内容：

1. 为什么需要强力蒸汽？
2. 一点历史
3. 一点理论
4. 完美的大锅
5. 蒸汽锅炉结构
6. 蒸汽锅炉运行
7. 给自己的笔记

 

蒸汽锅炉的设计目的是产生能够进行机械功或产生同等热量的工作（或强力）蒸汽。产生蒸汽（不需要一定大小的力）的设备称为蒸汽发生器。它们广泛用于工业（例如，用于蒸制混凝土），食品技术（蒸汽锅炉），医药（吸入器，消毒器）和日常生活中（用于蒸汽和清洁，在浴池中等），但可用于蒸汽发电机离蒸汽锅炉很远。

 

 

为什么需要强力蒸汽？

在量子计算机和通信设备即将问世，能够独立思考的人工智能以及航天器进行星际飞行的时代，对工作对的需求仍然很高。在工业上，主要用于远距离传输大量现成的热量以及驱动技术设备：压力机，锤子，打桩机等。在水运输和动力工程中，这是一种发展。蒸汽轮机和其他大功率机械发动机的工作流体：从轴上5-10兆瓦开始，蒸汽的机械功的单位成本就比其他任何工作流体的成本都要低。

注意：一对蒸汽缸-活塞具有显着的性能-活塞冲程为零时，杆上产生的最大作用力最大。换句话说，蒸汽机的外部特性是理想的，其效率几乎与工作模式无关。蒸汽机不需要变速箱。

在日常生活中，还使用蒸汽锅炉。最重要的是蒸汽和双回路加热系统（CO）。蒸汽CO需要比液态载热体更彻底的密封，但是它们允许在加热季节的高峰期断开各个分支并将其重新连接到系统，而不会冒着破坏整个加热的风险。反过来，这使得有可能以脉冲方式加热隔热良好的杂物间，这在气候恶劣的地方每个季节最多可节省30％或更多的采暖费用。

相反，在淡季时间较长且冬季温和不稳定的地区，双回路CO更为经济。单回路CO的返回温度不应降至约30℃以下。+45摄氏度，否则酸性冷凝物会在加热锅炉中掉出，从而导致整个系统出现故障。因此，所谓的主管中的热损失是相当大的。升降机单元，其中来自供应源的冷却剂的一部分被吸入回油管，将其加热。然而，与此同时，热水锅炉成圈地驱动很大一部分冷却剂，消耗了多余的燃料，用户必须为此付费。外部温度越高，所需的热量就越少，锅炉产生的大部分热量就不是花在加热用户身上，而是花在维持自己的模式上。

在二回路CO中，蒸汽锅炉产生蒸汽，该蒸汽通过热交换器加热CO冷却剂。现在可以降低供应温度，这将减少管线中的损耗：损耗越大，载热体越热。只要系统不除霜，返回温度就可以任意低：热交换器中没有任何燃烧物，也没有形成可被酸雨掉落的酸基。蒸汽锅炉也没有危险：没有干线损耗，tk。附近的热交换器；根据第二回路的温度，通过一个自动阀调节向其供应的蒸汽，并且返回锅炉的蒸汽仍然非常热。

他有什么不好？

蒸汽锅炉的主要缺点是准备时间长。最好的现代机器在3-5分钟内即可进入工作模式，在普通锅炉中，一对夫妇的繁殖时间约为一个小时。因此，尽管现代陶瓷蒸汽发动机的效率并不比内燃机的效率差，但实际上没有地面蒸汽输送。但是您可以关闭内燃机，但不能停止锅炉。

同样重要的是爆炸性。如果汽车油箱中的能量储备以数十千克TNT当量衡量，则蒸汽锅炉中的能量消耗为几分之一吨。汽油和柴油可能会燃烧掉，锅炉会在事故中爆炸。现代武器极为罕见，但其爆炸性仍不为零。

另一个缺点来自第二个缺点：您需要给蒸汽锅炉提供质量非常高，准备充分的水。水垢是锅炉的可怕敌人，它会大大降低其热效率并增加爆炸危险。

由于第二个和第三个结果，存在第四个严重缺陷：蒸汽锅炉需要在锅炉停机时进行定期合格的检查和维护。想象一下，您肯定需要每六个月将汽车开到服务站并订购发动机舱壁，否则它将停止服从方向盘并撞向立柱本身。

 

一点历史

关于将蒸汽的动力用于千年的实际目的的想法。据信亚历山大的苍鹭发明了第一台蒸汽锅炉，该蒸汽锅炉同时是喷气式蒸汽涡轮机。有证据表明，在十六世纪。西班牙舰队的舰长布拉斯科·德·加雷（Blasco de Garay）建造并向国王展示了航行的轮船。但是，如果这是真的，那么就不会有一个随机的发现-热力学作为一门科学就不存在了，没有它，就不可能为它计算蒸汽机和锅炉。实践主义者爱迪生曾经说过：“没有什么比一个好的理论更实际了。”

英国人T. Severi于1698年首次获得了由蒸汽锅炉驱动的矿井水电梯的专利。在实践中，英国人T. Newcomen也在同一时期实现了他的想法。 17世纪。但是，原则上，Newcomen锅炉与家用水壶没有什么区别，并且产生的蒸汽非常微弱，因此，Newcomen的机器并未得到广泛使用，也没有引起技术革命。

他们是第一个了解动力蒸汽锅炉在18世纪下半叶应该如何运行的人。彼此独立的还有英国设计师J. Watt（以他的名字命名的Watt动力装置）和俄罗斯自学成才的机械师II Polzunov。他无法完成自己的蒸汽机-他死于疾病，但他于1765年完成了锅炉的制造。Watt和Polzunov蒸汽锅炉的设计（右图）几乎相同，并且没有其他技术解决方案。当时。

Watt和Polzunov锅炉的热效率和蒸汽产生量（见下文）使得启动具有成本效益的有用工作的机器成为可能，但当时的技术远非如此。第一台蒸汽机车的发明人R.Trevithick和J.Stephenson改进了蒸汽锅炉的技术指标，并使之更紧凑。随后，英国工程师J. Thornicroft和E. Yarrow，然后是在Shabolovka上建造电视塔的俄罗斯科学家V.G. Shukhov，为锅炉房的发展做出了巨大贡献。

注意：斯蒂芬森的第一台蒸汽机车“ Blucher”（在图的中间）是2号，但这是因为其经验丰富的前辈不适合长期运行。

一点理论

本部分将不包含学校和大学教科书中的公式。您应该记住它们。如果您忘记了，那您就知道在哪里看。在这里，我们将讨论蒸汽锅炉中发生的过程的本质以及对实践很重要的细节和结论。数学是真正的一笔交易。如果不了解计算的本质，反正是毫无意义的。

瓦特和波祖诺夫猜测，蒸汽锅炉的主要工作原理是水不会沸腾。从侧面不能很好地控制沸腾过程：水已达到沸点并接受了蒸发潜热-沸腾了；沸腾了。不，不。在常压下，水的沸腾是相对安全的，但排出蒸汽的效率可以忽略不计；据说潜力不大。并立即开始凝结，这使蒸汽完全失去了强度。

蒸汽以自身压力工作。假设它在大气中的过量量仅为1 MPa。然后放在面积为500平方英寸的活塞上。厘米的蒸汽将以约2的力压。半吨。不错的起点。

温度升高时，饱和水蒸气的压力会根据幂定律（即功率因数）增加。非常快，在图的左侧。同时，水的沸点和汽化镜（VF）的每单位面积的蒸汽产量也增加了。但是汽化潜热保持不变，并且燃料消耗中没有给出蒸汽强度的部分逐渐减少。因此，在所有方面，增加锅炉中的压力都是有益的，但这会增加其爆炸性（见下文）。并达到一定的极限，在该极限之上，非热动力开始干扰该过程。

过热饱和蒸汽的参数表在图9的右侧给出。请注意以绿色突出显示的列（部分或全部）。从中可以看出，最大蒸汽性能在200-260度的温度范围内。由执行器产生的力所依赖的蒸汽压力增加了三倍。在此范围内的总热容量（考虑到潜热）在不断增加。这对于汽-液CO以及热载体的部分或全部冷凝是有益的。

坏消息始于黄线：蒸汽在化学上变得非常活跃-它腐蚀了由普通钢制成的蒸汽管和机械装置，尽管压力增加了，但其强度的一部分仍归功于“化学作用”。红线-更糟的消息是：蒸汽中水的热离解变得明显，锅炉变得极为危险。

关于记号

在蒸汽机时代，压力的单位是大气压（at）和过量大气压（atm）。1 at = 1千克力*平方英尺 参见p（at）= p（at）–1，因为 气压1 at。现在，压力以帕斯卡（Pa）为单位。1 at = 1.05兆帕。这是正确的，因为 锅炉的运行模式在很大程度上取决于周围的空气压力。但是没有多余的帕斯卡，因此，要确定蒸汽强度，您需要从锅炉压力中减去1 MPa。例如，在240度时，锅炉中的压力为3.348 MPa。对于工作，您可以使用的最大压力不超过2.298 MPa。看到锅炉内部零件的表面将压超过30公斤*平方。要计算锅炉的功率，还必须使用以kg * s或kg * h为单位的蒸汽容量。您需要知道的另一个数量是锅炉的热效率，等于存储在单位质量的蒸汽中的热能与生产该燃料所需的燃料燃烧热之比。热效率通常被称为锅炉的效率，但应牢记的是，相同设计的功率和供热锅炉的效率是不同的：在后一种情况下，汽化潜热以冷凝潜热是可能的，而前者则不行。

注意：有时高于大气压的蒸气压以bar（bar）表示。例如，在锅炉规格中，他们写的是-压力1.5 bar，大约等于1.5 bar。1.5 ati。但是酒吧也是一个非系统性的单位，其使用不受监管。因此，在相同的规格中，有必要找出锅炉中的水温并进行检查。

蒸汽潜力

连同锅炉中的温度一起，其爆炸性增长同样快。温度高于约 在200度以下，甚至由于过量蒸汽提取而导致的压力降低也可能导致锅炉中全部水沸腾并爆炸。在Novikov-Surf的故事中，“奥特拉达湾”包含所有技术细节，描述了一个同情红色的消防员如何炸毁白色军用蒸锅上的锅炉，他被强行征召入伍。基于这些考虑，将蒸汽除以工作潜力的值分为：

• 低等级-温度高达113摄氏度，压力高达1.7 MPa。由于锅炉中的能量储备少，因此几乎不可能发生锅炉爆炸。
• 低电位-温度113-132度，压力1.7-3 MPa。如果锅炉的机体突然损坏，则有可能发生爆炸。
• 平均电位-温度132-280度，压力3-6.42 MPa。如果锅炉本体损坏或自动化失败，则有可能发生爆炸。
• 高电位-温度280-340度，压力6.42-14.61 MPa。除上述原因外，还可能因违反锅炉运行规则（参见下文）和蒸汽管道减压而发生爆炸。
• 超高电势-温度高于340度，压力超过14.61 MPa。除了所描述的原因之外，由于情况的随机组合，还可能发生爆炸。

汽化的微妙之处

出于实际目的，使用ZP单位面积的蒸汽输出值很方便，但实际上，锅炉中的蒸发发生在水的体积中：它充满了蒸汽微气泡。这是由白开水提供的，根据东方烹饪的规则，白开水应该用来冲茶。但是，在白色沸水中，释放出溶解在水中的空气，而在正常运行的锅炉中，水似乎是透明的。如果在量规玻璃中变得浑浊，则表明锅炉处于爆炸边缘。上面提到的红色火机是一位超一流的专家：他根据水的类型确定了锅炉爆炸的多长时间后设法逃脱了。蒸锅是旧的，带有一个中档锅炉。从水表变白到爆炸需要几分钟。水表变得多云后，高电位锅炉立即爆炸。

第二个重点是所谓的。湿蒸汽，其中还包含看不见的微滴水。湿蒸汽是锅炉的敌人，其危害性不亚于水垢：微滴的水分是蒸汽凝结的自然中心。如果在蒸汽回路中的某个位置温度下降的速度快于压力下降的速度，则可能会发生雪崩般的蒸汽凝结。整个系统中的压力将急剧下降，然后即使是低电势锅炉也可以沸腾和爆炸。至于由锅炉产生的蒸汽驱动的机制，冷凝水也会大大恶化其技术参数（工作部件中的压力急剧下降）并导致磨损增加：过热水的微滴具有化学侵蚀性。唯一有用的工作蒸汽凝结的地方是气液一氧化碳（见上文），因为 在这种情况下，冷凝的潜热被释放以进行加热。

 

 

完美的大锅

了解了这些功能后，可以从当今的角度想象应该如何布置某种理想的蒸汽锅炉。实际上，这将变得非常昂贵且难以维护，并且在蒸汽的“黄金时代”，这种锅炉在技术上是无法实现的。锅炉结构的整个演变遵循简化锅炉设备（配管）并结合其系统功能的途径。但是要弄清楚锅炉正常运行需要什么，此图将有所帮助。

蒸汽锅炉装置的总体图如图所示：

蒸汽发生器是通道（管状）气-水热交换器。冷却剂与加热器的接触面积的增加会增强蒸汽在其质量中微气泡的形成，并在相同温度下将蒸汽与ZP的单位面积分离。在干燥的温室中，通过重力或吸收方法将纯净的蒸汽和水的微悬浮液分离开，而不会释放出冷凝潜热。热的冷凝水流回蒸汽发生器，或者在循环锅炉中（见下文）通过循环泵将其泵入蒸汽发生器。

过热器的作用非常重要。沿蒸汽管道的长度没有压力下降，就不会有蒸汽流过蒸汽，但是同时蒸汽的强度会降低，并且剧烈凝结的可能性也会增加。由于烟道气的残留热量，过热器免费为泵送出的蒸汽带能量。

省煤器进一步提高了锅炉的热效率。这也是一个通道热交换器，其中的进水也被烟道气加热。在最低的锅炉冲程中，省煤器可能会过冷，并长满烟灰，当锅炉被迫时，它可能会过热甚至沸腾。因此，有时会在节热器中引入带有水提升器的单独的水循环回路，类似于在单回路CO中使用的循环装置（请参见上文）。在正常的锅炉运行中，节流器自身的循环通过一个截止阀来切断。

使锅炉的热效率“伸展”到理论极限的最后一件事是加热进入炉子的空气。在强大的散热设备中，这是非常有效的措施。一次，通过加热包装机中的空气，可以将高炉冶炼的燃料消耗降低近三倍。至于用于管理整个经济的模块（或设备），现在它是一个带有微处理器及其机电捆扎带的盒子或柜子，在过去，这是一个由机械师和鹳鸟组成的团队。

蒸汽锅炉结构

根据目的，操作条件和蒸汽参数要求，蒸汽锅炉的设备可能会有所不同。在结构上，蒸汽锅炉的不同之处在于：

1. 蒸汽分离方法-直流（流动）和循环；
2. 根据蒸汽分离器的装置-鼓和其他（钟形，盘管式等）；
3. 换热方式-燃气管（以前称为火管；旧火管）和水管；
4. 根据蒸汽发生器通道的方向和配置-水平，垂直，组合（烟气入口为水平，出口为垂直；弯曲通道），倾斜，多歧管，盘管，涡流燃烧套等。
5. 在烟道气中-正向和反向；
6. 在流体动力学中-带有开放式或封闭式蒸汽水回路，请参见下文；
7. 根据加热方式-火焰（燃料），电，间接加热，太阳能锅炉等

至于加热方法，电蒸汽锅炉只能产生低等级和低等级的蒸汽-加热元件不能承受锅炉中更严酷的运行条件。主要使用间接加热锅炉。在核电站。当他们说冷却剂中的温度达到500度或更高时，是指第一回路，该回路通过热交换器加热普通的高级锅炉，后者将蒸汽提供给涡轮机。太阳能锅炉（太阳能锅炉）等 异国情调是一个需要单独考虑的主题。我们将在最后谈到它们，我们将主要处理炽热的蒸汽锅炉-它们产生的蒸汽效率单位是最便宜，最容易获得的。

注意：潜水艇员有时会在陆上假人上玩耍，讲述他们据说从表中逃脱了的样子，他们睡在核潜艇反应堆的第一圈。这真是个玩笑-在第一个电路上，不仅温度超过400度，而且还会造成致命的辐射，并且未经授权离开手表是严重的罪行。核反应堆的一次回路的设计应确保其中的冷却剂不会释放出蒸汽。

直流或循环

在直流蒸汽锅炉中（图中的项目A），湿蒸汽进入盘管，管状集热器或钟形罩下方，在那里水悬浮液从中掉出，并在重力作用下流入蒸汽发生器。

直流锅炉在结构上更简单，从自动化上来说，它们通常需要经验丰富的加油机。直流锅炉可以是非易失性的-它们不需要给水泵，而是通过重力从给水箱中接收水。但是它们比循环炸药更具爆炸性，并且它们的热效率和蒸汽产生率很低。最强烈的蒸汽从锅炉的最上层水中释放出来。从蒸汽的微气泡中解脱出来后，由于蒸汽饱和，水下降并再次上升。在直流锅炉中，重力对流会更新水（释放蒸汽的水较重），这会消耗燃料。您需要很多，因为 对流是不规则的，具有涡流并且比向上携带水更耗散接收到的能量。直流锅炉的热效率约为。

在循环锅炉中，总水流由一个单独的循环泵向上引导，该循环泵从蒸汽锅炉中抽出冷凝水。水中的内部摩擦损失极小，循环泵的功率也很低。基本体积的水在完全蒸发之前旋转5至30圈或更多，从而进一步提高了锅炉的热效率和蒸汽输出。假设一部分水旋转一圈，其中只有10％会蒸发。对于下一次营业额，将保留90％，其中10％将蒸发，即 其余9％的原始水和水将保持81％，以这种方式进行进一步计算（数学家称此类计算为递归关系），则每转5圈，锅炉效率为63％，转30圈，则效率为92.6％。在这种情况下，RFP的有效面积相对于几何近似值增加。1.5和2倍。

鼓式锅炉

循环锅炉不仅必须在管道中安装泵，而且还必须在蒸汽分离器中安装冷凝水液位调节器。如果过多，锅炉的技术参数将急剧下降。如果这还不够的话，它会给一般的麻烦带来威胁：湿蒸汽会迅速凝结，锅炉中的压力也会急剧下降-沸腾-爆炸。鼓式锅炉可以避免这种情况。在其中，蒸汽分离器是宽管（鼓）的一部分，锅炉（加热器）中充满了蒸汽的水进入其中，在这种情况下，蒸汽发生器不是蒸汽发生器。因此，将水的加热和从水的提取中分离出来。原则上，加热器不能沸腾，并且滚筒的沸腾不是那么危险，因为 在这种情况下释放的大部分能量都花在了将水压缩回加热器和给水箱的过程中。

来自蒸汽分离器的湿蒸汽进入小体积的“自由”冷凝器，该冷凝器的横截面也是圆形的。入口上升到冷凝器底部上方，以确保其中的冷凝水水平恒定。为了使鼓式锅炉正常工作，必须使鼓和冷凝器中水柱的压力彼此相等。为确保后一种情况，冷凝器不放置在靠近鼓的位置，而是抬高到鼓上方。结果，桶式锅炉的模式由非易失性自动化系统明显保持（参见上图）：桶中有很多水，出口压力高于正常值-差动蒸发调节器降低了压力关闭电源；相反，它包括它。同时，将桶中的标准水位保持在可接受的范围内。鼓式蒸汽锅炉也可以自然循环运行，请参见图示。

 

关于鼓水的一句话

由于水在鼓式锅炉中循环多次，因此必须具有最纯净的质量。实际上-馏出物。不能从水动力开放式锅炉等供水源提供鼓式锅炉的电源。鼓式锅炉仅在流体动力关闭的情况下建造：给水按照计划包裹在其中：给水箱-锅炉-蒸汽-水冷凝器（在船上被海水冲洗）-返回给水箱等。

 

 

气管和水管

可以说，燃气管锅炉和水管锅炉是一台由内而外的锅炉。在气管式蒸汽发生器中，装有水的容器穿过一束管，热气从管束中流过。相反，在水管中，一束带有冷却剂的管束被烟道气流洗涤。差异非常非常大。

为了将烟道气的能量转移到水中，需要较大的温度梯度（差值）。蒸汽发生器管道金属的导热系数比烟道气的导热系数高数百倍。因此，火管的内部可以超过1000度，并且其外表面由不超过350-400度的水冷却。巨大的热应力会在管道壁上产生，并且在管道壁周围会存在大量的过热水，当压力下降时，沸腾的水会在整个物体中沸腾。燃气管锅炉的一根管子爆裂不可避免地导致其爆炸。因此，必须严格遵守检查和预防性更换燃气管道的规定，并且这项工作很困难，相当长且昂贵。

由于这些原因，水管锅炉的蒸汽发生器的管的外表面的温度几乎等于其中的水的温度。水管材料中的热应力比煤气管中的热应力小几个数量级。锅炉的可靠性更高，维护停机之间的时间更长。一根管子的爆裂不会导致锅炉爆炸：在沸腾扩散到全部水之前（水管锅炉的水量比煤气管锅炉的水量少几倍），蒸汽-水的混合物将熄灭炉子并冷却其余的管道。从理论上讲，水管锅炉的缺点是热效率和蒸汽的产生要比气管锅炉低。但是水管锅炉的结构改进使它们在行业中占据了主导地位-如今，燃气管锅炉尚未在建造中，

注意：鼓式蒸汽锅炉只能制成水管锅炉。

结构的演变

以蒸汽机车锅炉为例，可以很方便地考虑最古老的（并且证明是非常坚固的）卧式燃气管蒸汽锅炉的设备，请参见图：

苏哈帕尼克（Suhaparnik）是最简单的钟形钟。自动化只是一个安全阀。没有进料泵，水通过重力从水箱中流出。热效率约 40％。，但是经过数个世纪验证的设计的“浑浊”是与众不同的。今天，一些蒸汽机车锅炉仍在使用。它们不再驱动火车，而是为生产提供蒸汽。

还有一些具有100多年经验的水管锅炉。但是总的来说，这种蒸汽锅炉还远没有被淘汰。在海军中，如今水管锅炉仍广泛用于发电厂。在船舶上，锅炉紧凑性的问题非常严重。民用轮船需要用于货舱和乘客空间的空间。在军舰上，必须更可靠地保护重要和最脆弱的部队免受敌方弹药的侵害。

在这里使用立式锅炉似乎是一种自然的出路，但是从理论上讲，带有管束的``立式管道''是无效的：太多的烟气徒然地流过了蒸汽发生器，ZP的面积很小。因此，在船舶电厂中主要使用。倾斜布置的鼓式蒸汽锅炉（见图； B-鼓，P-过热器）：

1. 自然循环，功率低且部分中等；
2. 强制循环-包括大功率在内；
3. 对称的多通道（具有2-3个集水器和一个滚筒上运行的热交换器）-从中功率到超高功率；
4. 同样，不对称-从强大到独特。

在陆上，还需要紧凑型锅炉-维护生产设备并不便宜。但是在平民生活中，成本，结构简单和设备易于维护往往胜过技术上的完善。因此，陆上紧凑型锅炉通常是按照以下原则制造的：不仅要内翻外，还要弯成两半。具体来说：包裹烟气。由此，锅炉的质量指标略有下降，但其空间几乎是机车相同功率所需要的一半，并且由于使用该机具更方便维修，因为 烟囱的根部，炉子的喉咙和烟灰缸（如果锅炉是固体燃料）在同一房间内。

更容易进行燃气管锅炉的周转。在此版本中，水平的全尺寸水管（图的左侧）与水管水管几乎一样有效，耐用且安全：燃烧室中释放的几乎所有热量都用于加热水，并且内部的煤气管加热较少，因为 烟气进入已经冷却的气体。带有缩短的蒸汽发生器的锅炉（在中心；这种锅炉有时被错误地称为立式锅炉）非常紧凑，但是不经济。可以很好地反射热（红外线，IR）辐射的热室中的屏蔽罩可以将其性能提高到可接受的水平。

现代成就

为蒸汽锅炉配备红外反射器通常是一个富有成果的想法。

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