级正洗,每个状态对应六个孔与排水孔相通,同时,打开相应的液动阀,来改变运行状态。 5.多通阀各孔排列图 ○ ○4 ○3 ○2 ○1 ○6 ○5 ○10 ○9 ○8 ○7 ○12 ○11 ○16 ○15 ○ ○ ○18 ○17 14 13 二级正洗 5 一级正洗 4 进盐、置换 3 反 洗 2 停 运 1 off(运行)0 6.多通阀每转动一个位置,都对应那些孔与排水孔相通 ① 0 运行:1、6、5、11、17、18 六孔与排水孔相通,有用的是 5、11 孔,对应的水处理装置阀 1、 2、3 被打开,处于正常运行状态。 ② 1 停运:2、1、6、12、13、18 与排水孔相通,没有一个阀连通,阀门全关闭,水处理装置停止运 行,等待再生。 ③ 2 反洗:3、2、1、7、13、14 与排水孔相通,有用的只有 7 孔,对应的阀为 4、5 被打开,进行反 洗。 ④ 3 进盐、置换:4、3、2、8、14、15 与排水孔相通,有用的是 4、8,对应的 7、6、8 被打开,同时, 还有盐水系统的 10 或 14 被打开,系统在进盐和置换。 ⑤ 4 一级正洗:5、4、3、9、15、16 与排水孔相通,有用的是 4、5、10,对应阀 7、1 被打开。 ⑥ 5 二级正洗:6、5、4、10、16、17 与排水孔相通,有用的仍是 4、5、10,对应的阀 1、2、7、9 被打开。 7.多通阀的工作孔数及对应的液动阀 进口锅炉有 7 个孔工作,抚顺锅炉有六个孔工作(不包括入水孔和排水孔)分别对应的控制阀为: 5#孔::一级罐入口液动阀 17#孔:二级罐入口液动阀 11#孔:二级罐出口液动阀 7#孔:反洗入口和排污两个液动阀 8#孔:二级进盐、一级进盐、排污三个液动阀 9#孔:一级正洗排污液动阀 10#孔;二级正洗排污液动阀 8.计时器的作用 计时器的作用是通过同步电机带动计时度盘，并推动微动开关发出时序动作信号，计时度盘每 格为 1 分钟，转一周为 2 小时，用来控制再生过程中的各状态定时。 目前基本没有水处理使用这种控制方式。 二） PLC 控制 我们常用的 PLC 控制主要有日本欧姆龙公司生产的 C200H、C28P 可编程控制器和日本 GE Fanuc 可编程控制器。C200H 系列主要应用在上海四方、抚顺锅炉，GE Fanuc 主要安装在美国丹 尼尔，其中 C200H 使用占目前锅炉 80％以上。本节主要介绍 C200H 控制方式。 (一) C200H 特点 1. 系统构成灵活 2. 功能强 3. 指令丰富,速度快4. 多样化的通信功能 5. 较好的性能价格比 (二) C200H 安装要求 1．输入电压 AC100～120V 或 AC200～240V。 2．可提供 DC24V 电源。 3．工作环境温度 0－55℃ 4．湿度 35－85％ 5．远离腐蚀性气体，阳光直射，灰尘、盐和金属粉末，并远离震源。 (三) C200H 基本编程指令 主要指令在编程器上都有一个对应的键。主要有 LD 、OUT、AND、OR、NOT、END。 （四）PLC 控制器构成 一套完整的 PLC 控制一般包括中央处理器(CPU)，输入单元，输出单元，底板，存储器五部 分组成。 水处理一般使用一块 IA122 或 ID212 输入模块，两块 OC222 输出模块和 BC051 PC 机架。 1.底板的类型 底板根据槽数可分为: ①10 槽的 C200H-BC101, ②8 槽的 C200H-BC081-V1, ③5 槽的 C200H-BC051-V1, ④3 槽的 C200H-BC031 2．中央处理器(CPU)类型 根据电源可分为: ①输入电源为 100～120VAC 或 200～240VAC 时,有 C200H-CPU01-E 和 C200H-CPU11-E 两种类 型。 ②输入电源为 24VDC 时,有 C200H-CPU03-E。 3．存储器单元种类 ①RAM 单元,电池支持的有 C200H-MR431 和 C200H-MR831 ②RAM 单元,电容支持的有 C200H-MR432 和 C200H-MR832 ③EPROM 单元,C200H-MP831 ④EEPROM 单元,C200H-ME431 和 C200H-ME831 4．输入单元类型 ① 直流输入单元 12～24VDC,8 点输入,型号为 C200H-ID211 24VDC ,16 点输入,型号为 C200H-ID212 ② AC 输入单元 100VAC,8 点输入,型号为 C200H-IA121 100VAC,16 点输入,型号为 C200H-IA122 200VAC,8 点输入,型号为 C200H-IA221 200VAC,16 点输入,型号为 C200H-IA222 ③ 无压节点单元(2 种) ④ AC/DC 输入单元(2 种) 由于③④类型在实际设备中未使用,所以未作介绍。 5．输出单元类型 ① 继电器输出单元 2A250VAC/24V DC 独立接点,5 点输出,为 C200H-OC223 2A250VAC/24V DC 独立接点,8 点输出,为 C200H-OC221 2A250VAC/24V DC 独立接点,8 点输出,为 C200H-OC2242A250VAC/24V DC 独立接点,12 点输出,为 C200H-OC222 2A250VAC/24V DC 独立接点,16 点输出,为 C200H-OC225 ② 晶体管输出单元(7 种) ③ 可控硅输出单元(3 种) 由于②③类型在实际设备中未使用,所以未作具体介绍。需要注意的是 :继电器输出单元 C200H-OC225 只能安装在 C200H-BC051-V1 或者 C200H-BC081-V1 的底板上。 （五）C200H 工作原理（如图 3-4 所示）图 3-4 C200H 工作原理简单示意图 ①当水泵控制开关在自动位置时，如果联锁正常无报警的情况下，00400 带电水泵启动，当出现润 滑油压力低或水压低报警时，01013 或 01014 断开，00400 失电停泵。 ②当控制开关在手动位置时，当 1014 带电 0400 启动，润滑油压力低延时未完前 1014 导通，如出 现报警则停泵。 （六）I/O 槽位通道号排列 以 5 槽位机架为例：000 CH001 CH002 CH003 CH004 CHCPU通道号从左向右排列，从 CH000~CH004。 （七）输入、输出卡示意图 以常用的 ID212,IA222,OC222 为例图 3-5ID212/OC222 工作示意图注：IA222 与 ID212 相同，除电源为 AC100～120V 外。 (八)CPU 面板显示内容 RUN：绿灯亮，PC 运行正常 ALM：闪烁红灯亮，程序有错，但 CPU 继续工作 ERR：稳定的红灯亮程序有误，CPU 停止工作，输出关闭。 COMM：橙色灯亮，外置设备工作（如:编程器与其相连或 RS－232C 与其相连） OUT INHIBIT：红灯亮，负载掉，所有输出关闭。 POWER：绿灯亮，电源指示。 FUSE：保险。 (九)水处理各步再生时间设定 (1) CNT002 25 分钟 4.5T/H 反洗 (2) CNT015 40 分钟 3.3 T/H 进盐 (3)CNT003 50 分钟 3.3T/H 置换 (4)CNT004 25 分钟 10T/H 一级正洗 (5)CNT005 20 分钟 10T/H 二级正洗 注:具体时间视具体软水器和树脂再生能力而定。此处所设值仅供参考。 (十)输出卡信号与液动阀对应 下列输出端子带电,表示与其对应的电磁阀带电,电磁阀输出无气信号,液动阀打开。 A组 00100→1# 一级罐输入 00101→2# 二级罐输入 00102→3# 二级罐输出 0# 反洗 0#,7# 进盐、置换 00106→10# 一级正洗 00105→9# 二级正洗 B组 00204→1# 一级罐输入 00205→2# 二级罐输入 00206→3# 二级罐输出 0# 反洗 0#,7# 进盐、置换 00210→10# 一级正洗 00209→9# 二级正洗 (十一)输出端子与再生指示灯对应关系 00102→A 组运行 00206→B 组运行 00108→A 组再生 00211→B 组再生 00110→ 反洗 00107→ 进盐 00111→ 置换 00213→一级正洗 00214→二级正洗 00109→ 准备 (十二)软水器再生操作 先将停运组开关转向运行,再将需再生组控制开关打向再生位置,然后将再生选择开关转向手动, 约 10 秒钟后(此时间根据水处理再生转换时,运行组水压建立时间而定,为防止锅炉水压低报警停炉)进 入再生第一步反洗状态,直到二级正洗完成后,程序转入准备状态。第六节水处理流程控制部件一．气动阀(液动阀) 1．气（液）动阀结构 气动阀主要由阀体、阀芯、膜片、压盖等部件组成。 2. 气（液）动阀工作原理(以气关为例) 当信号管有气信号时 ,气信号压力作用于膜片上 ,使膜片连同阀芯一起向下移动 ,从而关闭了气动 阀,当信号管内无气信号时,阀芯在管内液体压力作用下将向上移动,从而又打开了气动阀。 3. 气（液）动阀的作用 根据控制程序输出信号的变化，从而控制气动阀的开关，达到软水器的自动再生和运行，为锅 炉提供合格水质。4. 气（液）动阀维护保养内容 ① 定期对气动阀阀芯加黄油保养,保证动作灵活,开关到位。 ② 检查膜片是否完好。 ③ 发现排气孔漏水或漏气,应及时检查,及时更换阀芯密封圈或膜片。 ④ 观察排污管漏水大小情况,及时维护保养或更换气动阀,延长运行周期。 ⑤ 根据再生效果和运行周期,确定有无气动阀漏硬现象。 二．电磁阀(8325) 1. 电磁阀的工作原理(三通式)（如图 3-6 所示）图 3-6电磁阀工作原理当电磁阀线圈不带电时，阀芯在弹簧作用下 1，3 导通；当线圈带电时阀芯克服弹簧组力上移 1，2 导 通。 2. 电磁阀结构图 3-7 电磁阀结构图 电磁阀由阀座、阀芯、弹簧、阀杆套等组成。 3. 安装、使用的环境条件 ① 选择安装场所环境温度在 125oF 以下 ② 工作压力不能超过额定的工作压力。 ③ 工作电压不能超过额定的铭牌电压。 ④ 电磁阀须水平安装，流体流动方向应与阀体上箭头指向一致。℉ 4.. 电磁阀维护保养内容 ① 电磁阀阀芯、阀体和弹簧定期清洗。 ② 保证气源干净稳定。 三．空气过滤减压阀 1. 空气过滤减压阀结构空气过滤减压阀由阀体、调节旋钮、膜片、阀芯、过滤网、弹簧、压盖、排污阀等组成。图 3-8 空气过滤减压阀结构图 2. 空气过滤减压阀的作用 为气动仪表提供干净，稳定的气源，保证仪表正常工作。 3. 空气过滤减压阀维护保养注意事项 ① 定期清洗过滤网和减压阀内杂质和污垢。 ② 减压阀定时放水，冬季每 8 小时放水一次。 ③ 膜片清洗不能用汽油和柴油。 四．压力表 1.一般压力表概念 一般压力表是指结构为单圈“C”型弹簧管，精度等级最高为 1 级，测量值超过大气压力，用于 测量对仪表零件不起腐蚀作用的液体、气体、和蒸汽的表压力的仪表。 2.一般压力表分类 它包括工业用单圈弹簧管式压力表（普通压力表） 、压力真空表、氧气压力表、电接点压力表等。 3.一般压力表的结构 一般压力表的主要部件有弹簧管、机芯、示值机构、外壳等。其中机芯包括中心齿轮、扇形齿轮、 游丝、调节螺钉及连杆等零件组成。 （如图 3-9 所示） 4.一般压力表的工作原理 它是基于密封式圆弧形的扁平状弹簧管，在被测介质压力的作用下，由于长度无法改变，只能从 横截面形状由扁平形趋向于圆形扩张，迫使弹簧管伸直，自由端产生一定直线的位移。然后，通过 连杆带动扇形齿轮进行角位移的转换，改变传动比和位移角放大倍数，指针从零度达到 270 度的转 角，在度盘上指示出相应的压力值，以实现测量压力的目的。图 3-9压力表结构图5.弹簧管分类 ① 根据材料分：锡磷青铜弹簧管（压力小于 10Mpa ） ；铬矾钢弹簧管（压力高于 10Mpa） ；不 锈钢弹簧管（氨气压力表） ② 根据结构分：60kgf/cm2 以下的弹簧管是用锡焊在基座上；60kgf/cm2 以上的弹簧管是用螺纹 连接的。 ③ 根据截面形状分：弓形；椭圆形；平圆形三种。 6.压力表外壳公称直径分为 Y40;Y60;Y100;Y150;Y200;Y250 六种型号。 7.普通压力表的测量范围一般分为 外壳公称直径 mm 测 量 范 围 kgf/ cm2 0－1；0－1.6;0－2.5；0－4；0－6； 40 0－10；0－16；0－25；0－40；0－60 0－1；0－1.6;0－2.5；0－4；0－6； 60 0－10；0－16；0－25；0－40；0－60；0－100；0－160；0－250；0 －400 0－0.6;0－1；0－1.6;0－2.5；0－4； 100 0－6；0－10；0－16；0－25；0－40；0－60；0－100；0－160；0－250； 0－400；0－600 0－0.6;0－1；0－1.6;0－2.5；0－4； 0－6；0－10；0－16；0－25； 150；200；250 0－40；0－60；0－100；0－160； 0－250；0－400；0－600；0－1000； 0－1600 8.工业用压力表精度等级分类 工业压力表分为 1.0；1.5；2.5；4.0 四个等级。 9.常用压力表精度等级 精度等级有：0.05、0.25、0.4、1.0、1.5、2.010.压力表的表盘分度数字及符号要求 表壳外径 （mm） 40 60 100表盘标示数字的分度线宽度（mm） 0.5 0.7 0.7 1.2 1.6 2.0150（160） 200 250 11.压力表的指针长短要求 压力表的指针应伸入所有分度线内，其指针指示端宽度应不大于最小分度间隔的 1／5。指针 与分度盘平面间的距离在 1～3mm 范围内，表壳外径在 200mm 以上的（包括 200mm） ，其指针 与分度盘平面距离应在 2～4mm 范围内。 12.压力表安装、使用、维护 ① 安装前应仔细核对型号、规格、等级是否符合理想需用的要求。而后检查封印是否完好； 指针是否靠限止钉；接头螺纹有无磨损滑牙；进气孔有无堵塞等。在一切处于完好、正常 情况下可以进行安装。 ② 被测介质急剧变化或脉动压力时， 应加缓冲罐或阻尼螺钉， 测结晶或粘度较大的介质时需 装隔离器。 ③ 测量蒸汽压力时，压力表下端应装有环形管，使由水传递压力，以免高温蒸汽从入表内， 影响精度，损坏压力表。 ④ 测量其它热的液体时，环形管内应充满与所测液体相同的或其它中性的液体。 ⑤ 压力表安装环境温度为－40℃－+60℃，相对湿度不大于 80%的条件下使用。 ⑥ 压力表不宜直接装在临近锅炉以及类似设备表面受热的地方。 ⑦ 压力表应垂直安装，倾斜度不大于 30 度，并力求与测定点保持同一水平位置，以免指示 迟缓。 ⑧ 使用前应在无负荷下，观察指针是否紧靠限止钉，否则不宜使用。 ⑨ 使用完毕，应缓慢降压，不要使指针猛然跌落，以免损坏压力表。 ⑩ 拆下的压力表，应存放于防尘、干燥、无腐蚀的环境中。 13.压力换算关系 1MPa ＝10kg/cm2 1kPa=1.-2 kg/cm2 1atm=1.0332kg/ kg/cm2 =14.696psi=1.0Pa 1Psi=0.007MPa 14.绝对压力与表压力的关系P 绝对压力＝P 相对（表压）+P 大气压第四章热采锅炉的使用及控制第一节 锅炉的运行前准备一． 承压管路的耐压试验 锅炉在投用前要进行管路的承压实验，一般进行水压实验及气密性实验两项： 1、 承压管路水压试验 （1）锅炉外接管线安装完毕后，首先应接通给水管路，在此之前应将锅炉出口阀门关闭，并打 开最高处阀门。同时，拆除安全阀，安全阀接口用相应的盲板封死，然后通水，当水充满炉管后， 关闭最高点阀门，关闭柱塞泵出口至水热交换间截止阀和关闭蒸汽取样分离器至减压阀之间截止 阀，而后按管线工作压力不同在继续升压至 1.5 倍工作压力，升压过程应缓慢。达到试压力后， 停压 10 分钟，以无泄漏，目测无变形为合格。 （对燃油管路也是采用同样方法，当水压试验结束 后，应放尽管内积水，在用蒸汽吹扫 30 分钟） 。 （2）水压试验宜在环境温度 5℃以上进行，否则须有防冻措施，水压试验应用洁净水进行。 （3）水压试验压力对中、低管道应为 1.25 倍工作压力。对高压管道应为 1.5 倍工作压力。但在 水压试验时应注意，不得超过管道仪表、阀门等配套件的压力承受能力。 2、 承压管路的气密性试验 （1）对燃气管路应作气密性试验，气密性试验应在水压试验后进行。 （2）气密性试验压力为 1.0 倍的工作压力。 （3）气密性试验介质一般采用空气，在管线达到气密性试验压力后，应用涂刷肥皂水方法进行 管线泄漏检查。同时，应在气密性压力下稳压 30 分钟，压力不降，气密性试验为合格。 二． 锅炉配套件正常工作状态检查 1、 电动机旋转方向检查 （1）在检查之前先按下列程序进行调整 a、 锅炉强电箱内总电源开关断开，将电源接至锅炉强电箱内。 b、 将锅炉控制屏上控电源开关断开。 c、 将锅炉控制屏上泵、风机、空压机开关断开。 d、 将锅炉强电箱内总电源开关合上。 e、 将锅炉强电箱内控制电源开关合上。 （2）检查空压机淀机旋转方向 将锅炉控制屏上空压机开关合上，并迅速断开，观察电机旋转方向，如果旋转方向不对， 应将三相中的其中两相对调，该工作应由正式电工来操作。 （3）检查泵电机旋转方向（注意：泵不允许在无水状态下合泵电机开关） （4）检查风机电机旋转方向，其方法与空压机电机处理方法一样。 2、 在检查所有电机转向之后，启动空压机，向仪表和执行器系统供气。大部分仪表、执行器所需 压力为 0.14Mpa（20psi） 。在空压机供气之后，将锅炉控制屏给水泵开关合到手动位置，泵启动将 给水送入锅炉炉管。当安装在锅炉最高处阀门喷水时，说明锅炉炉管内已没有积聚的空气，则应将 该阀门关闭，同时可将锅炉主蒸汽出口截止阀门关小些，使锅炉可升压到工作压力。 3、 检查火焰安全系统及点火程序器的工作状态 （1）拆下燃烧器上紫外线火焰检测器，并用点燃的蜡烛检查锅炉控制屏上火焰监查电流表动 作是否正常。 （2）点火程序控制器应能使泵在锅炉点火之前使炉管内充满足够的水，同时能控制风机，使 其在锅炉点火之前，先启动风机运行使炉膛内至少有四次循环通风。点火程序控制器为微机型， 其程序已在制造厂出厂的被编入程序芯片内。 点火程序控制器内程序分 准备－前吹扫－保持－引 燃—主火焰－运行－后吹扫。 （3）如果紫外线火焰检测器在锅炉未点火之前测知炉膛内存在火焰， 极有可能的原因使炉膛内本没有真正的火焰存在，而是紫外线火焰检测器失灵。失灵的原因可能有二个：第一个原因可 能是紫外线火焰检测器内扫描器管子短路；第二个原因可能是紫外线火焰检测器上的扫描器和点 或程序控制器的两个接头之间产生感应电流。第二节锅炉点火及启动一． 锅炉点火： 锅炉初次点火时，应在引燃料阀和主燃料阀同时关闭的情况下进行燃烧器试验。这时，点火程序 控制器在程序循环中由于燃烧器无法点火而锅炉控制屏上显示点火故障，这种状况在多数情况下应重 新对程序控制器进行调整。在这些工作完成之后，打开引燃阀门，再对燃烧器进行一次点火试验，此 时，引燃火能点燃，锅炉控制屏上火焰检测电流表应能指示。但是由于主燃料阀仍在关闭状态，主火 焰不能点燃，锅炉控制屏上再次出现点火失败的指示。 在点火时应注意，如果燃烧器一次点火点不着火，应有一个重新对炉膛、烟道进行吹扫的过程， 这个过程时间应大于 5 分钟，如果再次点火不着，应切断引燃料供给，加紧炉膛及烟道通风，同时检 查和分析原因，禁止盲目点火。 二．锅炉启动 锅炉小火燃烧应在各配套件工作状态检查正常之后，才能按下列步骤进行锅炉运行启动。 （1）再次检查所有管线和阀门、仪表。 （2）对初次启动锅炉应注意由于焊接和金属切削所留下的残屑，以防止对柱塞泵和流量计等仪表、 阀门的损坏。严禁在残屑未清除之前启动泵。 （3）对锅炉、水处理装置等所有联锁停炉电路及连接可靠性进行检查。 （4）启动水处理装置，同时使锅炉炉管内充满水。 （5）在燃重油时，启动电加热器、油泵，并确保燃油能经旁通管线进入储油罐。 （6）将锅炉强电箱内总电源开关、泵电源开关、风机电源开关、空压机电源开关，控制电源开关 合上。 （7）启动空压机，将锅炉控制屏上空压机开关合到自动位置上，并使空压机工作压力达到 0.55～ 0.86Mpa（80～125psi） （8）将锅炉控制屏上泵、风机选择开关合到自动位置。 （9）根据燃用燃料，将燃料选择开关合到相应位置 （10）锅炉燃油时，则将雾化开关合到空气位置。 （11）将调火开关合到小火位置。 （12）将延长引燃开关断开（锅炉燃油时合上） 。 （13）按复位键，若全部报警灯不亮，则锅炉运行指示灯亮。点火程序器开始工作，泵启动而后风 机启动进行前吹扫。随后点火，锅炉进入小火状态。 （14）主火焰燃烧稳定后，调整锅炉控制屏上水量表、及燃料消耗量。 （15）将压力控制器整定到所需压力。 （16）调整对流段进口水温，使其在 95～110℃间波动。 （17）频繁检查锅炉蒸汽出口干度，使其稳定在 80％±5％。 （18）在锅炉小火、大火状态中，测量对流段出口烟气的氧量和 CO2 含量，调整锅炉的排烟温度使 其达到设计要求。第三节锅炉烘炉一．烘炉前必须具备下列条件： （1）锅炉本体安装及管线保温已结束。 （2）烘炉所需用的各系统已安装、调试完毕，并能随时投入工作。 二．烘炉应注意下列事项（1）应采用小火烘烤。 （2）锅炉炉管内应有水循环。 （3）锅炉烘炉时其升温速度及持续时间应根据当地气候条件等因素而定。 三．烘炉建议用具体方法 锅炉在非常小的火量位置燃烧时， 水／水热交换器旁通打开， 先使炉膛内靠近燃烧器喷嘴处烘干， 再用将近 3 小时时间使其达到锅炉最大火量的 1／3。在此期间，水／水热交换器旁通关闭，烘炉 2～ 3 小时之后，再使锅炉小火转换到大火位置。 烘炉完毕后，应检查炉膛耐火层情况，防止其产生裂纹等缺陷，同时应做好记录。第四节锅炉管道的冲洗1．在锅炉范围内的所有管道在工地安装完毕后，必须进行冲洗和吹扫，以清除管内的杂物。 2．用水冲洗锅炉汽水管路时，其水质必须是软化水，冲洗水量应大于正常运行时的最大水量。 3．燃气管线气吹扫介质可用燃气或惰性气体（如二氧化碳、蒸汽等） 。燃气管线的吹扫目的，主要 是清除管道内的空气，以防止燃气爆炸，吹扫时间按现场实际情况而定，一般不小于 5 分钟。吹扫出 口应取样分析，其含氧量＜1％为合格。在吹扫时应将通往炉膛内的阀门关闭，以防止吹扫介质进入 炉膛，对第一次投运管线，以燃气为吹扫介质时应控制流速在 5m/s 以下。待吹扫出口氧量达到 2％时 才增加流速。用惰性介质作吹扫介质时应分二步走，先用惰性介质吹扫而后在燃气加以置换。第五节锅炉运行一．锅炉运行任务 1．在保证蒸汽干度前提下连续供给用户所需的热量。 2．确保锅炉安全运行，通过经常的监视和正确调整，杜绝误操作及时发现并消灭隐形事故，从而 保证人与设备安全。 3． 锅炉运行的经济性，充分利用燃料所释放的热量，设法减少各项热损失，提高锅炉运行效率， 降低燃料消耗量。 二．锅炉运行条件 1．所有有关锅炉土建、安装工作已按设计全部结束。 2．对安装在室内的锅炉应无雨雪进入锅炉房内的可能。对布置在露天的锅炉应有可靠的防雨措 施。 3． 据各地区的气候特点和结冻程度，对设备、管道等已实施防冻措施。 4． 炉上下水道畅通，保证供水和排水的需要。 5． 地面平整清洁、运行、操作人员有一安全通行道及维修场地。 6． 具有充足可靠的照明及消防设施。 7． 有一整套保证锅炉安全运行的规章制度，并在这些制度指导下，有计划、有步骤、有重点的 对设备进行周期性检查。及时发现设备缺陷和运行不正常现象并加以消除和纠正。 三．锅炉运行中应记录的数据 1．炉膛压力 在锅炉连续运行过程中，如果出现锅炉炉膛压力回压上升的现象，就表明对流段内肋片管束有结 焦和杂质存在，因此在辐射段燃烧器端板上装有一监测炉膛压力的压力表。 2．汽水系统管线的压降 应记录汽水系统管线上每一部分的压力降，最好是记录在同一给水流量，同一蒸汽出口压力和蒸 汽出口温度下的管线内压力降。如果说，在锅炉运行过程中，压力在不断回升，就表明管线内结垢速 度在增快，达到某一垢层厚度后将产生限制流量的后果。 3．燃烧器油喷嘴压力 在燃油控制阀开度一定的情况下，燃油系统压力的变化都表明燃烧器油喷嘴的喷孔有磨损等现象。4．给水量与泵旁通阀薄膜压力 在锅炉运行过程中，记录这二个数据，可以用来监测泵的泵效和泵旁通阀实际工作情况。如果这两 个数据任何一数据发生变化，就表明泵和泵旁通阀发生磨损或出现了其它故障。 5．燃料的消耗量 6．蒸汽干度 7．蒸汽出口压力、温度 8． 辐射段管壁温度 9． 流段出口烟气含氧量及二氧化碳含量 10．燃油温度 11．燃油控制阀开度、燃烧器风门开度 四． 锅炉运行过程中的监视和调节 1．锅炉蒸汽出口压力、温度的监视和调节 (1) 锅炉运行的蒸汽压力、蒸汽温度及出力不允许超过锅炉本身的额定参数，如果超出则属于危险范 围。必须采取紧急措施，调整锅炉负荷。 (2) 蒸汽压力、温度将影响锅炉安全和经济运行。当蒸汽压力过高时将引起安全阀动作，使大量蒸汽 从安全阀中逸出，同时安全阀动作后容易造成安全阀泄漏。对锅炉及管道材料来说，在过热的状态下 所能承受的压力有一定的限度。如果汽压过高，超过所允许限度，金属材料的机械性能降低，很有可 能发生爆炸事故。汽压过低将引起蒸汽热焓减少，耗气量增加，这将造成不经济的后果。同样，蒸汽 温度过高，将会引起对设备零、部件、配套件的过热损坏。 (3) 蒸汽压力失常的原因，一般是由于锅炉负荷变化后而未能及时调整燃烧而引起的，因此，运行人 员必须认真监视和调整锅炉燃烧。 (4) 蒸汽温度失常的原因主要有二种 a、 汽温过低，主要是（一）蒸汽含盐量增大，造成炉管借垢，锅炉传热不好。 （二）锅炉调风不 当使炉膛火焰不旺，燃烧不佳。 b、 汽温过高的原因主要是由（一）给水温度低于额定温度，使蒸发热面吸热量增加。 （二）锅炉 调风不当，是炉膛火焰过旺，燃烧不佳。 2． 锅炉燃烧的监视和调整 锅炉燃烧的好坏将直接影响蒸汽温度、 压力及蒸汽质量的稳定， 如果燃烧不当还要影响锅炉安全， 影响锅炉运行效率。因此在锅炉运行时应注意以下几点： (1) 应根据锅炉负荷、蒸汽压力及温度、燃烧压力的变化，及时而正确地调节燃料量和风量。 (2) 要严密注意紫外线火焰监测器动作是否灵活，如果发现应迅速加以处理，在此期间，锅炉应停 运，不能再次点火，直至紫外线火焰监测器恢复正常。 (3) 应在锅炉安全可靠运行的基础上，提高锅炉的经济性，要减少热损失，提高锅炉运行效率。在 燃烧调整时，要注意以下几点： a、 合理调节入炉风量，保持炉膛内的过量空气系数，无论是大火还是小火状态均在 1.2 左右。 b、 在合理调节最佳风量基础上，还要合理调整锅炉燃料量，以达到最佳燃料量，降低化学不完全 燃烧热损失。 c、 应经常观察炉膛内火焰的颜色及火焰形状，判明炉膛内燃烧情况。 d、 要时常注意锅炉烟囱排烟情况，如有冒黑烟，说明燃烧调整不当，应重新加以燃烧调整。 3． 锅炉蒸汽干度的测量与监督。 锅炉蒸汽干度直接影响锅炉注汽和稠油采收率的提高，因此在锅炉运行过程中，要定时对锅炉的 给水和蒸汽进行化学分析，具体测量的方法见《蒸汽干度测量》 ，如果超出所允许的蒸汽干度范围 就应重新调整锅炉燃烧加以纠正。第六节一． 锅炉的停炉锅炉停炉和停炉保养锅炉停炉分为正常停炉和紧急停炉，无论是哪一种停炉，都必须严格按操作规程进行操作，否则 将会给锅炉带来不可估量的损失，严重的话甚至危及人身安全。 1． 正常停炉 （1）锅炉因负荷减小，或检修等原因而有计划地停炉称为正常停炉，正常停炉的特点是锅 炉由高温高压状态向完全冷却过渡。为了防止停炉中各部件冷热不均而发生泄漏和损坏， 故停炉操作如下： (2) 减低锅炉负荷，同时调整锅炉燃烧 (3) 应将锅炉从大火状态过渡到中火――小火状态，直至全部关闭。同时锅炉风机风量大 小与泵排量大小也应根据锅炉缓慢冷却的原则来定。 (4) 停炉后锅炉应缓慢冷却，经过 4－6 小时之后才能打开人孔门。进行自然通风，同时锅 炉出口介质温度也应缓慢冷却，冷却到 80℃时，应保持一段时间，而后才能冷却到锅 炉的给水温度。 (5) 锅炉完全冷却后，应将锅炉炉水放尽。 2． 紧急停炉 当锅炉运行过程中发生事故时，如果不立即停炉，就有扩大事故，危及人员与设备安全的可能， 因此必须立即停止锅炉运行，这叫紧急停炉。 锅炉运行过程中遇到下列情况，必须紧急停炉。 (1) 锅炉给水泵损坏，使锅炉无法供水 (2) 锅炉安全阀失效 (3) 锅炉蒸汽压力也超过工作压力，安全阀已在排气，燃烧已经减弱，并采用加强锅炉给水等 措施后，蒸汽压力仍继续上升。 (4) 锅炉炉墙倒塌，锅炉外壳已烧红等严重威胁锅炉安全运行。 (5) 锅炉受压元件损坏，危及人身及设备安全。 紧急停炉的操作步骤： （1）切断燃料来源，严防燃料进入炉膛，同时减少风机风量。 (2) 打开人孔门强行进行通风，但应注意操作安全。 (3) 打开锅炉安全阀排气 (4) 若锅炉以严重缺水而紧急停炉时，严禁向锅炉供水，以防止因缺水而过热的受热面着水 后产生急剧的应力变化，造成更大的事故。 二． 锅炉的停炉保养 锅炉停炉期间，受热面完全暴露在空气中，氧气腐蚀很严重。锅炉一旦运行在高温下会加剧 腐蚀，管壁减薄，影响锅炉受压元件强度和寿命。所以锅炉停炉后应及时采取保养措施。 根据停炉时间的长短，常采用压力保养、湿式保养和干式保养三种。 (1) 压力保养： 利用锅炉中余压（0.05～0.1MPa）进行，炉水温度在 100℃以上，使炉水中既无氧，又可 以阻止空气通入炉管内。可采用定期加热来保证蒸汽的温度和压力。 这种方法适用于停炉时间不超过一星期。 (2) 湿式保养： 利用一定浓度的碱性溶液与炉管内表面金属接触， 使金属表面形成碱性保护膜， 来防止金 属腐蚀，通常用氢氧化钠、碳酸钠和磷酸三钠配制保护溶液。具体做法如下： a、 锅炉停炉后，先向炉管内充灌已预先溶解好溶液的软化水，将炉管充满。 药剂的用量按表４－１进行 表４－１ 3 药 剂 名 称 药剂用量（公斤／米 水溶液） 氢氧化钠（NaOH） 2～5 碳酸钠 （Na2CO3） 10～20 磷酸三钠 ( Na3PO4—12H2O) 5～10ｂ、湿式保养期间，应经常做外部检查，并定时化验炉水碱度；发现碱度下降，应查明 原因及时处理，并补加碱液。 ｃ、湿式保养，锅炉运行时，应将炉水全部放掉，重新上软化水。 湿式保养这种方法通常用于停炉时间不超过一个月。 （３）干式保养 利用干燥剂吸湿，使锅炉内部金属保持干燥，以防止腐蚀。通常采用生石灰或无水 氯化钙作干燥剂。 具体做法如下： ａ、将炉管内的水垢、炉管外表面的烟灰清扫干净，再利用微火将炉管烘干。 ｂ、将装有生石灰或无水氯化钙的无盖木盆或铁盒放入炉膛内或烟道内。干燥剂的用量：块 ３ ３ 状生石灰：2～3Kｇ／Ｍ （炉管内容积）无水氯化钙：1～2 Kｇ／Ｍ （炉管内容积） ｃ、严密关闭锅炉所有阀门，人孔及烟道门，使锅炉与外界个绝，防止外界潮气侵入。 ｄ、保养期间，没隔１～２个月检查一次干燥剂的情况。 ｅ、停炉期间超过三个月时，除用干燥剂防腐外，在炉管外表面清除烟灰之后，还应在炉管外 表明涂刷红丹。并在锅炉附件和阀门处涂油脂保养。 干式保养这种方法适用于停炉时间超过一个月长期保养。 三．锅炉运行事故的处理及预防 在锅炉运行过程中，因锅炉受压元件、安全附件或辅助设备发生事故或损坏，以及因运行 人员失职或违反操作规程，使锅炉受到损伤及不正常停炉，称为锅炉事故。 1． 锅炉事故及处理 锅炉发生以下严重事故，不能继续运行，否则将可能严重损坏设备或危机运行人员安全 应时，迅速按紧急停炉操作步骤进行停炉。 （１） 、锅炉缺水，产生干烧现象。 （２） 、辐射段、对流段管子破裂。 （３） 、锅炉发生燃气爆炸现象。 （４） 、锅炉绝热保温层裂缝、倒塌或外壁筒体有烧红现象。 （５） 、对流段受热面有二次燃烧现象。 （６） 、锅炉监察仪表损坏，无法监察锅炉正常运行。 2． 锅炉缺水事故及处理 锅炉缺水是指锅炉给水流量低于额定整定流量，产生这种现象的原因可能是： （１） 、锅炉给水管道、蒸汽管道产生严重堵塞现象 （２）