蒸汽鍋爐工作原理、分類、結(jié)構(gòu)
工作原理
鍋爐是一種利用燃料燃燒后釋放的熱能或工業(yè)生產(chǎn)中的余熱傳遞給容器內(nèi)的水，使水達(dá)到所需要的溫度（熱水）或一定壓力蒸汽的熱力設(shè)備。它是由“鍋”（即鍋爐本體水壓部分）、“爐”（即燃燒設(shè)備部分）、附件儀表及附屬設(shè)備構(gòu)成的一個完整體。
鍋爐在“鍋”與“爐”兩部分同時進(jìn)行，水進(jìn)入鍋爐以后，在汽水系統(tǒng)中鍋爐受熱面將吸收的熱量傳遞給水，使水加熱成一定溫度和壓力的蒸汽，被引出應(yīng)用。在燃燒設(shè)備部分，燃料燃燒不斷放出熱量，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^熱的傳播，將熱量傳遞給鍋爐受熱面，而本身溫度逐漸降低，最后由煙囪排出。
蒸汽鍋爐的分類
蒸汽鍋爐按照燃料可以分為電蒸汽鍋爐、燃油蒸汽鍋爐、燃?xì)庹羝仩t等；按照構(gòu)造可以分為立式蒸汽鍋爐、臥式蒸汽鍋爐，小型蒸汽鍋爐多為單、雙回程的立式結(jié)構(gòu)，大型蒸汽鍋爐多為三回程的臥式結(jié)構(gòu)。
按出口蒸汽壓力分為：低壓鍋爐（P〈2.45MPa）、中壓鍋爐（3.8〈P〈5.8MPa）、高壓鍋爐（5.9〈P=12.6MPa）、超高壓鍋爐（12.7〈P=15.8MPa）、亞臨界鍋爐（15.9〈P=18.3MPa）、超臨界鍋爐（22.115〈P〈30MPa）、超超臨界鍋爐＞30MPa。
蒸汽鍋爐按照燃料可以分為電蒸汽鍋爐、燃油蒸汽鍋爐、燃?xì)庹羝仩t等；按照構(gòu)造可以分為立式蒸汽鍋爐、臥式蒸汽鍋爐，小型蒸汽鍋爐多為單、雙回程的立式結(jié)構(gòu)，大型蒸汽鍋爐多為三回程的臥式結(jié)構(gòu)。
立式雙回程結(jié)構(gòu)
立式燃油燃?xì)庹羝仩t采用燃燒機(jī)下置方式，二回程結(jié)構(gòu)，燃料燃燒充分，鍋爐運行穩(wěn)定；煙管內(nèi)插有擾流片，減緩排煙速度，增加換熱量，鍋爐熱效率高，降低用戶使用成本。
臥式三回程結(jié)構(gòu)
臥式蒸汽鍋爐為鍋殼式全濕背順流三回程煙火管結(jié)構(gòu)，火焰在大燃燒室內(nèi)微正壓燃燒，完全伸展，燃燒熱負(fù)荷低，燃燒熱效率高，有效地降低了排煙溫度，節(jié)能降耗，使用經(jīng)濟(jì)。波形爐膽和螺紋煙管結(jié)構(gòu)，既提高了鍋爐的吸熱強(qiáng)度，又滿足了換熱面受熱膨脹的需要，科學(xué)合理，經(jīng)久耐用。
臥型煙管式三回路鍋爐工作示意圖
臥型煙管式三回路鍋爐結(jié)構(gòu)圖
鍋爐的一般構(gòu)造
1 鍋:
“鍋”即是鍋爐容納不各蒸汽的受壓部件,它包括鍋筒(汽包)或鍋殼,水冷壁管,對流管束,煙管,下降管,集箱,過熱器,省煤器等受壓部件組成.由此而組成完整的水和蒸汽的系統(tǒng),進(jìn)行加熱和汽化等過程.
2 爐:
“爐”是由燃燒設(shè)備,爐墻,爐拱和鋼架等部分組成.它使燃料進(jìn)行燃燒產(chǎn)生灼熱煙氣,煙氣經(jīng)過爐膛和各段煙道向鍋爐受熱面放熱,最后從鍋爐尾部進(jìn)入煙囪排出.
3其他重要輔機(jī)：
碎煤機(jī)、輸煤裝置、送引風(fēng)機(jī)及管道、給水裝置、排污系統(tǒng)、水處理設(shè)備及管道、除塵及除灰系統(tǒng)、輸渣裝置、控制系統(tǒng)等
4附件儀表：
安全閥、水位計、壓力表、溫度表、流量計、壓力及水位聲光報警裝置、聯(lián)鎖保護(hù)裝置等。閥門主要有主汽閥、排污閥、止回閥等。
生活熱水和采暖雙系統(tǒng)
鍋爐燃油系統(tǒng)圖
鍋爐燃?xì)庀到y(tǒng)圖
生活熱水和采暖系統(tǒng)設(shè)計過程（一次系統(tǒng)）
生活熱水和采暖系統(tǒng)設(shè)計過程（二次循環(huán)系統(tǒng)）
有關(guān)熱值、重量單位的換算
1、1萬大卡=10000千卡（Kcal)=10000000卡（cal)=41858518.2焦耳（j)；
2、1萬大卡≌11.6千瓦（Kw) 例：24千瓦（Kw)的電鍋爐約等于2萬大卡的鍋爐；
3、1公斤=1千克=0.001噸，例：500公斤也就是通常說的0.5噸。
鍋爐選型計算以及工程計算所要遵循的相關(guān)規(guī)定和國家標(biāo)準(zhǔn)
1、《小型和常壓熱水鍋爐技術(shù)監(jiān)察規(guī)定》
2、《鍋爐房安全管理規(guī)程》
3、《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》
4、《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB/T50015-2003
5、《建筑給水排水設(shè)計手冊》
6、《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施（給水排水）》
7、《給水排水設(shè)計基本語標(biāo)準(zhǔn)》GBJ125-89
表1熱水用水定額
序號
建筑物名稱
單位
最高日用水定額(L)
使用時間(h)
1
住宅
有自備熱水供應(yīng)和沐浴設(shè)備
有集中熱水供應(yīng)和沐浴設(shè)備
每人每日
40～80
60～100
24
2
別墅
每人每日
70～110
24
3
單身職工宿舍、學(xué)生宿舍、招待所、培訓(xùn)中心、普通旅館
設(shè)公用盥洗室
設(shè)公用盥洗室、淋浴室
設(shè)公用盥洗室、淋浴室、洗衣室
設(shè)單獨衛(wèi)生間、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或定時供應(yīng)
4
賓館客房
旅客
員工
每床位每日
每人每日
120～160
40～50
24
5
醫(yī)院住院部
設(shè)公用盥洗室
設(shè)公用盥洗室、淋浴室
設(shè)單獨衛(wèi)生間
每床位每日
每床位每日
每床位每日
60～100
70～130
110～200
24
醫(yī)務(wù)人員
門診部、診療所
每人每班
每病人每次
70～130
7～13
8
療養(yǎng)院、休養(yǎng)所住房部
每床位每日
100～160
24
6
養(yǎng)老院
每床位每日
50～70
24
7
幼兒園、托兒所
有住宿
無住宿
每兒童每日
每兒童每日
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）
每顧客每次
每顧客每次
每顧客每次
40～60
60～80
70～100
12
9
理發(fā)室、美容院
每顧客每次
10～15
12
10
洗衣房
每千克干衣
15～30
8
11
餐飲廳
營業(yè)餐廳
快餐店、職工及學(xué)生食堂
酒吧、咖啡廳、茶座、卡拉OK房
每顧客每次
每顧客每次
每顧客每次
15～20
7～10
3～8
10～12
11
18
12
辦公樓
每人每班
5～10
8
13
健身中心
每人每次
15～25
12
14
體育場（館）
運動員淋浴
每人每次
25～35
4
15
會議廳
每座位每次
2～3
4
表2冷水計算溫度
地區(qū)
地面水溫度(℃)
地下水溫度(℃)
黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古的全部，遼寧的大部分，河北、山西、陜西偏北部分，寧夏偏東部分
4
6～10
北京、天津、山東全部，河北、山西、陜西的大部分，河北南部，甘肅、寧夏、遼寧的南部，青海偏東和江蘇偏北的一小部分
4
10～15
上海、浙江全部，江西、安徽、江蘇的大部分，福建北部，湖南、湖北東部，河南南部
5
15～20
廣東、臺灣全部，廣西大部分，福建、云南的南部
10～15
20
重慶、貴州全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陜西和甘肅秦嶺以南地區(qū)，廣西偏北的一小部分
7
15～20
各種能源熱值對比
名稱
熱值
熱效率
實際熱值
電熱水器
860kacl/度
×
95%
=
817 kacl/度
液化氣
10800 kacl/kg
×
85%
=
9180 kacl/kg
管道煤氣
6500 kacl/M3
×
85%
=
5525 kacl/M3
輕柴油
10200 kacl/kg
×
85%
=
8670 kacl/kg
熱泵
860 kacl/度
×
200%
=
1720 kacl/度
生物質(zhì)顆粒
4600 kacl/kg
×
92%
=
4232 kacl/kg
煤
6000 kacl/kg
×
85%
=
5100 kacl/kg
有關(guān)熱水鍋爐的取暖以及用水量計算公式
1、取暖耗熱量計算公式：
采暖標(biāo)準(zhǔn)：100w/m2
耗熱量公式= 100×總面積×860
1000
2、1t水升溫40℃所需耗熱量計算公式：
1T×1000L×40℃=40000kcal
例：比如用戶需要每小時5t水，那么所需鍋爐功率熱值就是5tX40000Kcal=200000Kcal。
3、適用于各種耗熱量損失的計算公式（比如大池等）：
Q=mc△t=?(這個問號代表水重量，以噸為單位）X1000LX3℃=?
例：10t大池每小時按溫降3℃計算：10T×1000L×3=30000kcal/h。所得每小時損耗熱量為3萬大卡，后面要把這個損失的熱量加回去。
運行成本分析計算公式
熱值÷燃料熱值÷熱效率×燃料單價=運行費用
例：
1、生物質(zhì)鍋爐熱效力為91.15%。
2、燃油鍋爐熱效力為85%。
3、生物燃料價格：1100元/噸。（視當(dāng)?shù)貎r格為準(zhǔn)）
柴油價格：7200元/噸。（視當(dāng)?shù)貎r格為準(zhǔn)）
4、生物質(zhì)燃料熱值：4600 kacl /kg 柴油熱值：10200kacl /kg。
以120萬大卡和60萬大卡熱水鍋爐為例運行費用計算：
生物質(zhì)顆粒鍋爐
取暖：1200000 kacl÷4600 kcal÷91.15%×1.1元=314元/時
供熱：600000 kacl÷4600 kcal÷91.15%×1.1元=157元/時
油鍋爐
取暖：1200000kacl÷10200kcal÷85%×7.2元=996元/時
供熱：600000kacl÷10200kcal÷85%×7.2元=498元/時
相關(guān)的工程計算例子（以生物質(zhì)顆粒熱水鍋爐為例）
1、客戶的實地情況：
（1）淋浴25個，5t的恒溫大池。
（2）7個取暖器，取暖面積180mm2（未知）
（3）高峰期按4小時計算
2、工程設(shè)計分析：
（1）淋浴用水量分析
已知該浴室有25個淋浴頭，每小時按客流量5個人計算，平均每個客戶用水量為70L/人，根據(jù)以上得知淋浴每小時的用水量為：
70L/人X 5人X 25個X 70%（使用率）=6125L/h=6.13t/h
（2）5t恒溫大池耗熱量分析：
待水溫加熱到38℃時候，由于熱量流失，所以需要持續(xù)加溫，按每小
時溫度下降3℃計算。
根據(jù)熱水熱負(fù)荷公式：Q=mcΔt
Q=5t X 1000L X 3℃=15000Kcal/h
(3)取暖耗熱量計算：
采暖標(biāo)準(zhǔn)：100w/m2
耗熱量公式= 100×總面積×860
1000
得10000平取暖：100×180×860=15480kcal
1000
根據(jù)以上綜合分析：
以1t水升溫40℃所需耗熱量為：1T×1000L×40℃=40000kcal
計算得：
1、5t恒溫大池跟淋浴用水量以及供暖所需總熱量為275680 kcal，推薦用戶選用30萬大卡熱水鍋爐。
3、運行成本分析
生物質(zhì)鍋爐運行費用（鍋爐全年12個月正常運行，每天全負(fù)荷運行8小時 ）
煤鍋爐熱效率按照91%計算，生物質(zhì)燃料熱值為4600kcal/kg,每公斤燃料價格1元/kg（以當(dāng)?shù)貎r格為準(zhǔn)）。
熱值÷燃料熱值÷熱效率×燃料單價=運行費用
（1）熱水運行成本分析：
275680kcal÷4600 kcal÷91 %×1元=65元/時
275680kcal÷40000kcal/T=6.9t
一噸水升溫40℃，所需要的運行成本為：
65元÷7T=9元/t。
蒸汽鍋爐選型計算以及成本運營計算簡略
毫無疑問，熱水鍋爐的選型以及成本運營計算還是比較簡單的。而且大部分也可以套用公式，實在不知道的也可以依據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗去做一個評估。
反觀蒸汽鍋爐的計算，就要稍微麻煩一點。因為除非客戶他自己知道他實際需要多大的蒸發(fā)量鍋爐，你直接給他配過去，這就是很省事了。但有一個前提就是連客戶他自己都不知道一個大概，所以相對應(yīng)的選型計算就要你實地去查看一下才有個底，不然光聽他說個大概，估計自己也不好做出判斷。
但蒸汽鍋爐的用量也可以轉(zhuǎn)換成熱水鍋爐去計算。
這里遵循一個原則就是“蒸發(fā)量1t的蒸汽鍋爐它的熱值就相當(dāng)于60萬大卡熱水鍋爐”。所以要確定客戶所需要的蒸發(fā)量多少，首先了解客戶需要用到蒸汽的設(shè)備是多大功率的，再以所有設(shè)備的總功率去換算成大卡，根據(jù)那個原則就可以計算出這些設(shè)備需要多少蒸汽了。
相對應(yīng)的運營成本也可以完全按照上述熱水鍋爐的效率來計算出來。
