锅炉蒸汽的工作原理和计算

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、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。

蒸汽锅炉工作原理、分类、结构

工作原理

 

锅炉是一种利用燃料燃烧后释放的热能或工业生产中的余热传递给容器内的水，使水达到所需要的温度（热水）或一定压力蒸汽的热力设备。它是由“锅”（即锅炉本体水压部分）、“炉”（即燃烧设备部分）、附件仪表及附属设备构成的一个完整体。

　　锅炉在“锅”与“炉”两部分同时进行，水进入锅炉以后，在汽水系统中锅炉受热面将吸收的热量传递给水，使水加热成一定温度和压力的蒸汽，被引出应用。在燃烧设备部分，燃料燃烧不断放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度逐渐降低，最后由烟囱排出。

蒸汽锅炉的分类

蒸汽锅炉按照燃料可以分为电蒸汽锅炉、燃油蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉等；按照构造可以分为立式蒸汽锅炉、卧式蒸汽锅炉，小型蒸汽锅炉多为单、双回程的立式结构，大型蒸汽锅炉多为三回程的卧式结构。

 

按出口蒸汽压力分为：低压锅炉（P〈2.45MPa）、中压锅炉（3.8〈P〈5.8MPa）、高压锅炉（5.9〈P=12.6MPa）、超高压锅炉（12.7〈P=15.8MPa）、亚临界锅炉（15.9〈P=18.3MPa）、超临界锅炉（22.115〈P〈30MPa）、超超临界锅炉＞30MPa。

 

蒸汽锅炉按照燃料可以分为电蒸汽锅炉、燃油蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉等；按照构造可以分为立式蒸汽锅炉、卧式蒸汽锅炉，小型蒸汽锅炉多为单、双回程的立式结构，大型蒸汽锅炉多为三回程的卧式结构。

立式双回程结构

立式燃油燃气蒸汽锅炉采用燃烧机下置方式，二回程结构，燃料燃烧充分，锅炉运行稳定；烟管内插有扰流片，减缓排烟速度，增加换热量，锅炉热效率高，降低用户使用成本。

卧式三回程结构

卧式蒸汽锅炉为锅壳式全湿背顺流三回程烟火管结构，火焰在大燃烧室内微正压燃烧，完全伸展，燃烧热负荷低，燃烧热效率高，有效地降低了排烟温度，节能降耗，使用经济。波形炉胆和螺纹烟管结构，既提高了锅炉的吸热强度，又满足了换热面受热膨胀的需要，科学合理，经久耐用。

卧型烟管式三回路锅炉工作示意图

卧型烟管式三回路锅炉结构图

锅炉的一般构造

1 锅:

“锅”即是锅炉容纳不各蒸汽的受压部件,它包括锅筒(汽包)或锅壳,水冷壁管,对流管束,烟管,下降管,集箱,过热器,省煤器等受压部件组成.由此而组成完整的水和蒸汽的系统,进行加热和汽化等过程.

2 炉:

“炉”是由燃烧设备,炉墙,炉拱和钢架等部分组成.它使燃料进行燃烧产生灼热烟气,烟气经过炉膛和各段烟道向锅炉受热面放热,最后从锅炉尾部进入烟囱排出.

3其他重要辅机：

碎煤机、输煤装置、送引风机及管道、给水装置、排污系统、水处理设备及管道、除尘及除灰系统、输渣装置、控制系统等

4附件仪表：

安全阀、水位计、压力表、温度表、流量计、压力及水位声光报警装置、联锁保护装置等。阀门主要有主汽阀、排污阀、止回阀等。

 

锅炉选型计算以及运营成本运算

有关热值、重量单位的换算

1、1万大卡=10000千卡（Kcal)=10000000卡（cal)=41858518.2焦耳（j)；

2、1万大卡≌11.6千瓦（Kw) 例：24千瓦（Kw)的电锅炉约等于2万大卡的锅炉；

3、1公斤=1千克=0.001吨，例：500公斤也就是通常说的0.5吨。

锅炉选型计算以及工程计算所要遵循的相关规定和国家标准

1、《小型和常压热水锅炉技术监察规定》

2、《锅炉房安全管理规程》

3、《锅炉压力容器安全监察暂行条例》

4、《建筑给水排水设计规范》GB/T50015-2003

5、《建筑给水排水设计手册》

6、《全国民用建筑工程设计技术措施（给水排水）》

7、《给水排水设计基本语标准》GBJ125-89

 

表1热水用水定额

序号	建筑物名称	单位	最高日用水定额(L)	使用时间(h)
1	住宅 有自备热水供应和沐浴设备 有集中热水供应和沐浴设备	每人每日	40～80 60～100	24
2	别墅	每人每日	70～110	24
3	单身职工宿舍、学生宿舍、招待所、培训中心、普通旅馆 设公用盥洗室 设公用盥洗室、淋浴室 设公用盥洗室、淋浴室、洗衣室 设单独卫生间、公用洗衣室	每人每日 每人每日 每人每日 每人每日	25～40 40～60 50～80 60～100	24或定时供应
4	宾馆客房 旅客 员工	每床位每日 每人每日	120～160 40～50	24
5	医院住院部 设公用盥洗室 设公用盥洗室、淋浴室 设单独卫生间	每床位每日 每床位每日 每床位每日	60～100 70～130 110～200	24
	医务人员 门诊部、诊疗所	每人每班 每病人每次	70～130 7～13	8
	疗养院、休养所住房部	每床位每日	100～160	24
6	养老院	每床位每日	50～70	24
7	幼儿园、托儿所 有住宿 无住宿	每儿童每日 每儿童每日	20～40 10～15	24 10
8	公共浴室 淋浴 淋浴、浴盆 桑拿浴（淋浴、按摩池）	每顾客每次 每顾客每次 每顾客每次	40～60 60～80 70～100	12
9	理发室、美容院	每顾客每次	10～15	12
10	洗衣房	每千克干衣	15～30	8
11	餐饮厅 营业餐厅 快餐店、职工及学生食堂 酒吧、咖啡厅、茶座、卡拉OK房	每顾客每次 每顾客每次 每顾客每次	15～20 7～10 3～8	10～12 11 18
12	办公楼	每人每班	5～10	8
13	健身中心	每人每次	15～25	12
14	体育场（馆） 运动员淋浴	每人每次	25～35	4
15	会议厅	每座位每次	2～3	4

表2冷水计算温度

地区	地面水温度(℃)	地下水温度(℃)
黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北部分，宁夏偏东部分	4	6～10
北京、天津、山东全部，河北、山西、陕西的大部分，河北南部，甘肃、宁夏、辽宁的南部，青海偏东和江苏偏北的一小部分	4	10～15
上海、浙江全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部，湖南、湖北东部，河南南部	5	15～20
广东、台湾全部，广西大部分，福建、云南的南部	10～15	20
重庆、贵州全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃秦岭以南地区，广西偏北的一小部分	7	15～20

各种能源热值对比

名称	热值		热效率		实际热值
电热水器	860kacl/度	×	95%	=	817 kacl/度
液化气	10800 kacl/kg	×	85%	=	9180 kacl/kg
管道煤气	6500 kacl/M3	×	85%	=	5525 kacl/M3
轻柴油	10200 kacl/kg	×	85%	=	8670 kacl/kg
热泵	860 kacl/度	×	200%	=	1720 kacl/度
生物质颗粒	4600 kacl/kg	×	92%	=	4232 kacl/kg
煤	6000 kacl/kg	×	85%	=	5100 kacl/kg

有关热水锅炉的取暖以及用水量计算公式

1、取暖耗热量计算公式：

采暖标准：100w/m²

耗热量公式= 100×总面积×860

1000

2、1t水升温40℃所需耗热量计算公式：

1T×1000L×40℃=40000kcal

例：比如用户需要每小时5t水，那么所需锅炉功率热值就是5tX40000Kcal=200000Kcal。

3、适用于各种耗热量损失的计算公式（比如大池等）：

Q=mc△t=?(这个问号代表水重量，以吨为单位）X1000LX3℃=?

例：10t大池每小时按温降3℃计算：10T×1000L×3=30000kcal/h。所得每小时损耗热量为3万大卡，后面要把这个损失的热量加回去。

运行成本分析计算公式

热值÷燃料热值÷热效率×燃料单价=运行费用

例：

1、生物质锅炉热效力为91.15%。

2、燃油锅炉热效力为85%。

3、生物燃料价格：1100元/吨。（视当地价格为准）

柴油价格：7200元/吨。（视当地价格为准）

4、生物质燃料热值：4600 kacl /kg 柴油热值：10200kacl /kg。

以120万大卡和60万大卡热水锅炉为例运行费用计算：

生物质颗粒锅炉

取暖：1200000 kacl÷4600 kcal÷91.15%×1.1元=314元/时

供热：600000 kacl÷4600 kcal÷91.15%×1.1元=157元/时

油锅炉

取暖：1200000 kacl÷10200 kcal÷85%×7.2元=996元/时

供热：600000 kacl÷10200 kcal÷85%×7.2元=498元/时

 

相关的工程计算例子（以生物质颗粒热水锅炉为例）

1、客户的实地情况：

（1）淋浴25个，5t的恒温大池。

（2）7个取暖器，取暖面积180mm²（未知）

（3）高峰期按4小时计算

2、工程设计分析：

（1）淋浴用水量分析

已知该浴室有25个淋浴头，每小时按客流量5个人计算，平均每个客户用水量为70L/人，根据以上得知淋浴每小时的用水量为：

70L/人X 5人X 25个X 70%（使用率）=6125L/h=6.13t/h

（2）5t恒温大池耗热量分析：

待水温加热到38℃时候，由于热量流失，所以需要持续加温，按每小

时温度下降3℃计算。

根据热水热负荷公式：Q=mcΔt

Q=5t X 1000L X 3℃=15000Kcal/h

(3)取暖耗热量计算：

采暖标准：100w/m²

耗热量公式= 100×总面积×860

1000

得10000平取暖：100×180×860=15480kcal

1000

根据以上综合分析：

以1t水升温40℃所需耗热量为：1T×1000L×40℃=40000kcal

计算得：

1、5t恒温大池跟淋浴用水量以及供暖所需总热量为275680 kcal，推荐用户选用30万大卡热水锅炉。

3、运行成本分析

生物质锅炉运行费用（锅炉全年12个月正常运行，每天全负荷运行8小时 ）

煤锅炉热效率按照91%计算，生物质燃料热值为4600kcal/kg,每公斤燃料价格1元/kg（以当地价格为准）。

热值÷燃料热值÷热效率×燃料单价=运行费用

（1）热水运行成本分析：

275680kcal÷4600 kcal÷91 %×1元=65元/时

275680kcal÷40000kcal/T=6.9t

一吨水升温40℃，所需要的运行成本为：

65元÷7T=9元/t。

蒸汽锅炉选型计算以及成本运营计算简略

毫无疑问，热水锅炉的选型以及成本运营计算还是比较简单的。而且大部分也可以套用公式，实在不知道的也可以依据相关的经验去做一个评估。

反观蒸汽锅炉的计算，就要稍微麻烦一点。因为除非客户他自己知道他实际需要多大的蒸发量锅炉，你直接给他配过去，这就是很省事了。但有一个前提就是连客户他自己都不知道一个大概，所以相对应的选型计算就要你实地去查看一下才有个底，不然光听他说个大概，估计自己也不好做出判断。

但蒸汽锅炉的用量也可以转换成热水锅炉去计算。

这里遵循一个原则就是“蒸发量1t的蒸汽锅炉它的热值就相当于60万大卡热水锅炉”。所以要确定客户所需要的蒸发量多少，首先了解客户需要用到蒸汽的设备是多大功率的，再以所有设备的总功率去换算成大卡，根据那个原则就可以计算出这些设备需要多少蒸汽了。

相对应的运营成本也可以完全按照上述热水锅炉的计算方法得出。