電站鍋爐 utility boiler
火力發電廠中向汽輪發電機組提供蒸汽的鍋爐。包括鍋爐本體和配套輔機。燃料在鍋爐的爐膛中燃燒後釋放熱能，經過金屬壁面傳熱使鍋爐中的水轉化成具有規定參數（溫度和壓力）和品質的蒸汽，然後把蒸氣送入汽輪機，由汽輪機驅動發電機發出電能。
電站鍋爐是火力發電廠三大主要設備之一。（2006年）全世界火力發電量約佔總發電量的65％，在中國約佔75％。因此，電站鍋爐無論從它的作用還是從能源消耗來看，對國民經濟的發展都有重要的影響。
1.組成和原理
主要由汽水系統和燃燒系統兩部分組成。
1.1.汽水系統
給水在鍋爐內吸收燃料燃燒放出的熱量，經過預熱、汽化、過熱三個階段，變成具有規定參數和品質的過熱蒸汽，為提高蒸汽動力循環的效率，還需經過第四個階段再過熱。過熱蒸汽被送入汽輪機高壓缸，經膨脹做功降溫降壓後回到鍋爐再熱器中，再加熱到一定溫度，然後送入汽輪機的中壓缸和低壓缸中繼續膨脹做功。
預熱、汽化、過熱、再過熱過程分別在省煤器、蒸發受熱面（水冷壁、凝渣管、對流管束）、過熱器及再熱器中進行。
1.2.燃燒系統
電站鍋爐燃料可以是固體料、液體燃料和氣體燃料，燃料特性決定燃料的製備、供給及燃燒方式的不同。
煤是火力發電廠的主要燃料，電站燃煤鍋爐以懸浮、流化床燃燒方式為主。
①煤粉鍋爐的燃燒系統。原煤進入磨煤機加熱乾燥並磨成煤粉。有兩種方式將煤粉送入爐膛中與來自空氣預熱器的熱空氣混合燒。一種為直吹式，即將磨煤機磨製的煤粉直接送入爐膛中燃燒；另一種為中間倉儲式，即將磨煤機磨製的煤粉先送到煤粉倉中儲存，然後用給粉機將煤粉送入爐膛中燃燒。
燃燒生成的高溫煙氣流經爐膛和對流煙道中的各級受熱面把熱量傳給水和空氣，煙氣離開鍋爐時溫度已較低，然後經過除塵器、脫硫脫硝裝置、引風機和煙囪排入大氣。
②流化床燃燒系統。原煤破碎成一定粒度的煤粒，通過給料機進入爐膛與爐內高速流動的氣體一一固體兩相流體強烈摻混燒。與煤粉鍋爐的主要區別在於流化床燃燒室內的顆粒濃度遠大於煤粉鍋爐。
2.鍋爐本體的結構類型
本體的結構類型主要取決於燃料特性、鍋爐容量和蒸汽參數等因素，常見的有Π型、塔型和箱型（圖1）。
2.1.Π型
即倒U型，適用於各種容量的鍋爐和各種類型的燃料，是電站鍋爐中應用最廣泛的形式。鍋爐的高度較低，安裝起吊方便，受熱面易於布置，尾部受熱面的檢修較方便，風機、脫硫脫硝裝置、除塵器等均可置於地面但佔地面積較大。
2.2.塔型
適用於燃燒多灰分劣質煙煤、褐煤。無轉彎煙道，可減輕飛灰對受熱面的局部磨損，煤粉管道和燃燒器布置方便，佔地面積較小。但爐體高，將空氣預熱器、除塵器、送引風機等設備置於爐頂時，鍋爐構架支撐困難，安裝檢修較複雜。
2.3.箱型
適用於中、大容量的燃油和燃氣鍋爐。除空氣預熱器外的各個受熱面都布置在一個箱形爐體中，外形尺寸小，構架簡單，佔地面積小，密封性能好，鍋爐與汽輪機的連接較方便。缺點是製造工藝要求高，安裝檢修困難。
3.燃燒器及其布置
燃燒器是電站鍋爐的主要燃燒設備，其作用是保證燃料和燃燒用空氣充分混合，及時著火和穩定燃燒。按其出口氣流持性可分為直流式燒器和旋流式燒器。
燃燒器的布置主要採用前牆布置、前後牆對沖布置和四角布置三種方式。按前兩種方式布置時，一般採用旋流式燒器，其優點是煤粉管道布置較簡單，但不宜用於低揮發分和高灰分的燃料。
四角布置就是把直流式燃燒器布置在爐膛四角，燃燒器出口氣流的幾何軸線與爐膛中心的一個或幾個假想圓相切優點是燃燒比較穩定，適用於煤（包括煙煤、褐煤和貧煤等）、燃油、燃氣等多種燃料鍋爐。缺點是風道布置較複雜。
4.水循環方式
電站鍋爐蒸發系統內工質的循環有自然循環、強制循環、直流和複合循環四種方式。
4.1.自然循環
依靠蒸發系統的下降管與上升管中工質的密度差所產生的壓力差建立的循環。適用於從低壓到高壓直至亞臨界壓力的鍋爐，使用最為普遍，但鍋筒內壓力一般限於20兆帕以下。
4.2.強制循環
工質除依靠水與汽水混合物的密度差以外，主要依靠裝設在下降管與上升管間的循環泵的壓頭進行的循環。因此，蒸發受熱面的布置較自由，鍋筒直徑也可較小。主要用於亞臨界壓力的鍋爐。
4.3.直流鍋爐
給水依靠給水泵的壓頭，順次通過加熱、蒸發、過熱各級受熱面最終全部成為所要求壓力、溫度的過熱蒸汽。直流鍋爐不設鍋筒。鍋爐的水容量及相應的蓄熱能力較小，且不能靠連續排污去除給水帶入鍋爐的鹽分，所以對自動控制及水處理的要求很高。廣泛應用於高壓以上的機組，能應用到超臨界壓力及以上參數。
4.4.複合循環
將直流鍋爐與強制循環鍋爐二者結合起來，在直流鍋爐汽水系統中增設循環泵。適用於亞臨界及超臨界壓力鍋爐。複合循環鍋爐的汽水系統有多種布置形式。
在高負荷時，循環泵作為增壓泵，系統按直流鍋爐方式運行。當低於一定負荷投入再循環時，通過水冷壁的流量為給水流量與再循環流量之和。這種系統的特點是減小了高、低負荷下水冷壁中流速的差值，有利於低負荷運行，且高負荷時的流動阻力也不致太大。
一種亞臨界壓力的複合循環系統，又稱低循環倍率鍋爐。在這種系統中，蒸發受熱面出口裝設汽水分離器，額定負荷時的循環倍率K≤2，一般在1.3～1.8之間，同純直流鍋爐相比，低循環倍率鍋爐的蒸發系統的阻力較小，更適合於變壓運行，而且所用分離器直徑遠小於一般的鍋筒。
5.發展趨勢
電站鍋爐總的發展趨勢是：提高蒸汽參數，增大單機容量，環保與潔凈煤燃燒，垃圾鍋爐等。
5.1.提高蒸汽參數
提高蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度，可提高電站汽輪發電機組的效率。以亞臨界機組過熱和再熱汽溫均為538℃為例，保持汽溫不變，把出口壓力從16.5兆帕提高到超臨界24.2兆帕時，電站效率可提高1.8％。若溫度不變進一步提高壓力，則電站效率提高不多。
若保持出口汽壓24.2兆帕不變，汽溫從538℃提高到621℃，則電站效率可提高3.7％。蒸汽壓力30～31兆帕，蒸汽溫度580～600℃時，機組效率可達到45％～49％。
隨著工藝性能良好的高強度耐熱鋼種的開發成功，高參數電站鍋爐得到廣泛應用。
5.2.增大單機容量
增大單機容量可以降低電站單位功率（千瓦）的設備造價，但設備造價並非隨著單機容量的增加成比例降低。電站鍋爐發展方向總的說來是增大單機容量，但當容量超過某一定值時，經濟性反而要降低，單機的最大容量究竟應增大到何等程度，尚在探討中。
5.3.環保與潔凈煤燃燒
電站鍋爐所排放煙氣中含有硫氧化物、氮氧化物及二氧化碳等有毒有害物質，排放量約佔各類污染物總量四分之一。
潔凈煤燃燒技術可以在燒過程中控制硫氧化物和氮氧化物的生成，或從煙氣中除去硫氧化物和氮氧化物，保證污染物的排放達到環保要求。
20世紀90年代開始，採用先進燃燒技術的循環流化床鍋爐(CFB)、煤聯合循環機組〔增壓流化床燃煤聯合循環（PFBC-CFB）和整體煤氣化聯合循環（IGCC）〕已經得到廣泛應用，並向大型化發展。
無論從提高電站效率還是從污染物排放控制來看，潔凈煤燒技術將是電站鍋爐的一個發展方向。
5.4.垃圾鍋爐
以城市生活垃圾或固體廢棄物為燃料的鍋爐。它以實現城市垃圾減量化、無害化及資源化為目標。鍋爐的容量參數和效率均不高，但社會效益明顯。
發達國家垃圾資源化率已達50％，中國尚處於起步階段。垃圾電廠因其排放控制嚴格，煙氣處理設備價格昂貴等因素，在一定程度上影響了它的發展。
摘自：《中國大百科全書（第2版）》第5冊，中國大百科全書出版社，2009年
