【中華百科全書●工學●鍋爐】

楊籍富 發表於 2012-12-16 23:46:41

【中華百科全書●工學●鍋爐】 鍋爐，是一種將燃料之燃燒熱，傳播於水，而使其變成蒸汽的裝置。
 
其主要部分，有裝水與蒸汽所需之鋼板製容器，使燃料燃燒之裝置，以及火爐等。
 
此外，還有提高蒸汽溫度之過熱器與再熱器，回收廢氣餘熱之空氣預熱器與省煤器，確保運轉安全之安全閥及水位計等很多之附屬設備。
 
目前火管鍋爐裏應用較廣的回行人管鍋爐，上面圓形鍋鼓內裝有一定水位的水，燃料從燒火口用人工或機械鏟布於爐格條上燃燒，灰則落於灰坑，從出灰口清棄。
 
燃燒所需空氣由出灰口導入穿過爐條而進入燃燒室燃燒，出灰口可不加蓋，但通常裝有可調整風孔大小之蓋。
 
燃料燃燒所生之熱，一部分由燃燒室上面之鍋鼓所吸收，其餘部分隨著火焰，沿著鍋鼓底流至爐後，然後經鍋鼓內之許多小煙管流至爐前，將絕大部分之熱傳於水後，再出煙囪導棄於大氣中。
 
鍋爐鼓內之水吸收熱量後，溫度上升，便被周圍較冷之水擠至上部，同時部分變成蒸汽逸出水面，再經乾汽管去掉所帶之水分，然後從出汽管引出使用。
 
隨著水的蒸發，鍋鼓內之水位勢必降低，為維持一定水位，必須設一飼水管，由飼水泵不斷補充爐水，以供繼續蒸發之用。
 
同時由於清淨蒸汽的不斷導出應用，留在鍋鼓內之水的雜質濃度，也逐漸增高，因此經過某一段運轉時間後，必須由洩放管洩放適量之污水，以使鍋水濃度維持在規定以內。
 
鍋爐依照汽鍋之構造形式、水循環方式、加熱的方法及燃料種類，可分成火管鍋爐、水管鍋爐、特種鍋爐等三種。
 
一、火管鍋爐：又可分為：（一）火筒鍋爐，（二）回行火管鍋爐，（三）立式火管鍋爐，（四）火筒火管組合鍋爐等，雖遠比水管鍋爐便宜，但因其主要部分係由一大圓鼓所構成，容量有一定的限制，壓力亦很少超過每平方公分十公斤，此種鍋爐因容量小，加以由來已久，故多已製成標準形式；
 
其中將圓鼓橫置，中穿一支或二支圓筒，以燃燒燃料者為火筒鍋爐；
 
將圓鼓橫放，內裝很多小煙管者為回行火管鍋爐；
 
將圓鼓豎放者為立式火管鍋爐；
 
特用於火車者為機車鍋爐，在火筒鍋爐之後部或上部再加很多小煙管者為火筒火管組合鍋爐。
 
（一）火筒鍋爐：僅一支火筒者，稱為科尼士鍋爐，其傳熱面積約七至五十平方公尺；
 
如將橫穿之火筒改為二支，便為蘭卡夏鍋爐，其傳熱面積約五十至一百平方公尺；
 
火筒鍋爐因水部容積很大，故壓力變動小，加之蒸發面大，不易發生汽水共騰，同時清洗亦甚方便，故水質不須講究，此乃很早被廣用於工廠之理由；
 
惟加熱面少，蒸發量低，故新製者很少用。
 
（二）回行火管鍋爐：在鍋爐兩端管板間，裝有很多回行煙管，因此傳熱面積大增，蒸發量也大，效率亦相當高（百分之六十至七十），故在工廠及暖氣裝置上應用相當廣泛；
 
但因裝了煙管後，鍋鼓內清掃不便，故須使用較好的水質；
 
煙管通常使用外徑七十五至一百公厘者，傳熱面積十至一百六十平方公尺，傳熱面蒸發率每平方公尺每小時為十五至二十五公斤。
 
（三）立式火管鍋爐：構造簡單、便宜、安裝與運轉容易，以及占地面積少，為此種鍋爐之特點。
 
此種鍋爐雖效率很低（百分之四十至五十）但以一小型鍋爐而言，仍為小工廠以及一般土木、建築現場所普遍採用者。
 
此種鍋爐有橫管式與多管式兩種；
 
橫管式比例上傳熱面積少，故障亦少；
 
相反地，多管式傳熱面積大，接頭多，容易漏；
 
此種鍋爐傳熱面蒸發率約為每平方公尺十至十五公斤。
 
機車鍋爐本為火車專用之一種特別鍋爐，但因其占地少，安裝簡單，以及效率高（百分之六十五至七十五），所以除火車外，裝於地面使用者，仍然不少。
 
（四）火筒火管組合鍋爐：以回行火管鍋爐加以改良者為多，此種鍋爐只不過將回行火管鍋爐的外部燃燒室搬進鍋鼓內而已，但不僅改進了鍋爐效率，同時亦把耐火磚牆等省掉。
 
二、水管鍋爐：大都採用於大蒸發量者，可分為：（一）直管鍋爐，（二）曲管鍋爐，（三）輻射鍋爐，（四）控制循環鍋爐，（五）單程流通式鍋爐等。
 
（一）直管鍋爐：有一種好處，就是管直，管內容易清洗，所以在以前水處理不甚進步的時代，幾乎是水管鍋爐唯一的一種形式，但因其鍋鼓所能安裝之管數有限，且管壁需要很厚，雖然後來採用分節管集箱仍不免有不太理想的感覺，所以此種鍋爐雖在使用中者非常多，但以後已不再有人製造。
 
立式直水管鍋爐，可說為最原始者，但現今小型者仍有不少；
 
其分節管集箱鍋爐將很多直行水管接入兩端波型集箱，構成一個整節，再將多節並排，用連管接於一個汽水鼓而成；
 
水管與水平線約傾斜十五度，管內之水受熱後，向上移動，汽水鼓內之水向下，由波型集箱流進管內而完成循環；
 
水管的交叉方向都設有二道擋板，將其割成三個煙道，煙道氣體與鍋水約成逆流循環；
 
此種鍋爐自西元一八六七年在英國獲得專利以來，可說為一種最成功的鍋爐，但由於歷年來水處理方法進步，與其他多種鍋爐的問世，現已漸被淘汰。
 
由於最近飼水處理法進步，鍋內之水垢問題已沒有從前嚴重，於是另有新型的產品問世。
 
（二）曲管鍋爐：紛紛取代直管鍋爐，此種鍋爐水管，通常從半徑方向接入鍋鼓，這樣鍋鼓可接管的範圍加廣，同時厚度也可完全利用，不必特別加厚；
 
此外水管的配置可隨心所欲，以獲得加熱面的更有效應用。
 
（三）輻射鍋爐；
 
是用於火力發電等之鍋爐，隨著單位容量的增加與爐之加大，爐都以水管圍成，而由這些水管所吸收的輻射熱來完成全部的蒸發作用，現今大型鍋爐幾乎都是採用此種鍋爐形式者；
 
輻射鍋爐之燃燒氣體在進入第二煙道以前，都冷卻到攝氏一千度左右，然後由接觸傳導將餘熱之大部分傳給配置於第二煙道之過熱器、再熱器、省煤器及空氣預熱器等；
 
此等鍋爐之單位容量已有達每小時一千公噸以上者，汽水鼓中心距地面達四十公尺以上者很多，通常汽水鼓之水由數支裝於爐外之大降水管，引入爐牆水管下端之聯管箱，再由爐牆管上升至汽水鼓而完成循環。
 
（四）控制循環鍋爐；
 
是在大容量之火力發電公司設備系統，理論與經驗均充分的顯示，比採用高壓、高溫鍋爐要經濟得多，但當壓力高至每平方公分一百五十公斤以上時，由於飽和水與飽和蒸汽之密度相差很少，實際上能夠供給循環之壓力差，小得使自然循環路線的設計成為極端不經濟與不可能，因此便有強迫循環鍋爐問世，它可分為控制循環和單程流通式兩種。
 
（五）單程流通式鍋爐；
 
當控制循環之循環率降到循環泵所打出來的水量與蒸汽量一樣時，水在水管出口處已全部變為蒸汽，因此不須汽水分離裝置，同時汽水鼓也不要，而只是將水從管之一端打入，順次加熱，使其變成蒸汽及過熱蒸汽，而自管之另一端引出應用；
 
此種鍋爐不但在臨界壓力以下，有其優越條件，在臨界壓力以上更為必須採用之一種形式。
 
三、特種鍋爐：可分為廢熱鍋爐及特種燃料鍋爐；
 
對於特種熱源之吸收與燃燒，通常需有特殊之燃燒裝置，這種有特殊燃燒裝置與配置的鍋爐，往往被列為特殊鍋爐，即如下所述：（一）廢熱鍋爐：是利用蒸汽鍋爐以外之其他各種爐之廢氣的熱量來加熱者；
 
這種鍋爐之水管與煙道的配置，不僅須能使加熱面在相當低的溫度下，仍能產生最大的效果，同時還須能避免廢氣所含灰分沈積於加熱面，而妨礙傳熱效果。
 
因此，通常水管正面採用寬距離，氣體速度較慢，氣體流動方向，儘量使其與水管平行。
 
（二）特種燃料鍋爐：一般糖廠、紙廠以及林場等之副產品蔗渣、紙汁、木屑等，以其本廠而言，乃為最經濟之鍋爐燃料，對於此等燃料之燃燒，通常都配合有油燃燒器，或填加煤炭等，以加速引火，並穩定爐內之燃燒率；
 
此外為防止燃料所含硫分之侵襲，爐出口溫度在任何負載下，都須能高於露點溫度。
 
現代的大型鍋爐可分為強制循環鍋爐、控制再循環鍋爐、貫通式鍋爐及聯合循環鍋爐等。
 
一、強制循環鍋爐：白一九二五年以來，因採用高壓高溫蒸汽，使火力電廠之效率大為增進；
 
其早期之發展，所採用之壓力尚不太高，僅在一般自然循環之範圍以內謀求改善。
 
自然循環之汽水循環，僅依賴下水管與上升管中流體密度差所得之水壓而產生；
 
當鍋爐壓力增高，其飽和汽和水之密度差漸小，則其所得之可靠水壓亦愈小，直至臨界點；
 
當飽和蒸汽與水之密度相等，其自然循環亦等於零，為克服此種困難，強制循環鍋爐乃應運而生。
 
至於何種壓力才採用強制循環鍋爐，則尚無明白之規定；
 
通常每平方公分在一百二十五公斤壓力以內，自然循環有其顯著之優點，當鍋爐壓力增至每平方公分一百七十公斤以上時，鍋水不易在系統內自然循環，則以採用強制循環為佳。
 
至於鍋爐壓力高於臨界壓力每平方公分二百二十五公斤時，鍋爐內之汽水已無沸騰現象，於溫度到達攝氏三百七十四度時，瞬即變為蒸汽，則必須採用無汽水鼓之貫通式鍋爐。
 
二、控制再循環鍋爐：它仍有汽水鼓之裝置，於下水管下端設有定速加壓循環水泵，以使鍋爐水在蒸發器部分產生循環，其循環率較自然循環為少，約四至六公斤水產生一公斤蒸汽；
 
個別受熱系進水量之控制，則由不同尺寸之節流板司其事；
 
此種節流板能正確地調節每一管子之水流而不受爐膛溫度變化之影響。
 
此種鍋爐有以下之特性：（一）只要有適當的循環泵，均可得到同樣良好之循環。
 
（二）鍋爐未點火以前，亦可得到同樣良好之循環。
 
（三）分別設有節流板，其水量之分配與受熱量成正比。
 
（四）可使用較小較薄之爐管。
 
（五）急劇之負載變動時，有較穩定之水位。
 
（六）因管小，一旦有損害時，其洩水量亦較少。
 
（七）最大容量可發電一千三百萬瓦特。
 
（八）可得到品質較佳之蒸汽，以免汽輪機結垢。
 
三、貫通式鍋爐：此型鍋爐始用於歐洲，其進入水量與輸出蒸汽相等，即其循環比為一。
 
鍋爐水不在蒸發器內再循環，以飼水泵送入節煤器，經爐牆管由過熱器輸出，故無須汽水分離器亦無汽水鼓、下水管及循環水泵等之設備；
 
盤生鍋爐及蘇爾柔鍋爐均根據此原理而發展的。
 
其特性：（一）滿載時，其流速較自然循環為高，以免低負載時流速過低，即飼水泵之壓力約需提高千分之六。
 
（二）在臨界壓力以下時，汽水混合體需於過熱前，使其蒸發為乾燥之汽，並使水內所含之任何固體物分離；
 
此轉變區設計需於溫度較低之地區，其位置隨蒸發率而變。
 
（三）改良並增設一或多處之抽洩點於轉變區，以除去沈積水，同時亦應用減溫噴射之過熱器。
 
四、聯合循環鍋爐：聯合循環，是美國燃燒公司最近所發展之大型超臨界壓力再熱式動力鍋爐，係控制再循環與貫通式之混合。
 
其基本觀念當鍋爐起動或低負載時，以再循環之方式保護爐牆管，於高負載時則使用貫通式，以減除鍋水在爐牆管內再循環；
 
此最新之特殊設計稱之為「聯合循環」，以應用於超臨界壓力鍋爐。
 
其含有二特性：（一）在鍋爐牆管內之再循環，係由一滲入於貫通式流程中之循環泵，於負載不相稱時，該循環泵自動使牆管部分產生流速。
 
（二）循環泵含有鍋水再循環及飼水加壓之雙重作用，故可輔助飼水泵而使飼水泵之動力得以減低。
 
此型鍋爐最大優點，是鍋爐之降壓較一般貫通式鍋爐為低，且一般貫通式鍋爐所需保護爐牆管之旁通系統得以減除。
 
T.V.A.貝輪電廠所設之九百萬瓦特機組，即為聯合循環設計。
 
此新型鍋爐之壓力為每平方公分二百四十六公斤，蒸發量每小時二千九百噸，溫度攝氏五百四十度，為單式再熱器，係目前最大之鍋爐。
 
鍋爐的選擇，通常依據燃料特性、鍋爐容量與蒸汽情況、空間、成本以及個人之喜好等因素而定，分述如下：一、燃料特性：須適應主要燃料及次要燃料之特性，以防短缺。
 
故有下列選擇：（一）燃料種類的選擇，如煤、燃油、天然氣等。
 
（二）燃燒方式之選擇，依據燃料性質及鍋爐容量而定。
 
二、容量及蒸汽的情況：（一）容量是選用鍋爐型式的最重要因素之一。
 
（二）熱回收設備由1.最高容許空氣溫度，2.鍋爐壓力與飼水溫度，3.所需加熱面之裝置與多寡，4.鍋爐出口煙氣之溫度等來決定。
 
三、空間：需依照容量、形式、熱回收裝置、燃燒方法，以及燃料種類等而受其限制。
 
四、成本：價錢雖是選擇的一個重要因素，然而總成本才是一個真正的選擇條件，故應依：（一）效率。
 
（二）負荷因素。
 
（三）燃料成本。
 
（四）鍋爐價錢等因素做一通盤之分析。
 
五、個人之喜好：需考慮：（一）操作或保養人員的喜好。
 
（二）工程人員個人的偏見。
 
（林裕發)
 引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=6971

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