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、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，初級蒸汽發(fā)生器技術(shù)誕生，1867年，隨著對流鍋爐的發(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·威爾科克首次申請了他們的鍋爐設(shè)計專利，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)計并建造了美國第一臺商用超臨界蒸汽發(fā)生器，這標(biāo)志著蒸汽動力技術(shù)的重要進(jìn)展。在20世紀(jì)70年代，世界的單一容量 美國最大的自然循環(huán)鍋爐達(dá)到850兆瓦。2018年，我國首個高溫氣冷堆核電站示范工程石島灣2號蒸汽發(fā)生器成功完成殼程和管程氣壓試驗，標(biāo)志著世界 美國第一臺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，爐膛接近一個圓形，蒸汽設(shè)備對蒸汽壓力的穩(wěn)定性要求不高，因此每臺鍋爐通常只配備一個燃燒器。

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

此外，根據(jù)不同類型的蒸汽發(fā)生器，爐子的設(shè)計可能會有所不同。例如，爐排燃燒蒸汽發(fā)生器的爐膛設(shè)計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，因為這些蒸汽發(fā)生器具有不同的熱力和流動條件。

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。因為它能將水轉(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水，汽水分離，運(yùn)行時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，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。汽包還配有一個水位計、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。但在使用過熱器時往往需要使用效果好的耐熱鋼，所以價格相對較貴另外，過熱器按布置位置和傳熱方式可分為對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：在整個鍋爐中，框架用來支撐汽包、聯(lián)箱、受熱面、部分或全部爐墻平臺、自動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聦崿F(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)的去除或處理對于確保鍋爐的有效運(yùn)行非常重要。但是對于鍋爐來說，這些礦物質(zhì)會造成損害，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。一般硬自來水作為蒸汽鍋爐的補(bǔ)給水會導(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)。這種處理對提高鍋爐效率和延長使用壽命非常重要。

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，安全閥將自動打開以釋放鍋爐中的蒸汽來降低壓力當(dāng)壓力降至規(guī)定值時，安全閥將自動關(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：水位計是用來顯示汽包或殼體內(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，水位計與鍋筒形成連通裝置，因此水位計顯示的水位就是鍋筒內(nèi)的水位。鍋爐中常用的水位計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”這兩部分同時進(jìn)行水進(jìn)入鍋爐后，鍋爐的受熱面會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，水容納在一個殼體中，熱煙氣通過具有多個管道的殼體將熱量傳遞給給水。通常，火管鍋爐的結(jié)構(gòu)包括被多個管道穿過的水箱，來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?；鸸苠仩t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、較低成本、維護(hù)簡單，操作簡單。

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，而水則通過管道流動。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，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。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)勢據(jù)資料分析，燃?xì)忮仩t的工作效率為95%天然氣對大氣的污染更少。同時，燃?xì)庹羝l(fā)生器配套設(shè)備簡單，占地面積小，設(shè)備維護(hù)成本低。

電蒸汽發(fā)生器：電動蒸汽發(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，對環(huán)境無污染。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%同時具有加熱迅速加熱均勻的特點，環(huán)保、使用壽命和安全性能具有獨特的優(yōu)勢。

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，前蒸汽由具有兩個管壁的夾層結(jié)構(gòu)加熱。為了延長蒸汽在夾層中的行程，增加加熱時間并達(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人對生活經(jīng)驗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?，實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%，對實現(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庫的各個房間。

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。