基础知识教材2

《工业锅炉封闭循环相变供热系统》

简明基础知识

陕西桥上桥锅炉容器制造有限责任公司 2014.12.1

工业锅炉封闭循环相变供热系统学习资料

一、能源与环境

专家学者经调研分析认为，能源是造成地表破环、环境污染的罪魁祸首。化石能源（煤、石油、天然气的统称）在世界能源结构中占主导地位，我国也不例外。因为化石能源的开发，首先需要耗费能源，需要向地表深处或抽取，这个过程要破坏地表、破坏原来稳定的地质结构。能源开采时还产生大量的废渣，海上采油也可能会出现原油污染海洋。地质的破坏常造成矿区地表塌陷和局部小规模地震。废弃矿区的复原需要花费大量的人力、物力和时间。能源利用过程中，产生大量固态或气态污染。尤其，燃烧烟气严重污染大气环境。

保护大气环境，控制烟气排放总量，是我国政府履行国际义务和国民经济可持续发展的需要。所以，慎用能源，提高能源利用率，通过技术创新运用先进供热技术节约能源，保护环境意义十分重大。 二、时代背景

能源人类社会发展的重要物质基础。改革开放以来，我国经济社会飞速发展，社会面貌发生了翻天覆地的改变，人民生活水平显著提高，令世人瞩目赞叹。但是这一切都伴随着能源的巨大消耗。2012年的资料表明，我国能源消耗占全球能源消耗的21.3%，能源消费总量达36亿吨标准煤，使我国能源消耗和温室气体排放总量均超过全球的五分之一，成为世界第一。 大面积雾霾天气与城市环境污染恶化，因环境污染而造成人们健康水平的下降已成为关乎民生的大问题。频发的雾霾已经影响了每个人的生活，降低了每个人的生活品质。严重的雾霾触及了每个人基本的权利和根本利益。这一严酷的现实引起了全社会普遍高度关注和焦虑。

能源与环境还涉及社会、政治、外交和经济诸多方便，这里不再赘述。中国政府针对环境恶化问题及时推出了以节能减排为目标的政策和法规，发出了治污减霾的动员令，调整产业结构，淘汰落后产能。国家在能源结构方面，着力加大天然气在能源结构中的比重，采取各种措施拓宽天然气供应链。在全国范围内，城市和民用能源遂步去煤实现天然气化。同时，遂年加大可再生能源在总能耗中的比例。我们完全相信，举国上下通过数10年的努力，我们的生存环境一定会改观。

2014年9月23日的联合国气候峰会上，习近平的特使国务院副总理张高丽代表中国政府宣布：2020中国的碳排放强度比2005年下降40%-50%的目标。这是一个大国应承负的国际责任和义务，也是中国经济社会实现可持续发展和生态文明的目标。调整优化能源结构是中国政府的必然抉择，这是中国政府的动员令。我们能源领域的科技工作者和企业家有责任替国分忧，我们有志气、有能力为实现这一伟大目标尽职尽责。

调整优化能源结构实现低碳经济的进程，也为独具慧眼有远见卓识的企

业和企业家带来巨大商机。已有准备的企业和企业家一定会在这一历史的进程中，担负起产业报国的重任，把握时机再以新能源为主要先进能源工业体系中选中目标，奋力拼搏在新兴产业的发展中有所作为和建树。 三、民用能源的天然气化势在必行 为了改善日趋恶化的大气环境，我国制定能源的中长期规划中指出，城市民用能源天然气化，除大规模开发本国天然气资源外，还从国外购进大量天然气。天然气相对于而言属清洁能源，但和煤相比能源成本要高出一倍以上。从节约来之不易和有限的天然气资源，降低用能成本的基点出发，提高能源利用率是相关企业家和科技工作者的历史重任。我们桥上桥有责任有能力在节能减排保护环境的伟大历史使命中有所作为。 四、锅炉

1、什么是锅炉

锅炉是把燃料中的化学能、原子能、电能、太阳能通过液态介质转换成高温流体（液态或气态）的能源转化装置。通常的锅炉是将燃料燃烧后产生的热能，转换一定压力和温度的蒸汽或热水。 2、锅炉的分类

锅炉的分类较为复杂，按用途分：有工业锅炉、电站锅炉和生活锅炉；用于工业生产的锅炉统称为工业锅炉，用于发电的锅炉称电站锅炉，用于居民生活的锅炉称为生活锅炉。但大、中型采暖也称工业锅炉，用于小工业的1整吨以下的蒸汽锅炉也叫生活锅炉。按蒸发量分类，蒸发量小于20t/h的锅炉称为小型锅炉，蒸发量为20-75t/h的锅炉称为中型锅炉，蒸发量大于75t/h的锅炉称为大型锅炉，目前世界上最大的锅炉已达6000t/h。按蒸汽压力分为：低压锅炉（P ＜2.5MPa ）、中压锅炉（22.5MPa ＞P ＜4.0MPa ）、高压锅炉（4.0MPa ＜P=10MPa）、超高压锅炉（10MPa ＜P=13.7MPa）、亚临界锅炉（13.7MPa ＜P=16.7MPa）、目前已有工作压力高达27Mpa 的超临界锅炉。按燃烧分类：有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉和生物质锅炉（木材、蔗渣、稻壳）。就燃煤锅炉还分层燃锅炉、流化床锅炉、煤粉锅炉和水煤浆锅炉。按本体结构或燃烧形式分就更为复杂如火管锅炉、水管锅炉、直流锅炉、流化床锅炉等。

工业锅炉额定压力在0.4Mpa-3.82Mpa 。额定出力在2-75t/h。层燃锅炉的热效率在65-82%，燃气燃油锅炉的热效率在92%上下。

我公司开发的水煤浆循环流化床锅炉热效率高达84%。在无天然气供应的区域，水煤浆循环流化床锅炉应是首选。

1、热量单位：1千克水温度升高1℃所需要的热量为1千卡。

1焦耳=0.239卡；1卡=4.18焦耳；1千焦耳=239卡；1千卡=4180焦耳；1兆瓦=1000千瓦；1千瓦=860大卡

英文代码：焦（J ） ； 大卡（千卡）：kcal ；千焦：KJ ； 兆瓦：MW 2、蒸发量：蒸汽锅炉每小时生产的蒸汽质量。锅炉每小时产生1吨蒸汽称1蒸吨，简称1吨，1蒸吨≈60万大卡。

3、热水锅炉、开水锅炉出力俗称的“吨”标定功率是不规范的，但在生活锅炉行业已形成“行话”，在这时，1吨≈90KW 。

4、压力：压力一般以“公斤”为单位，即1公斤/cm²

1公斤压力≈0.1兆帕 英文代码即：1kg/ cm²≈0.1Mpa 压力为负值时即为真空度。 5、各种燃料的热值

燃料的热值是指燃料完成燃烧后所产生的热量。以下是常用的各种燃料的热值：烟煤：2600-8000大卡/公斤（kcal/kg）；无烟煤：5000-8600大卡/公斤。煤炭因产地和矿区的不同，其热值有很大的差异。 天然气：8000-9500大卡/标立方米（kcal/Nm³）

液化石油气：21000-25500大卡/标立方米（kcal/Nm³） 城市煤气：2500-4000大卡/标立方米（kcal/Nm³） 柴油：10000-10500大卡/公斤 6、锅炉的热效率

层燃锅炉：55-80%；燃油锅炉：75-85%；燃气锅炉：80-95% 7、沸腾与汽化 一般状态下，液体中个别分子从它表面逸出，叫做自然蒸发。水被加热，温度升高，在其表面有水汽跑出，这就是蒸发，温度升高，蒸发越快。水被加热到某一温度（如100℃）时，内部分子运动大大加快，从而处在沸腾状态，继续加热，温度不断提高，水蒸发为同温度的蒸汽，这就是汽化，这一温度就是沸点。锅炉就是利用燃料燃烧放出的热量使水加热、沸腾、汽化，并在锅筒的容汽空间把蒸汽积聚起来，形成一定压力后送往使用场所。 8、饱和水和饱和蒸汽

在常压下，即1个绝对大气压下，水的沸点近100℃，随压力的提高，沸点也提高，水在某一压力下的沸点就是该压力下的饱和温度，处在沸腾状态下的水称为饱和水，蒸汽称为饱和蒸汽，尚未达到沸点的水称为非饱和水，在锅炉的工作状态下，锅筒下部充满的是饱和水，上部充满的是饱和蒸汽。

9、蒸汽的凝结

蒸汽遇冷后会放出热量，在这种情况下，过热蒸汽的温度降到饱和温度就成了饱和蒸汽。饱和蒸汽遇冷会逐渐变为水，这就是蒸汽的凝结。由此得到的水称为凝结水。在烘房中利用蒸汽烘燥产品时，蒸汽通过散热放出热量，就变成凝结成水。 10、水和蒸汽的焓

以1个绝对大气压为基准，把1公斤水加热到某一温度，或者转变为某一压力、温度下的蒸汽。必然要耗费一定的热量，如果没有任何热损失，这就是水或蒸汽所包含的热量称为焓。单位用大卡/公斤表示。一个大卡的热量就相当于在常压下1公斤水升高1℃所需的热量。所以，水的焓再说数值上就等于（严格的讲就是接近于）水的温度值。

水加热转变成汽的过程分为两个阶段：一是提高温度，一直到饱和温度为止，二是温度不变而汽化，1公斤水从0℃加热到饱和温度所耗用的热量，就是该压力下饱和水的焓，也称饱和蒸汽的焓，饱和蒸汽热焓等于显热和潜热之和。

过热蒸汽的焓还要加上过热所需的热量，湿蒸汽的焓小于干饱和蒸汽的焓，差值决定于蒸汽的干度和汽化热的高低。

举例来说，在3个表压也就是4个绝对大气压下，水从0℃加热到143℃即达沸点，耗去的热量为143.7大卡/公斤，这就是显热；从饱和水到饱和蒸汽要吸收510.0大卡/公斤的热量，这就是潜热。在此压力下，干饱和蒸汽的热焓为143.7+510.0=653.7大卡/公斤。如果蒸汽干度为0.95，也就是汽化热只有0.95×510.0=484.5大卡/公斤，这时，蒸汽的热焓应为143.7+0.95×510.0=628.2大卡/公斤。

饱和和干饱和和蒸汽的热力性质表

13、蒸汽特性

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压力在25公斤力/厘米以下水蒸气特性见《饱和和干饱和蒸汽的热力性质表》从表中可以看见如下规律： （1）压力越高，饱和温度越高。

（2）压力越高，饱和蒸汽的焓也越高，但差距越来越小。 （3）压力越高，显热，即饱和水的焓也高。 （4）压力越高，潜热，即汽化热反而降低。 （5）压力越高，比容越小，密度越大。 六、水质处理

锅炉用水水源有地表水(江水、河水) 和地下水（井水）两类。水中所含的杂质，除泥沙等悬浮物外，主要有溶解的盐类和气体。这些杂质进入锅炉后有三大危害：一是使锅炉受热面结垢；二是导致金属腐蚀；三是引起锅筒内汽水沸腾。

未处理的水直接用于锅炉，会增加燃料消耗、降低蒸汽品质、威胁安全运行并缩减锅炉寿命。过去由于小型锅炉的结构比较简单，受热面的蒸发强度不高，容易清洗，因而对水处理要求不高。随着小型锅炉趋向采用小巧紧凑的结构和大量布置水冷壁管，提高受热面的蒸发强度，水质处理问题日益显得重要。实际情况表明，由于水质差是锅炉运行效率不高，煤炭浪费和不时发生的爆管，受热面过热变形等事故的一个重要原因，是水质不符要求，受热面严重结垢。 1、水垢的形成及危害

盐类溶解于水中在数量上有一定的限度，随着水的蒸发汽化，盐类浓度增加，某些盐类在温度升高时溶解度也会下降，还有些盐类相互作用而形成难容的化合物。这些都使钙镁等盐类从锅中析出，并在水蒸发的过程沉积在金属表面，这些沉淀物就是水垢。水垢大都是多种化合物的混合体，成分很复杂。一般可分为硫酸盐水垢、碳酸盐水垢和硅酸盐水垢。不同的水垢其硬度和导热性不一。硅酸盐水垢最坚硬，难于清楚，其导热系数仅为0.07～0.2大卡/米. 时. ℃。相对而言，碳酸盐水垢，较松软，导热系数约为0.2～5.0大卡. 时. 。。硅酸盐水垢介于二者之间。 水垢的危害主要表现在：

（1）水垢附着在受热面，热阻增大引起金属过热产生变形，危及锅炉运行安全。结垢以后传热恶化，迫使受热面金属壁急剧升高。工作压力13公斤

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力/厘米的锅炉，炉膛温度1000℃，无垢时水冷壁管的金属温度一般约200℃以上，如有3毫米的水垢，壁温将升高到500℃以上，钢材强度下降到原来的1/4～1/5,结果使受热面金属变形烧坏。

（2）由于受热面管子结垢，水循环阻力增加，特别是当同一循环回路中某一部分管子结垢严重时，就成为薄弱环节，最后水循环的稳定性遭到破坏，导致爆管等事故。

（3）浪费燃料：金属壁上结了水垢，导热极差，热阻增加，传热恶化。烟气的热量不能有效地为水所吸收，造成排烟温度升高，热损失增加，燃料浪费。一般来说，每结有1毫米厚的水垢，要浪费3～5%的燃料。

（4）出力降低：由于水垢影响传热，使受热面的蒸发强度下降，而达不到原有的锅炉出力。

（5）结垢以后必须停炉清洗，这非但浪费人力、物力、影响正常生产，且由于多次采用机械或化学方法除垢而使金属受损，缩短锅炉寿命。 2、水处理方法简介

消除水中杂质对锅炉的危害，贯彻预防为主的原则，就要对给水处理进行处理，包括清楚悬浮物、软化、除盐和除氧等。为清除悬浮物和胶体物质，通常采用静置沉淀、凝聚和过滤等办法。凝聚剂有硫酸铝和氧化铝等，在过滤器中所用的过滤介质有石英石、焙烧过的白云石给水的软化处理有物理水处理法和化学水处理法两种。

化学水处理法有锅内加药、石灰软化和离子交换三类。给水的除氧主要有热力除氧、真空除氧、解析除氧和化学除氧等几种。

七、为什么桥上桥研发的《工业锅炉封闭循环相变供热系统》能免装除氧器

在常规供热工程中锅炉要配置除氧器，出去锅炉给水的氧和二氧化碳，避免氧腐蚀。而《工业锅炉封闭循环相变供热系统》能免装除氧器原因有二： 1、系统为全封闭运行，外界空气无法进入系统。 2、系统在运行前经抽真空排除系统内空气。 3、系统补水量极少，（仅为蒸发量的0.4％）。 八、锅炉消烟除尘 目前，工业锅炉排放出来的烟尘，已成为城市污染大气的最大根源之一。从锅炉排放出来的烟尘可分为两种：一种是由于不完全燃烧而形成的黑烟，其颗粒度为0.05～1微米；另一种是烟气中夹带出的飞灰，包括未燃尽的炭粒，颗粒较大，一般在5～100微米以上。如果锅炉没有烟气净化装置，这部分烟尘就由烟囱排入大气，造成严重的空气污染，影响城市环境卫生，同时也影响企业的产品质量。对锅炉机组来说，还会造成水冷壁、对流排管、过热器、省煤器、空气预热器及引风设备的严重磨损。所以要保护和改善环境卫生，维护人民身体健康，节约燃料，保证锅炉安全经济运行，就必须对锅炉的消烟除尘工作，予以足够重视。 九、供热管网

1、供热管网的现状

供热管网有热水系统、热油系统、蒸汽系统、热水系统主要用于采暖。热油系统主要用于工业生产的高温供热，火力发电采用高温高压的过热蒸汽热网系统。化工、造纸等工业行业一般采用低压蒸汽，其工作温度一般在130℃～180℃左右。

2、现有蒸汽供热管网存在的问题

大、中型蒸汽管网设有钠离子交换器，除氧器对水质进行软化和除氧，从而避免锅炉内部结水垢和氧腐蚀。另外，供热管网还设有凝结水回收系统，其回收率达到60%左右，较好的解决了热损失问题，但一部分装置较复杂，软化水需要消耗氯化钠，除氧需要消耗一部分蒸汽，另外还需要专门的操作人员和化验设备。

小型蒸汽锅炉问题更为严重，水处理条件差，操作不规范，导致锅炉本体受热面积结垢达5毫米以上，通过调研，开式蒸汽供热系统管理较好的供热系统蒸汽热能利用率可达50%，差的仅为30%左右。 现有蒸汽供热系统运行剖析。（这一部分论述请参照产品样本）

工业锅炉蒸汽供热系统广泛地用于化工、只要、食品、轻纺、烟草、啤酒等工业行业和城市宾馆、医院。目前，中小型蒸汽用户多为开式供热系统，其供热技术落后，加之人们对蒸汽这种无形的生产资源认识模糊，甚至认识蒸汽跑冒和冷凝水流失是正常现象，致使热能利用率低下，浪费相当严重。

这种能源的无效耗损也造成环境污染。

综上所述和实地调查表明现有开式供热系统热能利用率在30%～40%左右甚至更低。有的热能户把用热设备排出的冷凝水送回锅炉补水箱，这种简单的方式只能回收一小部分热量，而大部分热量还是损失掉。

各国科技人员致力于提高蒸汽供热系统热能利用率。日本、美国、德国在20世纪70年代中期相继研究成功密闭高温冷凝水回收系统。80年代北京、大连、沈阳、重庆、绵阳都推出了各具特色的高温冷凝水回收技术及产品并推广应用，把用户的热能利用率提高25%以上。但该技术领域还存在有待解决的缺陷限制了大面积的推广应用，致使高温冷凝水回收技术的应用仅占蒸汽热用户的5%还不到。其主要原因如下：

1、现有技术未能解决冷凝水在回收过程中受污染，使回收的冷凝水不能达到工业锅炉水质标准。

2、由于疏水阀缺乏及时维护故障率高影响回收系统正常运行。

3、现有技术未能解决系统中存在的氧和二氧化碳的腐蚀，系统中氧和二氧化碳的存在不但腐蚀设备、管道，而且影响热交换。 十、关于系统中的专用锅炉系统

《工业锅炉封闭循环相变供热系统》为什么要配置专用锅炉系统原因有二：

温度高达120℃～150℃的凝结水进入省煤器，高温水汽化产生气堵和水击，使锅炉振动危害锅炉运行，使锅炉无法运行。除非配置沸腾式的蛇形管省配器。

高温水和烟气温差小，致使锅炉本体效率下降3.5%。只有配置专用锅炉系统才能避免锅炉本体效率下降。 如用户选用其他品牌锅炉，在选用前通知我公司，我公司可提供专利许可和技术支持，忠实维护用户利益。

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