摘要：在科学技术高速发展的今天，锅炉的使用愈加广泛，能否提升锅炉的运行效率，是电热厂生产效益的关键所在。本文通过对锅炉发展与工作原理的分析，对锅炉运行效率的影响因素做出评价，旨在为新型锅炉的发展与制造提供一种新的思路。
关键词：锅炉；运行效率；评价策略
1 锅炉的发展现状
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，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅炉蒸汽发生器是用于通过向水施加热能来产生蒸汽的装置，并且在低到中压（1-300psi或6.895-2，068.42kPa）下工作。锅炉或蒸汽发生器用于需要蒸汽源的地方，结构和尺寸取决于应用环境，诸如蒸汽机车、便携式发动机和蒸汽动力道路车辆的移动蒸汽发动机通常使用相对于机车整体部分来说较小的锅炉，固定蒸汽机、工业设备和发电站通常具有通过管道连接到使用点的较大单独的蒸汽发生设施。锅炉是蒸汽发动机的组成部件，需要单独处理，因为在某种程度上各种发电机可以与各种锅炉单元组合。锅炉包括燃烧室或炉以燃烧燃料和产生热量，产生的热量被传递到水中以产生蒸汽而沸腾。产生饱和蒸汽的速率可以根据沸水以上的压力而变化，炉温越高，蒸汽产生越快。这样产生的饱和蒸汽可以立即用于通过涡轮机和交流发电机产生动力或者可以进一步过热至更高的温度，减少了悬浮的水含量，使得给定体积的蒸汽产生更多的功并产生更大的温度梯度，这有助于降低形成冷凝的可能性。然后可以将燃烧气体中的剩余热量排空或使其通过节能器，节能器的作用是在给水到达锅炉之前加热给水。
2 锅炉的工作原理
锅炉的热源是燃烧几种燃料中的任何一种，例如木材、煤、油或天然气，核裂变也用作产生蒸汽的热源。热回收蒸汽发生器（HRSG）使用从诸如燃气涡轮机的其它过程排出的热量，固体燃料燃烧为了创造火焰的最佳燃烧特性，需要通过炉篦上方提供空气。大多数锅炉现在依靠机械牵引设备，而不是自然通风。这是因为自然通风受到外部空气条件和离开炉的烟道气的温度以及烟囱高度的影响。所有这些因素使得有效的排气难以实现，因此使得机械牵伸设备更加经济。有三种类型的方法来诱导通风，第一种是加热烟囱的排放效应，其中烟道气比锅炉周围的环境空气密度小。环境空气的更密集的柱迫使燃烧空气进入并通过锅炉。第二种方法是通过使用蒸汽喷嘴，沿烟道气流方向定向的蒸汽喷射器或喷射器引导烟道气进入烟囱，并允许更大的烟道气速度增加炉中的排气量。第三种方法是简单地使用引风机（ID风扇），其将烟道气从炉子中吸出并且向上排放。几乎所有的引风机都具有负压。强制通风通过风扇（FD风扇）和管道工作迫使空气进入炉子获得通风。空气经常通过空气加热器，其加热进入炉中的空气，以便提高锅炉的总效率。阻尼器用于控制进入炉的空气量，强制通风炉通常具有正压力。平衡排风是通过使用诱导和强制通风获得的，这对于较大的锅炉更常见，其中烟道气必须通过许多锅炉通道行进长距离。引风机与强制通风扇结合使用，使炉内压力保持略低于大气压。
锅炉目标是使热流尽可能完全地从热源到水，水被限制在由火加热的受限空间中，产生的蒸汽具有比水低的密度，因此将在容器中的最高水平积累，其温度将保持在沸点，并且将仅随着压力增加而增加。在这种状态下与在锅炉内蒸发的液态水平衡的蒸汽被称为饱和蒸汽。来自锅炉的饱和蒸汽可能含有夹带的水滴，然而精心设计的锅炉将提供干饱和蒸汽，具有非常少的夹带水。继续加热饱和蒸汽将使蒸汽达到过热状态，在该状态下蒸汽被加热到高于饱和温度的温度，并且在该条件下不存在液态水。大多数往复式蒸汽机使用饱和蒸汽，然而现代蒸汽发电厂通常使用过热蒸汽，这允许更高的蒸汽循环效率。
3 锅炉运行效率的评价策略
3.1 锅炉给水品质
锅炉给水品质一般从锅炉水的酸碱度和含气量两个方面的指标来进行衡量。
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锅炉给水中的离子含量决定着炉水的酸碱度，同时也影响着蒸汽的品质。通过使给定量的水过热，可以产生更大量的蒸汽。由于火在比其产生的饱和蒸汽高得多的温度下燃烧，可以通过使其过热并将悬浮在其中的水滴转化成更多的蒸汽，大大降低水消耗，从而将更多的热传递到一次形成的蒸汽。若锅炉给水中离子含量过高，蒸汽中的杂质含量也就更多，蒸汽的品质也就大大降低了。过多的蒸汽杂质会在过热器受热面管壁上积垢，从而降低过热器传热能力，过热器传热能力的降低会使排烟温度升高，最终降低了锅炉的运行效率。过热器的工作原理就像空调机组上的线圈，使空气到不同的一端。蒸汽管道被引导通过锅炉炉中的烟气路径，该区域通常在1，300-1，600℃（2，372-2，912°F）之间。一些过热器是辐射型的，通过热辐射吸收热量，另一些是对流型，通过流体吸收热量气体，一些是两者的组合。因此，无论通过对流还是辐射，锅炉烟气路径中的热都将加热过热器蒸汽管道和其中的蒸汽。当过热器中的蒸汽温度升高时，涡轮机或移动活塞提供连续膨胀空间，并且压力保持与锅炉的压力相同。另外，积垢情 况严重时，甚至能够使管壁温度超过极限温度，烧损管壁。如果盐垢沉积在汽轮机 的通流部分，就会减小蒸汽的流通面积，增加汽轮机叶片的表面粗糙度，增大了流通阻力，影响机组整体的安全、经济运行。锅炉给水需要尽可能纯净，含有较少量的悬浮固体和溶解的杂质，会导致腐蚀、起泡和水携带。多年来，研究人员已经采用了各种化学处理，使用泡沫改性剂，作为水的表面上的过滤毯，显著净化蒸汽质量。锅炉给水脱盐的最常见的选择是反渗透（RO）和离子交换（IX）。
3.2 热损失
造成排烟损失的主要影响因素是排烟温度和排烟容积。排烟损失与排烟温度成正比，排烟温度每增加十至十五度，排烟损失就会增加百分之一。过热蒸汽的过程最重要的是设计成去除夹带在蒸汽中的所有液滴，以防止损坏涡轮叶片和相关管道。过热蒸汽使蒸汽体积膨胀，这允许给定量的蒸汽产生更多的功率。能够造成排烟温度升高的原因有：漏风、受热面结渣积灰、火焰中心偏高、煤种的不当选用等因素。其中漏风是造成排烟温度升高和排烟容积增大的主要原因，也是排烟热损失的 直接原因之一。当全部液滴被消除时，蒸汽被称为处于过热状态。火车机车锅炉中，这需要使饱和蒸汽通过悬挂在大直径火管内的小直径管道，使其与离开火箱的热气体接触，饱和蒸汽从头部向后流向火箱，然后再次前进到头部。由于汽缸和蒸汽箱中的运动部件的过热和润滑的问题，许多锅炉加热水直到其沸腾，然后在饱和温度下使用蒸汽。换句话说，在给定压力、饱和蒸汽下的水仍然含有大比例的悬浮液。饱和蒸汽已经被发动机直接使用，但是由于悬浮的水不能膨胀并且做功和工作意味着温度下降，大量的工作流体与用于产生它的燃料一起被浪费。炉膛、空预器和烟道等部位的积灰都会严重影响到受热面的传热 效果，过多的积灰会减少工质或送风吸收的热量，排烟温度也将大幅地升高，从而 降低锅炉的运行效率。
4 总结与展望
在热电工业与经济的不断发展，人们的生产与生活都要求获得更为稳定、可靠的电力供应，这种形势下，锅炉的高高效运行就极为重要。本文通过对锅炉的现状进行了简要介绍与分析，然后对锅炉的运行效率的评价及改善方案进行了阐述。通过对于以上内容的探讨，使热电工业技术的发展速度又上了一个新的台阶，这也让人们认识到通过对能源进行高效利用，能够使人们的生活水平大幅提高，对于科学技术的进步具有深远的意义。
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作者简介：
祝朝阳（1988-10），男，汉，单位：国网能源神华和丰煤电有限公司
论文作者:祝朝阳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/3/28
标签：蒸汽论文; 锅炉论文; 温度论文; 排烟论文; 效率论文; 空气论文; 热量论文; 《电力设备》2017年第2期论文;