蒸汽發(fā)生器（Steam   generator）俗稱鍋爐，是利用燃料或其他能源的熱能將水加熱成熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備。其工作原理是基于能量轉(zhuǎn)換，即儲(chǔ)存在煤炭等各種燃料中、木材中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能。它不僅為火力發(fā)電系統(tǒng)提供電能，還用于機(jī)械等領(lǐng)域、化工、 造紙和其他工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。

蒸汽發(fā)生器由一個(gè)爐子組成、水冷壁、過熱器、省煤器可根據(jù)結(jié)構(gòu)燃料循環(huán)方式燃燒方式排渣方式爐膛煙氣和鍋爐數(shù)量進(jìn)行分類蒸汽發(fā)生器的現(xiàn)代發(fā)展主要集中在超臨界技術(shù)上、能效優(yōu)先、余熱蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)、循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)、鍋爐和空調(diào)的靈活性-超臨界技術(shù)及其他領(lǐng)域的全球發(fā)展。

最早的蒸汽動(dòng)力設(shè)備可以追溯到公元10年海倫在亞歷山大港提出的蒸汽輪機(jī)。1700年，初級(jí)蒸汽發(fā)生器技術(shù)誕生，1867年，隨著對(duì)流鍋爐的發(fā)展，蒸汽發(fā)生器行業(yè)開始出現(xiàn)。同年喬治·巴斯科和史蒂文·威爾科克首次申請(qǐng)了他們的鍋爐設(shè)計(jì)專利，為蒸汽發(fā)生器行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1884年，帕森斯建造了第一臺(tái)蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)，兩年后通過冷凝渦輪提高了效率。1957年，Babcock  Wilcox設(shè)計(jì)并建造了美國(guó)第一臺(tái)商用超臨界蒸汽發(fā)生器，這標(biāo)志著蒸汽動(dòng)力技術(shù)的重要進(jìn)展。在20世紀(jì)70年代，世界的單一容量 美國(guó)最大的自然循環(huán)鍋爐達(dá)到850兆瓦。2018年，我國(guó)首個(gè)高溫氣冷堆核電站示范工程石島灣2號(hào)蒸汽發(fā)生器成功完成殼程和管程氣壓試驗(yàn)，標(biāo)志著世界 美國(guó)第一臺(tái)高溫氣冷堆核電站蒸汽發(fā)生器。

鍋爐的整體結(jié)構(gòu)包括鍋爐本體、輔助設(shè)備和安全裝置。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、框架爐壁等主要部件構(gòu)成了蒸汽生產(chǎn)的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中最重要的兩個(gè)部件是爐膛和汽包。

本體結(jié)構(gòu)

燃燒器：燃燒器主要由噴油嘴組成、調(diào)風(fēng)器、點(diǎn)火器等組成。它的主要作用是將燃燒所需的燃料和空氣送入爐膛，使燃料穩(wěn)定著火并充分燃燒。由于輔助鍋爐蒸發(fā)量小，爐膛接近一個(gè)圓形，蒸汽設(shè)備對(duì)蒸汽壓力的穩(wěn)定性要求不高，因此每臺(tái)鍋爐通常只配備一個(gè)燃燒器。

爐膛：爐膛又稱燃燒室，是燃料燃燒的空間。固體燃料放在爐排上并在火床上燃燒的爐膛稱為層燃爐，也稱為火床爐；將液體、將氣體或粉狀固體燃料噴入燃燒室燃燒，稱之為室式爐，也稱室式爐；空氣提升煤粒使其在沸騰狀態(tài)下燃燒，適合燃燒劣質(zhì)燃料的爐稱為沸騰爐，也稱為流化床爐；利用氣流使煤粒高速旋轉(zhuǎn)并強(qiáng)烈燃燒的圓筒形爐稱為旋風(fēng)爐。

爐子的橫截面通常為正方形或矩形。燃料在爐內(nèi)燃燒形成火焰和高溫?zé)煔猓虼藸t周圍的爐墻由耐高溫材料和隔熱材料制成。水冷壁管往往敷設(shè)在爐壁的內(nèi)表面，既保護(hù)了爐壁不被燒壞，又吸收了火焰和高溫?zé)煔獾拇罅枯椛錈帷?br />

爐膛設(shè)計(jì)需要充分考慮所用燃料的特性。每個(gè)鍋爐都應(yīng)該嘗試燃燒最初設(shè)計(jì)的燃料。當(dāng)燃燒不同特性的燃料時(shí)，鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性可能會(huì)降低。

此外，根據(jù)不同類型的蒸汽發(fā)生器，爐子的設(shè)計(jì)可能會(huì)有所不同。例如，爐排燃燒蒸汽發(fā)生器的爐膛設(shè)計(jì)將不同于煤粉蒸汽發(fā)生器和循環(huán)流化床蒸汽發(fā)生器的爐膛設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@些蒸汽發(fā)生器具有不同的熱力和流動(dòng)條件。

空氣預(yù)熱器：空氣預(yù)熱器可以通過降低排氣溫度來(lái)提高鍋爐效率和節(jié)約燃料消耗。通過從煙氣中提取熱量來(lái)預(yù)熱冷的環(huán)境空氣，煙氣的溫度相應(yīng)地降低。

水冷壁：水冷壁是鍋爐的主要輻射受熱面，其主要作用是吸收爐膛的輻射熱來(lái)加熱工質(zhì)，并保護(hù)爐壁后面水冷壁管的稀釋部分，稱為排渣管，以防止過熱器結(jié)焦。因?yàn)樗軐⑺D(zhuǎn)化為蒸汽，所以通常稱為蒸汽發(fā)生管。

鍋筒：汽包是一種自然循環(huán)和多重強(qiáng)制循環(huán)的鍋爐，它接收來(lái)自省煤器的水、連接到循環(huán)回路并將飽和蒸汽輸送到過熱器的圓柱形容器。鍋筒本體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。

汽包的主要作用是儲(chǔ)水，汽水分離，運(yùn)行時(shí)除去鍋爐水中的鹽水和污泥，防止含鹽和雜質(zhì)濃度高的鍋爐水隨蒸汽進(jìn)入過熱器和汽輪機(jī)。汽包內(nèi)部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、污水處理和加藥設(shè)備等。汽水分離裝置的作用是將飽和蒸汽和水從水冷壁中分離出來(lái)，盡量減少蒸汽中攜帶的細(xì)小水滴。中、低壓鍋爐通常使用擋板和狹縫擋板作為粗分離元件；除了廣泛使用各種類型的旋風(fēng)分離器進(jìn)行粗分離外，中壓以上的鍋爐也使用百葉窗、鋼絲網(wǎng)或蒸汽均衡板進(jìn)一步分離。汽包還配有一個(gè)水位計(jì)、安全閥等監(jiān)控和保護(hù)設(shè)施。

過熱器：過熱器是蒸汽鍋爐系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是將飽和蒸汽加熱到額定過熱蒸汽溫度。并提高熱電廠的整體效率。但在使用過熱器時(shí)往往需要使用效果好的耐熱鋼，所以價(jià)格相對(duì)較貴另外，過熱器按布置位置和傳熱方式可分為對(duì)流型半輻射型和輻射型。

省煤器：省煤器是一種換熱器，其作用是利用經(jīng)過主鍋爐和過熱器的煙氣中的熱能預(yù)熱給水，從而提高鍋爐的熱效率。在省煤器中，通過使用煙道氣預(yù)熱給水，使得給水被加熱而不將其轉(zhuǎn)化為蒸汽。因此，省煤器通常位于過熱器后面和供水回路中，其主要目的是減少燃料消耗。

構(gòu)架：在整個(gè)鍋爐中，框架用來(lái)支撐汽包、聯(lián)箱、受熱面、部分或全部爐墻平臺(tái)、自動(dòng)扶梯和其他部件的結(jié)構(gòu)。它應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度、剛度、伸縮性和性。現(xiàn)代爐架可分為兩種類型支撐結(jié)構(gòu)和懸掛結(jié)構(gòu)。支撐鍋爐框架的特點(diǎn)是鍋爐本體的主要重量支撐在框架上，大多數(shù)是框架式的。懸掛式鍋爐框架的特點(diǎn)是鍋爐本體的主要重量懸掛在屋頂格柵上，其框架多為解析框架。

爐墻：鍋爐壁是鍋爐的外殼，它將鍋爐的燃燒室和煙道與外界隔絕，可以防止外界冷空氣的泄漏，也可以防止熱量散失和灰渣的逸出，對(duì)保證鍋爐機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性維護(hù)環(huán)境衛(wèi)生和保證運(yùn)行人員的安全起著非常重要的作用。爐墻的結(jié)構(gòu)一般可分為三層，面向火的一面稱為耐熱層，另外兩層分別為隔熱層和密封層。

輔助設(shè)備

鍋爐的輔助設(shè)備是安裝在鍋爐本體外部的必要設(shè)備，即燃料供應(yīng)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、除渣除塵系統(tǒng)等設(shè)備，如球磨機(jī)、運(yùn)煤設(shè)備、水泵、水處理裝置、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、除渣機(jī)、除塵器和吹灰器等。

供應(yīng)系統(tǒng)

燃料輸送：燃料供應(yīng)系統(tǒng)旨在向鍋爐輸送燃油，以便在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο聦?shí)現(xiàn)令人滿意的燃燒。系統(tǒng)中的加熱器配有在恒溫下運(yùn)行的蒸汽供應(yīng)閥，它可以接收來(lái)自燃油加熱器出口處恒溫元件的沖擊，以保持恒溫。

燃燒控制：燃料供應(yīng)系統(tǒng)還包括一個(gè)燃燒控制系統(tǒng)，其功能是控制燃料和空氣的輸入或火焰速度，從而使汽輪機(jī)入口處的過熱蒸汽壓力保持在所需值，以滿足負(fù)荷需求。

水質(zhì)處理：蒸汽鍋爐的水處理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)去除水中溶解的礦物質(zhì)、氣體和顆粒。每種雜質(zhì)的去除或處理對(duì)于確保鍋爐的有效運(yùn)行非常重要。但是對(duì)于鍋爐來(lái)說(shuō)，這些礦物質(zhì)會(huì)造成損害，例如腐蝕金屬和降低傳熱效率。

高純度給水：為了維持高純度的給水和補(bǔ)充水流量，最好的鍋爐水處理系統(tǒng)主要包括壓力過濾器、軟化裝置、反滲透裝置和熱脫氣器。一般硬自來(lái)水作為蒸汽鍋爐的補(bǔ)給水會(huì)導(dǎo)致鍋爐熱區(qū)石灰石沉積。

防腐處理：水處理過程的一部分是添加能夠抑制腐蝕的化學(xué)物質(zhì)。這種處理對(duì)提高鍋爐效率和延長(zhǎng)使用壽命非常重要。

供水系統(tǒng)：水處理后，經(jīng)過處理的鍋爐給水通過供水泵輸送至鍋爐。供水系統(tǒng)確保鍋爐可持續(xù)運(yùn)行、穩(wěn)定獲得必要的水源，以維持鍋爐的正常運(yùn)行和蒸汽的產(chǎn)生。

蒸汽發(fā)生器的安全裝置是指鍋爐受壓元件上用于控制鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一些閥門和儀表。主要有安全閥、壓力表、水位表、溫度儀表、保護(hù)裝置、排水閥或排水裝置、防爆門、鍋爐自動(dòng)控制裝置和常用閥門等。

安全閥：鍋爐安全閥是安裝在鍋爐頂部靠近司機(jī)的閥門防止鍋爐內(nèi)的壓力超過規(guī)定的壓力。當(dāng)鍋爐壓力超過規(guī)定值時(shí)，安全閥將自動(dòng)打開以釋放鍋爐中的蒸汽來(lái)降低壓力當(dāng)壓力降至規(guī)定值時(shí)，安全閥將自動(dòng)關(guān)閉，并停止釋放蒸汽以降低壓力。

壓力表：壓力表是顯示鍋爐汽水系統(tǒng)壓力的儀表。

水位表：水位計(jì)是用來(lái)顯示汽包或殼體內(nèi)水位的儀表。它是根據(jù)通訊設(shè)備中液柱高度相等的原理安裝的。水位計(jì)的水連接管和蒸汽連接管分別與鍋筒的水空間和蒸汽空間相連，水位計(jì)與鍋筒形成連通裝置，因此水位計(jì)顯示的水位就是鍋筒內(nèi)的水位。鍋爐中常用的水位計(jì)有兩種玻璃管式和玻璃板式。

蒸汽發(fā)生器的主要工作原理是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)到所需溫度或在一定壓力下產(chǎn)生蒸汽的一種熱力設(shè)備。鍋爐在“鍋”與“爐”這兩部分同時(shí)進(jìn)行水進(jìn)入鍋爐后，鍋爐的受熱面會(huì)將吸收的熱量傳遞給汽水系統(tǒng)中的水，使水在一定的溫度和壓力下被加熱成熱水或產(chǎn)生蒸汽，導(dǎo)出供應(yīng)用。在燃燒設(shè)備部分，燃料燃燒不斷釋放熱量，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^熱量的擴(kuò)散將熱量傳遞給鍋爐受熱面，其溫度逐漸降低，最終從煙囪排出。

蒸汽發(fā)生器可根據(jù)結(jié)構(gòu)燃料循環(huán)方式燃燒方式排渣方式爐膛煙氣和鍋爐數(shù)量進(jìn)行分類。

結(jié)構(gòu)分類

火管鍋爐：火管鍋爐的特點(diǎn)是其內(nèi)部燃燒產(chǎn)生的熱量通過火管傳遞給給水。在這種結(jié)構(gòu)中，水容納在一個(gè)殼體中，熱煙氣通過具有多個(gè)管道的殼體將熱量傳遞給給水。通常，火管鍋爐的結(jié)構(gòu)包括被多個(gè)管道穿過的水箱，來(lái)自火源的熱煙氣通過這些管道，并且水箱通常為圓柱形并且可以垂直或水平放置。燃料通常在鍋爐底部燃燒，熱煙氣通過管道將熱量傳遞給水，從而產(chǎn)生蒸汽。火管鍋爐通常適用于低壓和小容量的應(yīng)用，并且具有緊湊的結(jié)構(gòu)、高效的直管設(shè)計(jì)、較低成本、維護(hù)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單。

水管鍋爐：水管鍋爐和火管鍋爐的主要區(qū)別是水管鍋爐的熱煙氣不通過管道，而是繞管道流動(dòng)，而水則通過管道流動(dòng)。這意味著水管鍋爐是外燃鍋爐，而火管鍋爐是內(nèi)燃鍋爐。由于這種設(shè)計(jì)，水管鍋爐可以承受更高的工作壓力并產(chǎn)生更高的溫度輸出，這是一種安全可靠的設(shè)計(jì)。此外，水管鍋爐通常容量更大，可以承受更高的壓力和溫度。此外，使用過熱器可以提高水管鍋爐的效率，這可以顯著提高水管鍋爐的效率和容量。

燃料分類

燃煤蒸汽發(fā)生器：燃煤蒸汽發(fā)生器是基于燃煤運(yùn)行設(shè)備的形式，根據(jù)燃燒方式的不同可分為旋風(fēng)爐、層燃爐、有沸騰爐和箱式爐四種。燃煤鍋爐在運(yùn)行中需要燃燒大量的煤，導(dǎo)致空氣中有大量的 SO2、NOx 和灰塵。

蒸汽發(fā)生器

燃?xì)庹羝l(fā)生器：與燃煤鍋爐相比，燃?xì)庹羝l(fā)生器具有一定的優(yōu)勢(shì)據(jù)資料分析，燃?xì)忮仩t的工作效率為95%天然氣對(duì)大氣的污染更少。同時(shí)，燃?xì)庹羝l(fā)生器配套設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積小，設(shè)備維護(hù)成本低。

電蒸汽發(fā)生器：電動(dòng)蒸汽發(fā)生器以電為能源，并將其轉(zhuǎn)化為熱能 由蒸汽發(fā)生器轉(zhuǎn)化，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、帶有高溫水或有機(jī)熱載體的鍋爐設(shè)備。由于能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、中國(guó)北方供暖方式的改革、隨著改善大氣環(huán)境的迫切性和蓄熱技術(shù)的發(fā)展，電鍋爐逐漸在我國(guó)北方興起。

電磁感應(yīng)蒸汽發(fā)生器：電磁感應(yīng)蒸汽發(fā)生器采用了一種新的加熱方式，其蒸汽發(fā)生裝置主要包括電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)、穩(wěn)壓集水系統(tǒng)、集成控制系統(tǒng)、汽液分離系統(tǒng)、冷卻循環(huán)回收系統(tǒng)，上述系統(tǒng)的組成，使其能順利完成供水的導(dǎo)入、蒸汽發(fā)生、汽水分離等步驟。與使用煤相比，電加熱蒸汽鍋爐、燃油、以煤氣為原料的蒸汽鍋爐安全性提高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。然而，電加熱蒸汽鍋爐具有復(fù)雜的線路、元器件容易老化、加熱不均勻、部件更換不便等缺點(diǎn)也限制了其推廣應(yīng)用。

電磁感應(yīng)加熱技術(shù)：電磁感應(yīng)加熱技術(shù)可以加速超高溫蒸汽發(fā)生設(shè)備的發(fā)展電磁感應(yīng)加熱技術(shù)可產(chǎn)生500°C以上的高溫蒸汽，溫控精度為±5°C。當(dāng)超高溫蒸汽發(fā)生器的熱轉(zhuǎn)換效率超過95時(shí)%同時(shí)具有加熱迅速加熱均勻的特點(diǎn)，環(huán)保、使用壽命和安全性能具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

高溫管二次加熱技術(shù)：超高溫蒸汽發(fā)生設(shè)備的核心部件之一是可實(shí)現(xiàn)二次加熱的高溫管。為了提高傳熱率，前蒸汽由具有兩個(gè)管壁的夾層結(jié)構(gòu)加熱。為了延長(zhǎng)蒸汽在夾層中的行程，增加加熱時(shí)間并達(dá)到加熱效果，在夾層中纏繞直徑為3 mm的不銹鋼絲，并以約120 mm的間距螺旋纏繞，可以使加熱過程更加均勻。

節(jié)能技術(shù)：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，人口與健康問題日益突出美國(guó)人對(duì)生活經(jīng)驗(yàn)的要求在不斷提高一方面，為了滿足集中供暖的需求，大型供暖鍋爐的需求迅速增加，另一方面，全球變暖和霧霾的加劇要求減少溫室氣體和煙霧的排放。目前大型供暖鍋爐主要采用燃?xì)夤┡桨福瑢?shí)際使用中煙氣溫度較高、較大的能量損失不僅影響供暖的經(jīng)濟(jì)性，而且加劇了冬季的霧霾，難以滿足清潔供暖的需求。目前大多數(shù)鍋爐都在尾部設(shè)置了煙氣余熱回收系統(tǒng)，但由于回收技術(shù)的限制，煙氣余熱回收效率較低因此，可在鍋爐上增加新的節(jié)能裝置，即采用帶隔墻的高效煙氣冷凝余熱回收裝置和吸收式熱泵聯(lián)合回收大過濾的煙氣余熱，并在首站換熱站提前預(yù)熱二次網(wǎng)回水，減少供熱過程中的能耗，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐余熱的再利用，減少供熱過程中的能耗和環(huán)境污染。更換節(jié)能裝置可使排氣溫度降至25℃以下，綜合節(jié)能率為11.3%，對(duì)實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保供暖意義重大。

 水泥生產(chǎn)：蒸汽鍋爐用于水泥廠或水泥混凝土產(chǎn)品加工行業(yè)例如，水泥廠需要使用高溫蒸汽參與生產(chǎn)干燥和維護(hù)等，更廣泛地用于建筑材料和鋼筋混凝土中，需要快速成型和干燥工業(yè)術(shù)語(yǔ)是混凝土的蒸汽養(yǎng)護(hù)。此外，蒸汽鍋爐還可以幫助回收和再利用余熱，為水泥生產(chǎn)提供額外的能源，使水泥制造商能夠產(chǎn)生多達(dá)20%至30%所需的電力。

暖通空調(diào)系統(tǒng)：暖通空調(diào)系統(tǒng)中蒸汽鍋爐的主要功能是加熱水、衛(wèi)生、烹飪、垃圾能源利用和集中供熱。例如，火管鍋爐用于加熱空氣，然后將熱空氣輸送到房屋或倉(cāng)庫(kù)的各個(gè)房間。

發(fā)電廠：電站鍋爐是燃煤火力發(fā)電廠的三大主機(jī)之一，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、作為火電碳減排的重要組成部分，它是我國(guó)最重要的能源消耗和碳排放設(shè)備。此外，蒸汽鍋爐在電廠中的主要應(yīng)用是使用高壓蒸汽發(fā)電。這一過程被稱為蘭金循環(huán)，燃煤電廠和核反應(yīng)堆都依賴蒸汽鍋爐來(lái)最大限度地提高碳基燃料或核反應(yīng)堆的能量輸出。

食品工業(yè)：在食品工業(yè)中，蒸汽鍋爐的應(yīng)用包括食物的烹飪、包裝、加熱和衛(wèi)生處理。蒸汽鍋爐不僅可以保證食品的安全和衛(wèi)生，還可以保證食品的質(zhì)量和味道。