一、锅炉受压过程
(一) 蒸汽锅炉
在各类锅炉中,以带锅筒的自然循环蒸汽锅炉居多。其升压、受压过程与日常生活中使用的压力锅相似,即介质压力不是来源于加压机械(水泵),而是来源于热力过程,受压与受热不可分割地联系在一起。
锅炉生火前,通常在锅筒中加入大约半锅筒水,水面上的锅内空间充满湿空气,其压力为大气压力。锅炉生火受热到一定程度时,会在大气压力下沸腾产汽,此时水和蒸汽的温度均为100摄氏度。
如果锅筒是敞口的,则锅内产生的蒸汽将全部进入大气中,锅内维持大气压力,不会升压。如果水面之上的锅内空间是完全封闭的,则锅内产生的蒸汽会全部聚积起来。由于水变成蒸汽时体积大大增加,而锅内容纳气体的空间有限,锅内水面上的蒸汽分压将急剧升高。与此相应,水的饱和温度也随之升高,水在更高的温度下汽化。随着燃烧、传热和产汽过程继续进行,压力和温度升高的过程也将继续下去。
实际上的锅炉生火升压过程介于上述两种情况之间:锅内存汽空间接有排汽管,排汽管上有控制阀门。生火升压时,将阀门开度适当调整,使排汽量小于锅内产汽量,使锅内存汽空间的存汽量有控制地增加。则锅内压力逐步上升,直至达到所要求的蒸汽压力。此时,调整锅炉燃烧状态及排汽阀门开度,使排汽量等于锅内产汽量,锅内的压力即大体维持不变,锅炉即进入正常的运行状态。简单地说,蒸汽锅炉升压需要两个条件:第一,通过燃烧传热产生蒸汽;第二,在锅内积存蒸汽。
(二)热水锅炉
在热水锅炉供热系统内,水通常是强制流动。在热水锅炉生火启动之前,已经开动水泵使水在包括锅炉在内的系统中受压流动,所以热水锅炉是先受压后受热,属机械(水泵)加压。但在锅炉生火启动,锅水受热后,水的体积膨胀就会导致压力变化;特别是水受热汽化且蒸汽不能充分排放时,水的受热过程同样是引起压力升高的主要因素。
可以说,各种锅炉的压力变化都与受热过程直接相关。
二、蒸汽锅炉受压特点
1.蒸汽锅炉中的压力是“自升压”,产生压力的根源是锅炉内的燃烧传热,产生压力的过程是在锅炉中积存蒸汽和热能的过程。
2.蒸汽锅炉中的压力是“可变压”,锅内压力随锅内积存蒸汽质量、热能的多少而变动。导致压力变动的主要因素是锅炉燃烧、传热及负荷变化,即锅炉产汽量与排汽量之间的关系。
锅炉正常运行时,锅炉排汽量取决于锅炉负荷,即蒸汽用户需用蒸汽量。锅炉产汽量则是锅炉蒸发量。当锅炉蒸发量与负荷相等时,锅内压力维持不变,即在产汽与排汽的动平衡中维持不变。锅炉负荷一定时,
燃烧或传热减弱,锅炉蒸发量减小,产汽量小于排汽量,锅内压力就降低;燃烧或传热增强,锅炉蒸发量增大,产汽量大于排汽量,锅内压力就升高。反之,锅炉蒸发量一定时,增大或减小锅炉负荷,锅内压力会相应减小或增大。当锅炉负荷与蒸发量同时变化时,锅内压力的变化情况更为复杂。
三、结语
1.对于蒸汽锅炉,由于压力是在动平衡中维持的,随时可能变化,所以必须严格监控蒸汽压力的变化,防止压力的过大波动和超压。当有超压危险而安全装置又失灵时,减弱燃烧进而熄火停炉,即可从根本上切断危险源。
2.对于生活锅炉,由于同样受火焰加热,在特定条件下,比如:排汽管人为堵塞、冰冻、结垢等,致使锅内积存蒸汽,锅炉中同样有升压的可能。但生活锅炉并无承压能力,因而承压后更易发生爆炸。对生活锅炉的安全也应充分关注。
3.压力容器的受压情况更为复杂,大体上分器外升压和器内升压两大类,前者指压缩机、液泵及锅炉等给容器升压,后者指器内反应及受热产生压力。通常器内升压的危险性更大一些。