鍋爐的發(fā)展歷程

鍋爐的發(fā)展分鍋和爐兩個方面。
　　18世紀(jì)上半葉，英國煤礦使用的蒸汽機(jī)，包括瓦特的初期蒸汽機(jī)在內(nèi)，所用的蒸汽壓力等于大氣壓力。18世紀(jì)后半葉改用高于大氣壓力的蒸汽。19世紀(jì)，常用的蒸汽壓力提高到0.8兆帕左右。與此相適應(yīng)，zui早的蒸汽鍋爐是一個盛水的大直徑圓筒形立式鍋殼，后來改用臥式鍋殼，在鍋殼下方磚砌爐體中燒火。
　　隨著鍋爐越做越大，為了增加受熱面積，在鍋殼中加裝火筒，在火筒前端燒火，煙氣從火筒后面出來，通過磚砌的煙道排向煙囪并對鍋殼的外部加熱，稱為火筒鍋爐。開始只裝一只火筒，稱為單火筒鍋爐或康尼許鍋爐，后來加到兩個火筒，稱為雙火筒鍋爐或蘭開夏鍋爐.
　　1830年左右，在掌握了鋼管的生產(chǎn)和脹管技術(shù)之后出現(xiàn)了火管鍋爐。一些火管裝在鍋殼中，構(gòu)成鍋爐的主要受熱面，火（煙氣）在管內(nèi)流過。在鍋殼的存水線以下裝上盡量多的火管，稱為臥式外燃回火管鍋爐。它的金屬耗量較低，但需要很大的砌體。
　　19世紀(jì)中葉，出現(xiàn)了水管鍋爐。鍋爐受熱面是鍋殼外的水管，取代了鍋殼本身和鍋殼內(nèi)的火筒、火管。鍋爐的受熱面積和蒸汽壓力的增加不再受到鍋殼直徑的限制，有利于提高鍋爐蒸發(fā)量和蒸汽壓力。這種鍋爐中的圓筒形鍋殼遂改名為鍋筒，或稱為汽包。初期的水管鍋爐只用直水管，直水管鍋爐的壓力和容量都受到限制。
　　二十世紀(jì)初期，汽輪機(jī)開始發(fā)展，它要求配以容量和蒸汽參數(shù)較高的鍋爐。直水管鍋爐已不能滿足要求。隨著制造工藝和水處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了彎水管式鍋爐。開始是采用多鍋筒式。隨著水冷壁、過熱器和省煤器的應(yīng)用，以及鍋筒內(nèi)部汽、水分離元件的改進(jìn)，鍋筒數(shù)目逐漸減少，既節(jié)約了金屬，又有利于提高鍋爐的壓力、溫度、容量和效率。
　　以前的火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐都屬于自然循環(huán)鍋爐，水汽在上升、下降管路中因受熱情況不同，造成密度差而產(chǎn)生自然流動。在發(fā)展自然循環(huán)鍋爐的同時，從30年代開始應(yīng)用直流鍋爐，40年代開始應(yīng)用輔助循環(huán)鍋爐。
　　輔助循環(huán)鍋爐又稱強(qiáng)制循環(huán)鍋爐，它是在自然循環(huán)鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在下降管系統(tǒng)內(nèi)加裝循環(huán)泵，以加強(qiáng)蒸發(fā)受熱面的水循環(huán)。直流鍋爐中沒有鍋筒，給水由給水泵送入省煤器，經(jīng)水冷壁和過熱器等蒸發(fā)受熱面，變成過熱蒸汽送往汽輪機(jī)，各部分流動阻力全由給水泵來克服。
　　第二次世界大戰(zhàn)以后，這兩種型式的鍋爐得到較快發(fā)展，因為當(dāng)時發(fā)電機(jī)組要求高溫高壓和大容量。發(fā)展這兩種鍋爐的目的是縮小或不用鍋筒，可以采用小直徑管子作受熱面，可以比較自由地布置受熱面。隨著自動控制和水處理技術(shù)的進(jìn)步，它們漸趨成熟。在超臨界壓力時，直流鍋爐是*可以采用的一種鍋爐，70年代zui大的單臺容量是27兆帕壓力配1300兆瓦發(fā)電機(jī)組。后來又發(fā)展了由輔助循環(huán)鍋爐和直流鍋爐復(fù)合而成的復(fù)合循環(huán)鍋爐。
　　在鍋爐的發(fā)展過程中，燃料種類對爐膛和燃燒設(shè)備有很大的影響。因此，不但要求發(fā)展各種爐型來適應(yīng)不同燃料的燃燒特點，而且還要提高燃燒效率以節(jié)約能源。此外，爐膛和燃燒設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)還要求盡量減少鍋爐排煙中的污染物（硫氧化物和氮氧化物）
　　早年的鍋殼鍋爐采用固定爐排，多燃用煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管鍋爐出現(xiàn)后開始采用機(jī)械化爐排，其中鏈條爐排得到了廣泛的應(yīng)用。爐排下送風(fēng)從不分段的“統(tǒng)倉風(fēng)”發(fā)展成分段送風(fēng)。
　　早期爐膛低矮，燃燒效率低。后來人們認(rèn)識到爐膛容積和結(jié)構(gòu)在燃燒中的作用，將爐膛造高，并采用爐拱和二次風(fēng)，從而提高了燃燒效率。
　　發(fā)電機(jī)組功率超過6兆瓦時，以上這些層燃爐的爐排尺寸太大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易布置，所以20年代開始使用室燃爐，室燃爐燃燒煤粉和油。煤由磨煤機(jī)磨成煤粉后用燃燒器噴入爐膛燃燒，發(fā)電機(jī)組的容量遂不再受燃燒設(shè)備的限制。自第二次世界大戰(zhàn)初起，電站鍋爐幾乎全部采用室燃爐。
　　早年制造的煤粉爐采用了Ｕ形火焰。燃燒器噴出的煤粉氣流在爐膛中先下降，再轉(zhuǎn)彎上升。后來又出現(xiàn)了前墻布置的旋流式燃燒器，火焰在爐膛中形成Ｌ形火炬。隨著鍋爐容量增大，旋流式燃燒器的數(shù)目也開始增加，可以布置在兩側(cè)墻，也可以布置在前后墻。1930年左右出現(xiàn)了布置在爐膛四角且大多成切圓燃燒方式的直流燃燒器。
　　第二次世界大戰(zhàn)后，石油價廉，許多國家開始廣泛采用燃油鍋爐。燃油鍋爐的自動化程度容易提高。70年代石油提價后，許多國家又重新轉(zhuǎn)向利用煤炭資源。這時電站鍋爐的容量也越來越大，要求燃燒設(shè)備不僅能燃燒*，著火穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，低負(fù)荷性能好，還必須減少排煙中的污染物質(zhì)。
　　在燃煤（特別是燃褐煤）的電站鍋爐中采用分級燃燒或低溫燃燒技術(shù)，即延遲煤粉與空氣的混合或在空氣中摻煙氣以減慢燃燒，或把燃燒器分散開來抑制爐溫，不但可抑制氮氧化物生成，還能減少結(jié)渣。沸騰燃燒方式屬于一種低溫燃燒，除可燃用灰分十分高的固體燃料外，還可在沸騰床中摻入石灰石用以脫硫。