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供热锅炉
第五章
第五章
. 供热锅炉
供热锅炉
锅炉是利用燃料或其它能源的热能，把工质加热到一定参数的换热设备。
锅炉是供热之源。锅炉及锅炉房设备的任务，在于安全、可靠、经济有效
地将燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，以产生热水或蒸汽
。我们把用于动力、发电方面的锅炉，叫做动力锅炉；把用于工业及采暖
方面的锅炉，称为供热锅炉，通常称为工业锅炉。
• 锅——管束、水冷壁、集箱和下降管等组成
的一个封闭的汽水系统；
锅炉本体
• 炉——煤斗、炉排、炉膛、除渣板、燃烧器
等组成的燃烧设备。
• 安全辅助设备——安全阀、压力表、温度计、
水位报警器、排污阀、吹灰器等。
• 运煤除灰系统
辅助设备
• 通风系统
• 水汽系统
• 仪表控制系统
1-锅筒；2-炉排；
3-蒸气过热器；
4-省煤器；
5-空气预热器；
6-除尘器；
7-引风机；8-烟囱；
9-送风机；10-给水泵；
11-皮带输送机；
12-煤仓；
13-刮板除渣机；
14-灰车
锅炉房设备简图
• 1.燃烧的准备阶段
燃料的燃烧过程
• 2.燃料的燃烧阶段
• 3.燃尽阶段
高温烟气
烟气向工质的传热过程
辐射
辐射换热
水冷壁
对流
水的吸热、汽化、过热过程
水处理
省煤器
锅炉给水
加压
工质
（蒸汽过热器）
水冷壁
汽水分离装置
过热蒸汽
汽水混合物
预热
对流管束
（汽包）
饱和水
（锅筒）
• 锅炉的分类方法很多，主要按照：
锅炉用途、水循环方式、锅炉结构、出口工质压力、燃
烧方式等方法进行分类。
• 见表5-1
锅炉分类表
主要指标：
锅炉容量、蒸汽或热水参数、受热面蒸发率或
发热率、锅炉热效率
用于区别各类锅炉构造、燃用燃料、燃烧方式、
容量大小、参数高低汽水流动方式以及运行经济
性等特点
容量
锅炉的容量又称锅炉的出力，是锅炉的基本特性参数，
对于蒸汽锅炉用蒸发量表示，对于热水锅炉用热功率
表示。
1、额定蒸发量——蒸汽锅炉铭牌上标示的蒸发量；
蒸汽锅炉热功率
Q  0.000278D(iq  igs )
热水锅炉热功率
Q  0.000278G(ics  i js )
2、额定热功率
蒸汽（或热水）参数
• 锅炉产生的蒸汽参数，是指锅炉出口处蒸汽的额定压力（表
压）和温度。
• 对生产饱和蒸汽的锅炉，只标明蒸汽压力；
• 对生产过热蒸汽的锅炉，需标明压力和过热蒸汽温度；
• 对热水锅炉来说，需标明出水压力和温度。
• 蒸汽锅炉出汽口处的蒸汽额定压力或热水锅炉出水口处热水
的额定压力称为锅炉的额定工作压力，又称最高工作压力，
单位为MPa。
受热面蒸发率或发热率、金属耗率
• 每平方米受热面每小时所产生的蒸汽量，称为锅炉受热面蒸发率，
用符号D/H表示，单位是kg/(m2·h)
• 标准蒸发率以Dbz/H表示
Dbz 
D(iq  igs )
2676
103
• 热水锅炉每小时每平方米受热面所产生的热量称为受热面的发热
率，用符号Q/H表示，单位是kJ/(m2·h)——反映锅炉工作强度。
• 金属耗率是指相应于锅炉每吨蒸发量所耗用的金属材料的质量，
工业锅炉这一指标为2~6t/t 。
锅炉热效率、煤水比或煤汽比、耗电率
• 锅炉的热效率是指送进锅炉的燃料完全燃烧时所能放出的热量中
有百分之多少被用来产生蒸汽或加热水或其它工质；
• 锅炉热效率是指锅炉有效利用热量与单位时间内锅炉的输入热量
的百分比，也称为锅炉效率
• 以符号η来表示，是表明锅炉热经济性的指标 。
• 运行中常用煤水比或煤汽比来表示，即锅炉在单位时间内的耗标
煤量和该段时间内循环水量或产汽量之比，粗略衡量蒸汽锅炉的
热经济性 。
锅炉型号
• 不同的燃料因其性质各异，需采用不同的燃烧方式。
燃料的燃烧特性与锅炉构造、运行操作以及锅炉工作
的经济性有着密切的关系。因此，了解锅炉燃料的分
类、组成、特性以及分析这些特性在燃烧过程中所起
的作用具有重要意义。
• 燃烧计算包括燃料燃烧所需提供的空气量、燃烧生成
的烟气量和空气及烟气焓计算。燃烧计算的结果，为
锅炉的热平衡计算、传热计算和通风设备选择计算提
供可靠的依据。
• 1、燃料的元素分析成分
• 燃料是多种物质组成的混合物，主要成分有碳、氢、氧、氮、硫、
灰分和水分等。
• 2、分析基准
•
•
•
•
收到基
空气干燥基
干燥基
干燥无灰基
燃料不同基成分换算系数表
换算公式：欲求基成分＝已知基成分×换算系数
• 工业锅炉用燃料分为三类：
• 固体燃料—烟煤，无烟煤，褐煤，泥煤，油页岩，煤矸
石，垃圾燃料，生物质燃料等；
• 液体燃料—重油，渣油，柴油等；
• 气体燃料—天然气，人工燃气，液化石油气等。
煤的燃烧特性
• 煤的燃烧特性主要指煤的发热量、挥发分、焦结性和灰
熔点，它们是选择锅炉燃烧设备、制定运行操作规程和
进行节能改造等工作的重要依据。
• 一、煤的发热量
• 二、挥发分
• 三、焦结性
• 四、灰熔点
液体燃料的燃烧特性
燃油锅炉的燃料多用重油，重油是石油炼制加工工艺
中提取轻质馏分——汽油、煤油和柴油后的重质残余物
的总称，是燃料油中密度最大的一种油品。一般是由常
压重油、减压重油和裂化重油等按一定比例调和制成。
一、发热量（Q）
二、粘度
三、凝固点
四、闪点
五、燃点（着火点）
六、爆炸极限
气体燃料的燃烧特性
气体燃料通常按获得的方式分类：天然气体燃料
人工气体燃料
天然气体燃料的主要成分是甲烷，主要有天然气、煤田气、
油田气。
人工气体燃料主要有气化炉煤气、焦炉煤气、高炉煤气、油
制气、液化石油气，是指以煤或石油产品为原料，经过
各种加工方法而产生的燃气。
水煤浆燃料的燃烧特性
• 水煤浆是一种经济、洁净、可替代石油和天然气的液体
燃料和化工燃料。它是一种将一定颗粒分别的煤粉分散
于水介质中，制成高浓度的煤/水分散体系。
• 它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有像石油一样的
流动性和稳定性，在运输、储存、泵送等方面和雾化燃
烧的调节控制等方面等方面都十分近似于石油。
• 燃烧水煤浆可以显著提高煤炭的燃烧效率，减少对环境
的污染。
生物质固体燃料的燃烧特性
• 生物质固体燃料，是指由生物质直接或间接产生的燃料。
• 主要成分是纤维素、半纤维素、木质素。
• 固体生物质燃料通常有两种分类：一是按生长源和来源分
类，主要分为木质生物质、草本生物质、果实生物质以及
上述生物质的掺合物和混合物四大类；二是按贸易时主要
商品形式分类，包括木块、木丸、木片、圆木、锯屑、树
皮、禾草包、拱曲燃料、压榨橄榄油后的渣饼等10类。
• 利用方式：直接燃烧、固化成型、与煤混燃(生物煤)与固
态氧化剂混合成新型燃料。
垃圾燃料的燃烧特性
• 垃圾中有机可燃物主要有:厨余、塑料、纸张及棉布、
化纤、杂草、落叶、废橡胶为主。
• 燃烧过程通常由热分解、熔融、蒸发和化学反应等传热、
传质过程所组成。
• 燃烧方式：蒸发燃烧，分解燃烧，表面燃烧。
• 生活垃圾的燃烧过程是蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧
的综合过程。
• 锅炉热平衡是基于能量和质量守恒定律，研究在稳定工况下锅炉
的输入热量和输出热量及各项热损失之间的关系。
• 为了全面评定锅炉的工作状况，必须对锅炉进行测试，这种实验
称为锅炉的热平衡(或热效率)实验。实验的目的在于掌握和弄清
楚锅炉燃料的热量在锅炉中的利用情况，求出锅炉的热效率和燃
料消耗量，寻求提高锅炉热效率的途径。
锅炉在正常稳定的运行工况下建立的锅炉热量收、支平衡
关系，称为“热平衡”。
 Q1  Q2  Q3  Q4  Q5  Q6
百分数表示法： q1  q2  q3  q4  q5  q6  100%
锅炉热平衡方程： Qr
锅炉效率：
gl  q1  100  (q2  q3  q4  q5  q6 )
锅炉的输入热量：
Qr  Qnet ,ar  ir  Qzq  Qwl
ir  car tr
• 锅炉热效率可用热平衡实验方法测定，测定方法有正平
衡实验和反平衡实验两种。热平衡实验必须在锅炉稳定
的运行工况下进行。
• 一、正平衡法
• 正平衡实验按式 q  Q1 100%
1
Qr
进行，锅炉效率为输出热量即有效利用热量占燃料输入锅
炉热量的份额。
• 对于蒸汽锅炉，每小时有效吸热量按下式计算：
Qgl  D(iq  igs ) 103  Dps (i ps  igs ) 103
• 热水锅炉和油载热体锅炉，每小时有效吸收热量:
Qgl  G(i " i ') 103
二、反平衡法
• 在实际实验过程中，往往测出锅炉的各项热损失，应用
gl  q1  100  (q2  q3  q4  q5  q6 )
来计算锅炉的热效率，这种方法称为反平衡法。
国家标准规定，锅炉热效率测定应同时采用正平衡法和
反平衡法，其值取两种方法测得的平均值。
在设计一台新锅炉时，必须先根据同类型锅炉运行经验选定q3，q4
及q5，再根据选定的排烟温度和过量空气系数以及燃料的灰分，计算出
q2及q6的数值，然后求出锅炉效率。
1、固体不完全燃烧热损失q4--在固体燃料燃烧过程中，是由于进入炉膛的
燃料有一部分没有参与燃烧或未燃尽而被排出炉外引起的热损失。
2、气体不完全燃烧热损失q3--烟气中残留的CO，H2，CH4等可燃气体未释
放出燃烧热就随烟气排出所造成的热损失。
3、排烟热损失q2与灰渣热损失q6--排烟所带走的热量损失,灰渣所带走的
热量损失;
4、散热损失q5--锅炉炉墙、金属构架及汽水管道、烟风道等的表面,形成
锅炉的散热损失。
三、锅炉的毛效率及净效率
• 不扣除锅炉自用蒸汽和辅机设备耗用动力折算热量的效率，
称为锅炉的毛效率。通常所说的锅炉效率，指的都是毛效
率。
• 锅炉净效率是在毛效率的基础上扣除锅炉自用汽和电能消
耗后的效率  j 。
 j  gl  
燃料的燃烧计算，就是计算燃料燃烧时所需的空气量
和生成的烟气量，以及烟气和空气的焓。
• 1、燃烧所需空气量
• 2、燃烧生成烟气量
• 3、烟气和空气的焓
锅炉的燃烧设备是锅炉的重要组成部分。不同的燃
烧方式所采用的燃烧设备也不完全相同。目前，国产供热
锅炉常用的燃烧设备有层燃炉，包括链条炉排炉、往复推
饲炉排炉、抛煤机炉；流化床炉，包括循环流化床锅炉；
室燃炉，包括燃油锅炉、燃气锅炉和水煤浆锅炉等。
• 燃烧特点
• “单面引火”
阶段是沿炉排长度自前至后，
连续顺序地完成；
• 燃烧过程具有区段性，并具有
分区配风的运行模式；
链条炉结构简图
图 6-5 链条炉结构简图
1-煤斗；2-煤闸门；3-炉排；4-主动链轮；5-分区送风
分为预热干燥区、挥发物析出
燃烧区、焦炭燃烧还原区
和灰渣形成区。
仓 6-防渣箱；7-看火孔及检查门；8-除渣板（老鹰铁）
1-煤斗；2-煤闸门；3-炉排
9-渣斗 10-灰斗
4-主动链轮；5-分区送风仓
6-防渣箱；7-看火孔及检查门
8-除渣板；9-渣斗；10-灰斗
定义：
固体粒子经气体或液
体接触而转变为类似流
体状态的过程，称为流
化过程。流化过程用于
燃料燃烧，即为沸腾燃
烧，其炉子称为沸腾炉
或流化床炉。
循环流化床炉结构简图
循化流化床炉的工作过程及特点
优点：
1、燃料适应性广
2、燃烧效率高
3、保护环境易于实现
灰渣综合利用
缺点：
1、结构和系统复杂
2、投资和运行费用较高
典型风帽式布风装置结构简图
1-风帽；2-隔热层；3-花板；
4-冷渣管；5-风室
一、燃油锅炉
• 以燃用重油为主
• 控制调节全自动化
• 保证燃油迅速而完全燃烧，需配有良好的雾化和合理的
配风；
• 油燃烧器：由油喷嘴和调风器组成
二、燃气锅炉
• 气体燃料有城市煤气、天燃气、液化石油气和沼气；
• 清洁环保；
• 燃烧过程简单，所需的时间较短，所需要的炉膛容积小；
• 燃烧需要大量的空气
水煤浆锅炉系统流程图
• 特点：
• 控制自动化、即开即停、
• 场所洁净、环保排放
• 运行成本低
• 采用雾化喷燃技术
• 全部采用管道流态输送和雾化
• 水煤浆燃料的燃烧效率和燃尽
率高
水煤浆燃烧器示意图
主要是指过热器、省煤器和空气预热器
过热器
作用：将饱和蒸汽加热成具有一
定温度的过热蒸汽。
1-锅筒；2-进口集箱；3-蛇形管；
4-中间集箱；5-出口集箱；6-夹紧箍
垂直式蒸气过热器结构简图
省煤器
作用：
利用锅炉尾部低温烟气的热量来加热
锅炉给水降低锅炉排烟温度，提高
锅炉的热效率，节燃料的消耗量。
分类：
按制造材料分：铸铁省煤器和钢管省
煤器
按给水被预热的程度分：沸腾式和非
沸腾式
铸铁省煤器安装组合简图
1-省煤器进水口；2-铸铁连
接弯头；3-铸铁鳍片管
空气预热器
作用：加热燃烧空气和降低排烟温度，从而起到强化燃烧、强化传热、
提高锅炉效率和提供固体燃料制粉系统的干燥剂和输送介质的作用。
分类：按传热方式分为导热式和再生式两类
1-烟管管束
2-管板
3-冷空气入口
4-热空气出口
5-烟气入口
6-膨胀节
7-空气连通罩
空气预热器结构简图
8-烟气出口
辅助受热面积灰、磨损和低温腐蚀
1、受热面积灰：使受热面热阻增大，吸热量减少，以致排烟温度升高，
排烟热损失增加，热效率降低。积灰严重时，烟气流动阻力增大，
引风机电耗增大甚至出力不足。
解决方法：选择合理的烟气速度，布置高效的吹灰装置。
2、金属磨损：使受热面管壁减薄，强度降低，最终将导致泄露或爆管。
解决方法：选择合理的烟气流速，采用合理的结构和布置，加装防
磨装置，或涂抹防磨涂料。
3、低温腐蚀：水蒸气在受热面上冷凝会引起氧腐蚀，硫酸蒸气的凝结
液与金属接触则发生酸腐蚀。
解决方法：燃料脱硫，提高金属壁温，避免结露。
• 锅炉的烟风系统流程：
送风机→空气预热器→配风装置→炉膛→过热器→省
煤器→空气预热器→除尘脱硫装置→引风机→烟囱。
（一）通风方式
锅炉通风可以分为自然
通风和机械通风
常用的机械通风方式：
一、负压通风
二、平衡通风
三、正压通风
图 6-22 平衡通风沿程的风压变化图
平衡通风沿程风压变化图
（三）送引风机选择
（二）烟风道阻力计算
1、烟道阻力
2、风道阻力
•
保证供热锅炉在既定的工作条件下，
满足锅炉全负荷运行时对烟、风流
量和压头的需要。
3、烟囱高度确定
• 有一定的性能裕度，保证安全。
• 选择风机和烟风道布置的一般要求有：
• 1、锅炉的送风机、引风机宜单炉配置。当需要集中配置时，每台锅
炉的风、烟道与总风、烟道连接处，应设置密封性好的风、烟道闸门。
• 2、单炉配置风机时，层燃炉风量的富裕量宜为10％，风压的富裕量
宜为20％。
• 3、集中配置风机时，送风机和引风机均不应少于2台，其中各有一台
备用，并应使风机能并联运行，并联运行后风机的风量和风压富裕量
和单炉配置时相同。
• 4、应选用高效、节能和低噪声风机。
• 5、应使风机常年运行中处于较高的效率范围。
• 锅炉烟、风道设计应符合下列要求：
• （1）应使烟、风道平直且气密性好，附件少且阻力小；
• （2）几台锅炉共用一个烟囱或烟道时，宜使每台锅炉的通风力均衡
• （3）宜采用地上烟道，并应在适当的位置设置清扫烟道的人孔；
• （4）应考虑烟道和热风退热膨胀的影响；
• （5）应设置必要的测点，并满足测试仪表及测点的技术要求。
1.锅炉大气污染物排放标准
（1）干式旋风除尘器
（2）湿式旋风除尘器
烟气除尘
（3）电除尘器
（4）袋式除尘器
2.锅炉烟尘的防治
（1）喷雾脱硫
烟气脱硫
（2）喷雾干燥脱硫
（3）脉冲放电烟气脱硫
原水

 水处理设备  除氧器  给水泵  省煤器  汽

饱和蒸汽
过热蒸汽
包 
 过热器 
 用户


下降管 对流管束


水冷壁

下集箱
锅炉汽水系统流程图
水和汽水混合物在锅炉蒸发受热
面回路中的循环流动，称为锅炉的水
循环。
由于水的密度比汽水混合物的大，
利用这种密度差所产生的水和汽水混
合物的循环流动，叫做自然循环；借
助水泵的压头使工质流动循环的叫强
制循环。
在供热锅炉中，除热水锅炉外，蒸
自然循环示意图
汽锅炉几乎都采用自然循环。
1-上锅筒；2-下集箱；
3-上升管；4-下降管
• 作用：
• 使饱和蒸汽中带的水有效地分离出来，提高蒸汽干度，满足用户的
需要。
• 分类：自然分离和机械分离
• 自然分离是利用汽水的密度差，在重力作用下使水、汽得以分离；
• 机械分离则是依靠惯性力、离心力和附着力等使水从蒸汽中分离出
来。
• 常用的汽水分离装置：
• 水下孔板、挡板、匀汽孔 板、集汽管、蜗壳式分离器、波纹板及
钢丝网分离器
一、水质标准
钠离子交换软化
二、水质处理方法
离子交换除碱
其他水处理方式
锅内加药
电渗析
反渗透
热力除氧
真空除氧
解吸除氧
化学除氧
三、水的除氧
P1 
连续排污
四、锅炉排污
Dps
D
100% 
Ags
Ag  Ags
100%
排污率
定期排污
P2 
S gs
S g S gs
100%
运煤系统
• 对耗煤量不大的锅炉房，可选用电动葫芦吊煤
罐和简易小翻斗上煤的运煤系统
• 对耗煤量较大的锅炉房，可选用单斗提升机、
埋刮板输送机或多斗提升机的运煤系统
人工除渣
除渣系统
• 1、刮板除渣机
• 2、螺旋除渣机
机械除渣
• 3、马丁除渣机
• 4、低压水力出灰渣
压力表
水位计
水位警报器
安全阀
温度计
锅炉疏放水管、排污管
一、提高燃烧及传热效率，减少热损失
•
1、提高燃烧效果——降低不完全燃烧热损失，富氧燃烧
• 2、提高传热效率——降低排烟热损失和散热损失
二、改善传热效果
•
1.合理布置受热面，避免烟气短路
•
2.保持受热面的内部清洁
三、提高运行管理
四、余热利用