2023年工業(yè)鍋爐設(shè)備

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工業(yè)鍋爐設(shè)備

課程基本要求

1.熟悉工業(yè)鍋爐的定義、工作原理

2.熟悉鍋爐分類原則

3.掌握鍋爐型號含義

4.掌握工業(yè)鍋爐的組成與結(jié)構(gòu)

5.了解工業(yè)鍋爐輔助設(shè)備

6.了解工業(yè)鍋爐的燃燒設(shè)備

相關(guān)標準：

《工業(yè)鍋爐技術(shù)條件》NB/T47034-2013

《工業(yè)鍋爐產(chǎn)品型號編制方法》JB/T1626-2002

主要內(nèi)容

1.工業(yè)鍋爐定義及工作原理

2.鍋爐傳熱與水循環(huán)基礎(chǔ)

3.工業(yè)鍋爐分類

4.工業(yè)鍋爐型號及參數(shù)系列

5.工業(yè)鍋爐基本組成及主要受壓部件

6.典型工業(yè)鍋爐結(jié)構(gòu)簡介

7.工業(yè)鍋爐燃燒設(shè)備

8.工業(yè)鍋爐輔助設(shè)備

第一章工業(yè)鍋爐定義及工作原理

第01講工業(yè)鍋爐定義及工作原理

1.工業(yè)鍋爐定義及工作原理

鍋爐是一種動力設(shè)備?！板仩t”二字非常形象而又科學、準確地說明了這種設(shè)備。鍋爐一般是以

水為介質(zhì)，盡管現(xiàn)代工業(yè)鍋爐也有采用導熱油等有機液體作為鍋爐介質(zhì)（有機熱載體鍋爐），但是大

多數(shù)的鍋爐，特別是用于發(fā)電的大型鍋爐，仍然將水作為介質(zhì)。

鍋爐為了實現(xiàn)對水加熱、汽化、蒸汽過熱的過程，必須具有能從燃料獲得足夠熱量的設(shè)備，即“爐

子”，以及盛裝水及蒸汽的耐壓容器，并具有能吸收足夠熱量的受熱面，這就是“鍋”。

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□

這里所指的“足夠熱量”，取決于需要產(chǎn)生蒸汽（水）的量，以及蒸汽（水）的壓力和溫度。如

果要給鍋爐作一個科學的描述，那么應該表述為：鍋爐是這樣一種換熱設(shè)備，它通過燃料的燃燒，使

燃料中的化學能轉(zhuǎn)化為熱能，并將此熱能傳遞給工質(zhì)（多數(shù)情況下為水）從而使工質(zhì)升溫甚至轉(zhuǎn)變成

為具有所需要的熱力學參數(shù)的蒸汽。

1工業(yè)鍋爐的定義

1.1鍋爐定義

GB/T2900.48—2008《電工名詞術(shù)語鍋爐》將鍋爐定義為：利用燃料燃燒釋放的熱能或其他熱

能加熱水或其他工質(zhì)，以生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)（溫度，壓力）和品質(zhì)的蒸汽、熱水或其他工質(zhì)的設(shè)備。

鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。也是一種典型的承壓類特種設(shè)備（符合一定條件）。

為了加強特種設(shè)備安全工作，預防特種設(shè)備事故，保障人身和財產(chǎn)安全，我國制定一系列法律法

規(guī)對鍋爐進行安全管理。

我國根據(jù)《特種設(shè)備安全法》、《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》、《特種設(shè)備目錄》界定鍋爐是否納

入特種設(shè)備實施監(jiān)管。

《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》對鍋爐的定義為：

鍋爐，是指利用各種燃料、電或者其他能源，將所盛裝的液體加熱到一定的參數(shù)，并對外輸出熱

能的設(shè)備，其范圍規(guī)定為容積大于或者等于30L的承壓蒸汽鍋爐；出口水壓大于或者等于0.IMPa（表

壓），且額定功率大于或者等于0.1MW的承壓熱水鍋爐；有機熱載體鍋爐。

《特種設(shè)備安全法》規(guī)定，“國家對特種設(shè)備實行目錄管理。特種設(shè)備目錄由國務院負責特種設(shè)

備安全監(jiān)督管理的部門制定，報國務院批準后執(zhí)行”。

“質(zhì)檢總局關(guān)于修訂《特種設(shè)備目錄》的公告（2014年第114號）”中《特種設(shè)備目錄》對鍋

爐的定義為：

鍋爐，是指利用各種燃料、電或者其他能源，將所盛裝的液體加熱到一定的參數(shù)，并通過對外輸

出介質(zhì)的形式提供熱能的設(shè)備，其范圍規(guī)定為設(shè)計正常水位容積大于或者等于30L,且額定蒸汽壓力

大于或者等于0.IMPa（表壓）的承壓蒸汽鍋爐；出口水壓大于或者等于0.IMPa（表壓），且額定功

率大于或者等于0.1MW的承壓熱水鍋爐；額定功率大于或者等于0.1MW的有機熱載體鍋爐。

特種設(shè)備目錄中鍋爐的類別為：

承壓蒸汽鍋爐；承壓熱水鍋爐；有機熱載體鍋爐；

有機熱載體鍋爐分為有機熱載體氣相爐，有機熱載體液相爐兩個品種。

2004年公布《特種設(shè)備目錄》（已廢止）包含：鍋爐部件；鍋爐材料。以及承壓蒸汽鍋爐又分

為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、生活鍋爐三個品種。

1.2工業(yè)鍋爐定義：

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工業(yè)鍋爐的概念是在20世紀30年代后期，為了區(qū)別于大容量電站鍋爐才逐漸采用的。通常人

們將工業(yè)鍋爐和生活鍋爐合稱工業(yè)鍋爐，我國目前的標準規(guī)范中所述工業(yè)鍋爐一般也包含生活鍋爐。

GB/T2900.48-2008《電工名詞術(shù)語鍋爐》中工業(yè)鍋爐的定義為：生產(chǎn)的蒸汽或熱水主要用于工

業(yè)生產(chǎn)和/或民用的鍋爐。

GB/T1921-2004《工業(yè)蒸汽鍋爐參數(shù)系列》明確其適用于工業(yè)用、生活用以水為介質(zhì)的固定式蒸

汽鍋爐。

1999版《鍋爐定期檢驗規(guī)則》（已廢止）第十一條中明確，工業(yè)鍋爐是指以向工業(yè)生產(chǎn)或生活

用途提供蒸汽、熱水的鍋爐，一般是指額定工作壓力小于等于2.5MPa的鍋爐。

TSGG7002-2015《鍋爐定期檢驗規(guī)則》（2015.10.1實施）對于鍋爐檢驗的要求是按電站鍋爐和

電站鍋爐以外的鍋爐來分別要求，沒有再明確給出工業(yè)鍋爐的定義。

TSG0001-2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對鍋爐范圍做了進一步調(diào)整，其適用范圍包括固定式

承壓蒸汽鍋爐、承壓熱水鍋爐、有機熱載體鍋爐，以及以余（廢）熱利用為主要目的煙道式和煙道與

管殼組合式余（廢）熱鍋爐。

這里面涉及的工業(yè)鍋爐包括：發(fā)電（包括熱、電聯(lián)產(chǎn)）鍋爐之外的蒸汽鍋爐、發(fā)電鍋爐之外的以

余

（廢）熱利用為主要目的煙道式和煙道與管殼組合式余（廢）熱鍋爐、承壓熱水鍋爐、有機熱載

體鍋爐。

2工業(yè)鍋爐用途、特點

2.1工業(yè)鍋爐用途

a.為石油、化工、紡織、造紙、醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)提供熱能。

b.用于采暖、食品加工、衛(wèi)生消毒等人民生活的諸多方面。

c.回收利用工業(yè)生產(chǎn)過程的余（廢）熱。

2.2工業(yè)鍋爐特點

工業(yè)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備，實踐證明，它又是一種事故率比較高、事故危害嚴重的特殊

設(shè)備，主要表現(xiàn)在：易發(fā)事故、破壞力強、危害性大。特點：

a.爆炸危害性：鍋爐一般都是承受壓力載荷的承壓設(shè)備，超壓、安全附件失靈、受壓元件缺陷等

等都有可能出現(xiàn)爆炸事故，造成財產(chǎn)損失和人身傷害；

b.易于損壞性：鍋爐受熱面長期處于高溫條件下工作，以及同時受火、煙氣、灰、水（汽）等的

侵蝕、磨損，鍋爐設(shè)備是在比較惡劣的條件下運行，比一般設(shè)備易于損壞；

c.使用的廣泛性：由于鍋爐是提供熱源的重要設(shè)備，凡是需要蒸汽、熱水的生產(chǎn)和生活場所，一

般都離不開鍋爐，鍋爐遍及國民經(jīng)濟的各個行業(yè)，使用非常廣泛；

d.可靠的連續(xù)運行性：無論生產(chǎn)或生活用鍋爐，一旦投入運行，就要連續(xù)運轉(zhuǎn)，如果被迫停爐，

會造成很大損失。生產(chǎn)用鍋爐被迫停爐，會造成工廠停產(chǎn)；采暖鍋爐冬季被迫停爐，會影響人

們生活，因此，要求鍋爐必須連續(xù)可靠地運行。

所以，鍋爐的特殊工況條件決定了鍋爐的特殊性，事故的危害性大，尤其是鍋爐爆炸事故，一旦

爆炸，造成的損失就難以估量。

3鍋爐工作原理

以常見的利用燃料燃燒釋放的熱能且工質(zhì)為水、汽的鍋爐為例，其工作原理可用下述工作過程和

工作系統(tǒng)來說明。

3.1鍋爐工作過程：鍋爐產(chǎn)生熱水或蒸汽需要三個過程。

a.燃料的燃燒過程，燃料在爐膛內(nèi)燃燒放出熱量的過程。

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b.煙氣的流動和傳熱過程，燃料燃燒后產(chǎn)生的熱量，通過受熱面?zhèn)鬟f給鍋內(nèi)的水或蒸汽的過程。

C.工質(zhì)的加熱汽化過程（鍋內(nèi)過程），水吸收熱量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴蛘羝倪^程。

3.2鍋爐工作系統(tǒng)：鍋爐從構(gòu)造上由二個系統(tǒng)組成，鍋爐的工作過程就是在系統(tǒng)內(nèi)連續(xù)完成的。

3.2.1汽水系統(tǒng)：進入鍋爐的水（給水），經(jīng)過加熱、汽化、過熱，最后獲得符合要求參數(shù)的蒸

汽或熱水；

3.2.2燃燒系統(tǒng)：燃料和空氣（或經(jīng)過空氣預熱器預熱）送入爐內(nèi)混合燃燒后，產(chǎn)生高溫煙氣,

再通過各受熱面，將熱量傳給工質(zhì)以后，煙氣由煙囪排出。燃燒生成的灰渣，由排渣設(shè)備排出；

電站鍋爐及其輔助設(shè)備系統(tǒng)簡圖

①一煤斗；②一給煤機；③一磨煤機；④一空氣預熱器；⑤一排粉風機；⑥一燃燒器；⑦一爐膛；

⑧一水冷壁；⑨一屏式過熱器；⑩一高溫過熱器；（1D—低溫過熱器；?一省煤器；?一除塵器；（14）—

吸風機；?一煙囪；（16）一送風機；（17）一鍋筒；（18）一下降管；（19）一頂棚過熱器；（20）一排渣室

燃料進入鍋爐燃燒的基本流程：

燃燒爐膛（或爐排）除渣設(shè)備。

煙氣的基本流程：

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蒸汽的產(chǎn)生過程（流程）：

水的循環(huán)過程（流程）：

第二章鍋爐傳熱與水循環(huán)基礎(chǔ)

第01講鍋爐傳熱與水循環(huán)基礎(chǔ)（一）

2.鍋爐傳熱與水循環(huán)基礎(chǔ)

內(nèi)容

區(qū):「熱力學基礎(chǔ)

熱力學第一定律、熱力學第二定律、水蒸汽的性質(zhì)等

2.2傳熱學基礎(chǔ)

輻射、導熱、對流等

2.3鍋爐水循環(huán)

水循環(huán)與流動壓頭、影響水循環(huán)因素、水循環(huán)故障等

2.~4流體的層流和紊流

工程熱力學、傳熱學與流體力學并稱能源動力類專業(yè)的三大基礎(chǔ)課程。在鍋爐設(shè)計、制造、運行

等環(huán)節(jié)得到廣泛應用。

工程熱力學、傳熱學用于鍋爐受熱面設(shè)計和熱力計算。流體力學用于鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計和水動

力計算、煙風阻力計算等。

2.1熱力學基礎(chǔ)

工程熱力學的研究對象主要是熱能轉(zhuǎn)化為機械能的規(guī)律和方法以及提高轉(zhuǎn)化效率的途徑。

2.1.1熱力學第一定律：

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自然界中一切物質(zhì)都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅；但能量可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)

變?yōu)榱硪环N形態(tài)；在能量的轉(zhuǎn)化過程中，一定量的一種形態(tài)的能量總是確定地相應于一定量的另一種

形態(tài)的能量，能的總量保持不變。

在工程熱力學的范圍內(nèi)，熱力學第一定律主要是熱能和機械能之間的相互轉(zhuǎn)化和守恒。用簡單的

數(shù)學式表示，即

Q=AJW

式中Q表示消耗的熱能，W表示完成的功，AJ表示與一個單位的功相當?shù)臒崃?，叫做熱功當量?/p>

AJ的數(shù)值與能量轉(zhuǎn)化時的條件無關(guān)，僅僅決定于熱和功所用的單位。

在國際制（SI）中，熱與功采用相同的單位，即焦耳（J）。所以AJ=1這時上式可寫成、=1匕

在工程制中，熱的單位是千卡（kcal）,功的單位是公斤力?米（kgf?m）,這時

(1.1)

把熱力學第一定律的原則應用于系統(tǒng)中的能量變化時可寫成如下形式：

進入系統(tǒng)能量一離開系統(tǒng)能量=系統(tǒng)中儲存能量的增加

2.1.2熱力學第二定律

熱力學第二定律有幾種最基本的、廣為應用的敘述方式，一種為克勞修斯說法，即：熱不可能自

發(fā)地、不付代價地、從低溫物體傳至高溫物體。另一種為開爾文表達方式，即：不可能制造出從單一

熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)化成為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機。還有一種最經(jīng)典的表述：第二

類永動機是不可能存在的。

由熱力學第二定律可以推出著名的卡諾定理：

在相同溫度的高溫熱源T1和相同溫度的低溫熱源T2之間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相

等，與可逆循環(huán)的種類及采用哪一種工質(zhì)無關(guān)，其熱效率等于1—T2/T1。

T1和T2之間工作的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)的熱效率。

由兩個可逆的定溫過程和兩個絕熱過程組成的循環(huán)稱為卡諾循環(huán)，在相同熱源和冷源之間工作的

一切循環(huán)以卡諾循環(huán)熱效率最高。

2.1.3水蒸汽的性質(zhì)

1.汽化

水由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的過程稱為汽化。

汽化是通過蒸發(fā)或沸騰兩種方法進行的。

蒸發(fā)是水在自由表面上緩慢地汽化，在任何溫度下都在持續(xù)進行。

沸騰是水在表面和內(nèi)部同時進行劇烈的汽化，只有當溫度達到沸點時才會發(fā)生。

2.飽和溫度（沸點溫度）

是指對水加熱時，水的溫度不斷上升，當達到該壓力下水開始沸騰（常壓下100℃）時的溫度。

此時的水稱為飽和水，此時的蒸汽稱為飽和蒸汽（濕蒸汽）。

飽和蒸汽中含水分的重量百分數(shù)叫做濕度，它是衡量蒸汽品質(zhì)好壞的一個重要指標。一般對蒸汽

濕度的要求，水管鍋爐應控制在3%以下，火管鍋爐應控制在5%以下。

濕度過大，會降低蒸汽的品質(zhì)，影響使用效果，還可能在蒸汽管道上發(fā)生水擊現(xiàn)象，使管道劇烈

震動，以致?lián)p壞。

3.過熱蒸汽

是指在該壓力下對飽和蒸汽再加熱，蒸汽的溫度開始上升，變成溫度超過飽和溫度的過熱蒸汽。

而超過飽和溫度的溫度數(shù)值稱為過熱度。

將飽和蒸汽進一步加熱變成過熱蒸汽的目的：是讓蒸汽不帶水分，保證蒸汽品質(zhì)。同時，讓蒸汽

升溫，增加蒸汽熱焙，來供給生產(chǎn)或汽輪機發(fā)電。

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4.液體熱（顯熱）

是指在一定壓力下，使1公斤的水從0℃加熱到飽和溫度所需要的熱量。

液體熱僅用于提高水的溫度，而不能改變水的形態(tài)。它與壓力有關(guān)，壓力越高液體熱就越大。

5?汽化熱（潛熱）

是指在二定壓3下，使1公斤的飽和水完全汽化，變成干飽和蒸汽所需要的熱量。

汽化熱僅增加汽化量，而不提高蒸汽溫度。它與壓力成反比，壓力越高汽化熱就越小。

6.焰

是指在一定壓力下，使1公斤的水從加熱到任一狀態(tài)下的水或蒸汽所吸收的總熱量。飽和水

的焰等于液體熱，干飽和蒸汽的熔就等于液體熱與汽化熱之和。

7.水蒸汽的特性

水蒸汽具有良好的膨脹，壓縮和載熱性能，因此在動力工程和工業(yè)部門的生產(chǎn)工藝過程中，水蒸

汽是應用最廣泛的一種介質(zhì)。

飽和蒸汽離液態(tài)（水）較近，為不穩(wěn)定狀態(tài)，遇冷即轉(zhuǎn)化為飽和水放出汽化潛熱。所以工業(yè)上常

用飽和蒸汽而較少用過熱蒸汽。

過熱蒸汽具有較大的能量，且沒有水分，常用來推動汽輪機發(fā)電。

2.1.4水蒸汽的熱力過程

1.飽和狀態(tài)-------液體和蒸汽處于動態(tài)平衡的狀態(tài)

圖1.1水的飽和狀態(tài)

容器內(nèi)液體一蒸發(fā)、汽化一蒸汽

液體+凝結(jié)、液化一蒸汽

此時的汽化速度取決于液體溫度t,液化速度取決于蒸汽密度PO

當汽化速度等于液化速度時，達到飽和狀態(tài)（動平衡），兩過程不斷進行，但狀態(tài)不變，P和t

不再改變。

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\

二

圖1.2定壓下水蒸汽的產(chǎn)生過程

2.1.5物質(zhì)平衡與熱平衡

鍋爐中所發(fā)生的過程當然遵守物質(zhì)不滅定律。送入鍋爐的燃料通過燃燒這一化學反應將燃料中的

可燃質(zhì)轉(zhuǎn)變成為了二氧化碳、二氧化硫、水蒸汽、灰渣等燃燒產(chǎn)物。但由于種種原因，燃料在鍋爐中

不能完全燃燒，而燃燒放出的熱量也不會全部有效地用于生產(chǎn)蒸汽或熱水。

也就是說，燃料的總輸入熱量中只有一部分被工質(zhì)（水或蒸汽）所吸收，這部分熱量稱為有效利

用熱，其余部分則損失掉了，稱為鍋爐的熱損失。有效利用的熱量和損失掉的熱量與送入鍋爐的總熱

量之間服從能量守恒定律。

2.1.6蒸汽動力裝置及循環(huán)

1.水蒸汽作為工質(zhì)的卡諾循環(huán)

如圖：濕蒸汽區(qū)可以實現(xiàn)卡諾循環(huán)1-2-C-5T,實際不用，因為：1.5-l,l-2.2-c三過程可以

實現(xiàn)。但c-5難實現(xiàn)；2.濕蒸汽區(qū)Th受限，nt不高；3.1-2膨脹末期，干度太小，影響汽機工作。

2朗肯循環(huán)一火力發(fā)電廠基本循環(huán)

蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)及朗肯循環(huán)針對上述3點不利因素，進行改進的可逆循環(huán)。

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如圖：2-3過程為定壓放熱完全冷凝成水。便于水泵工作；3,-4過程為過冷水吸熱（與卡諾不

同，定壓吸熱）

5T過程為過熱器吸熱（與卡諾不同，定壓吸熱）

2.2傳熱學基礎(chǔ)

傳熱：是物質(zhì)在溫差作用下所發(fā)生的熱能傳遞。

傳熱學：研究熱能傳遞規(guī)律的一門學科。

熱量總是自然地由高溫物體傳向低溫物體，在鍋爐中，燃燒是基礎(chǔ)，產(chǎn)生蒸汽或熱水是目的，這

兩者是通過傳熱來實現(xiàn)的。燃料在爐膛內(nèi)燃燒后，放出高溫熱量，通過火焰的熱輻射和煙氣的對流傳

熱將熱量傳遞給鍋爐各受熱面，通過受熱面自身的熱傳導將熱量從外壁煙氣側(cè)傳遞到內(nèi)壁工質(zhì)側(cè)，再

通過鍋內(nèi)工質(zhì)流動把內(nèi)壁的熱量吸收變成蒸汽或高溫熱水。

鍋爐內(nèi)熱量傳遞方式有熱輻射、熱傳導、對流傳熱三種。

圖1.5鍋爐傳熱示意圖

2.2.1熱輻射

2.2.1.1定義

輻射：物體通過電磁波來傳遞熱量的方式。

熱輻射：物體由于熱的原因向外發(fā)出的輻射。

輻射換熱：物體之間以輻射的形式交換熱量。

2.2.1.2特點

1.不需要冷熱物體的直接接觸。即：不需要介質(zhì)的存在，在真空中就可以傳遞能量，而且最有效。

2.在輻射換熱過程中伴隨著能量的轉(zhuǎn)移和能量形式的轉(zhuǎn)換，物體熱力學能一電磁波能一物體熱力

學能。

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3.動態(tài)平衡

只要物體之間的溫度差很大時，熱輻射就能成為主要傳熱方式。運行的鍋爐熱輻射主要發(fā)生在有

火焰輻射的地方，如爐膛、水冷壁管等部分。當爐膛溫度在1200C以上時，布置在爐膛內(nèi)的水冷壁

吸收輻射熱量要比對流受熱面效果高出5倍以上。

熱輻射計算公式為

（1.2）

式中

qf一爐膛輻射換熱量，kj/m2；

2

&一絕對黑體輻射常數(shù)，Co=5.7X10-llkW/m；

a一爐膛黑度，與煙氣特性，受熱面幾何特性及表面灰污狀況有關(guān)；

一爐膛中火、煙氣的平均有效溫度,K；[=3+273；

加一受熱面煙氣側(cè)壁面溫度,K；Tbl-tbl+273o

2.2.2熱傳導

2.2.2.1定義

溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體間直接接觸時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒

子熱運動而進行的熱量傳遞現(xiàn)象。

2.2.2.2特點

1.直接接觸

2.物體各部分之間不發(fā)生宏觀位移

3.依靠微觀粒子（分子、原子、電子等）的無規(guī)則熱運動

4.物體的固有本質(zhì)（只要存在溫差，在固體、液體、氣體中均會發(fā)生導熱現(xiàn)象）

在熱傳導過程中物體本身各部分不發(fā)生相對移動。例如：鍋爐水管的外壁受煙氣加熱后，熱量很

快傳導給內(nèi)壁。再供鍋水吸收。各種物質(zhì)的導熱性能是不相同的。

物體傳導熱量的能力稱為熱傳導率或常稱為導熱系數(shù)。用符號“X”表示，單位：kW/m?°C。

導熱系數(shù)越大，傳熱越強。金屬是導熱體，熱傳導率較大。而非金屬，如：空氣、塑料、石棉熱

傳導率很小，屬于絕熱體。一般鍋內(nèi)水垢的導熱系數(shù)僅是鋼的1/20—1/50,煙垢則比水垢的導熱系

數(shù)還小，煙灰的導熱系數(shù)平均值僅為鍋爐鋼板的l/460o

熱傳導計算公式為：

kW/m2（1.3）

式中：

一單位面積熱傳導量，kW/mL，；

人—物體的導熱系數(shù)，kW/m?℃；

S一物體導熱厚度，m；

△t一物體導熱高、低溫差，℃；At=tbi-tb2

2.2.3對流傳熱

2.2.3.1定義

流體各部分之間發(fā)生相對位移時，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。也就是借助流動的

液體或氣體，把熱量從一個物體傳遞給另一個物體的過程。

2.2.3.2特點

1.僅能發(fā)生在流體中

2.流體宏觀運動+流體導熱（流體中各部分溫度不同，必然拌有分子不規(guī)則熱運動而傳遞的熱量）

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3.對流換熱：流體流過溫度不同的固體壁面時的熱量傳遞過程(工程上感興趣)

4.對流換熱機理與通過緊靠換熱面上薄膜層的熱傳導有關(guān)

2.2.3.3分類

對流換熱按照不同的原因可分為多種類型。

按流動起因可分為：強迫對流換熱和自然對流換熱。

按是否相變可分為：相變對流換熱和無相變對流換熱

在單位時間內(nèi)流體和壁面的溫度相差1C時，通過單位面積所傳遞的熱量稱為傳熱系數(shù)。用符號

2

“a”表示，單位:kW/m?r0

在鍋爐設(shè)備中，對流傳熱是高溫煙氣以某種速度流經(jīng)受熱面，沖刷管壁，在與管壁接觸過程中放

熱。對流傳熱系數(shù)是表明傳熱過程強弱。它的影響因素很多，其主要原因有：煙氣的流速；煙氣與受

熱面沖刷方向以及受熱面管子的排列。

對流傳熱計算公式為

(1.4)

式中：

qL——單位面積、單位時間對流傳遞的熱量，kW/m2；

a——對流傳熱系數(shù)，kW/m2?℃；

△t——高、低溫物體的溫差，。C。

2.2.4傳熱過程和傳熱系數(shù)

2.2.4.1傳熱過程

1.傳熱過程概念

熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中去的過程稱傳熱過程。

2.傳熱過程的組成

傳熱過程一般包括串聯(lián)著的三個環(huán)節(jié)組成，即：

(1)熱流體一壁面高溫側(cè)；

(2)壁面高溫側(cè)一壁面低溫側(cè)；

(3)壁面低溫側(cè)一冷流體。

若是穩(wěn)態(tài)過程則通過串聯(lián)環(huán)節(jié)的熱流量相同。

3.傳熱過程的計算

針對穩(wěn)態(tài)的傳熱過程，即Q=常數(shù)

圖1.6傳熱過程

如上圖(圖1.6),其傳熱環(huán)節(jié)有三種情況，則其熱流量的表達式如下:

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(1.5)

(1.6)

(1.7)

三式相加，整理可得:

也可以表示成:

式中，K稱為傳熱系數(shù)，單位為W/(m2.K)o

2.2.4.2傳熱系數(shù)

L概念：是指用來表征傳熱過程強烈程度的指標。數(shù)值上等于冷熱流體間溫差△t=l℃,傳熱面

積A=In?時熱流量的值。

K值越大，則傳熱過程越強，反之，則弱。其大小受較多的因素的影響：

①參與傳熱過程的兩種流體的種類；

②傳熱過程是否有相變

傳熱系數(shù)的表達式為：

(1.13)

傳熱系數(shù)的表達式揭示了傳熱系數(shù)的構(gòu)成，即它等于組成傳熱過程諸環(huán)節(jié)的1/hl、6/人及l(fā)/h2

之和的倒數(shù)。如果對上式取倒數(shù)，可得：

或「

因此，由上式可見：傳熱過程熱阻是由各個構(gòu)成環(huán)節(jié)的熱阻組成。

串聯(lián)熱阻疊加原則：在一個串聯(lián)的熱量傳遞過程中，如果通過各個環(huán)節(jié)的熱流量都相等，則串聯(lián)

熱量傳遞過程的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱阻之和。

第02講鍋爐傳熱與水循環(huán)基礎(chǔ)(二)

2.3鍋爐水循環(huán)

2.3.1水循環(huán)與流動壓頭

鍋爐運行時，“鍋”中的水實際上遵循著一定的路線不斷的流動著，流動的路線往往構(gòu)成周而復

始的回路叫做循環(huán)回路。水在鍋爐循環(huán)回路中的流動，稱為鍋爐水循環(huán)。

鍋爐的水循環(huán)可分為自然循環(huán)和強制循環(huán)兩類，自然循環(huán)是利用上升管中汽水混合物的密度較下

降管中的水為小，形成壓力差，使鍋水循環(huán)。強制循環(huán)是依靠水泵的推動作用強迫鍋水循環(huán)。絕大部

分工業(yè)蒸汽鍋爐水循環(huán)都是自然循環(huán)。

按鍋爐結(jié)構(gòu)不同，鍋爐中的水循環(huán)，有的只有一個循環(huán)回路，有的卻有幾個循環(huán)回路。

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圖L8是自然循環(huán)鍋爐單回路水循環(huán)的示意圖。它構(gòu)成的循環(huán)回路是：上升管1一鍋筒2一下降

管3一下集箱4一上升管1。

圖1.9是自然循環(huán)鍋爐多回路水循環(huán)的示意圖?？梢钥闯?，圖中1、3、5三組上升管（水冷壁管

及對流排管）共同合用一組下降管4,構(gòu)成三個水循環(huán)回路。

圖1.8單回路水循環(huán)原理示意圖圖1.9多回路水循環(huán)原理示意圖

自然循環(huán)的原理是利用上升管中汽水混合物的密度較小，重量較輕，下降管中尚未汽化的水密度

較大，重量較重，造成壓力差，形成自然循環(huán)壓頭，使兩段水柱之間失去平衡，導致鍋水流動而循環(huán)。

水循環(huán)流動壓頭：是指下降管內(nèi)的水與上升管內(nèi)的水汽混合物之間的重量差或壓力差。用4P表

示，單位Pa。

△「=日混（P'—P混）（1.23）

式中：

H混一一上升管汽水混合物水柱的高度，m；

P'一一下降管中水的重度，N/m3；

3

P混一一上升管汽水混合物的平均重度，N/mo

在自然循環(huán)過程中，每一循環(huán)回路都存在著流動阻力，即上升管和下降管的阻力之和。流動壓頭

是用來克服流動中的全部阻力損失。

有效壓頭是指上升管產(chǎn)生的運動壓頭除去本身的流動阻力損失后剩余的壓頭，是用來克服下降管

阻力的。有了足夠的有效壓力，才能保證工質(zhì)不停的流動。

P有效=H混（P'-P混）一Z\P上升管=4P下降管（1.24）

式中：

P有效----有效壓頭，N/m'；

H混一一上升管汽水混合物水柱的高度，m；

P'一一下降管中水的重度，N/m3；

P混一一上升管汽水混合物的平均重度，N/m3；

△P上升管一一上升管水流動阻力，N/m：'；

△P下降管一一下降管水流動阻力，N/m：

2.3.2影響水循環(huán)的因素

從上式計算中可以看出，良好水循環(huán)決定因素是：

1.鍋爐工作壓力

壓力越高，氣水密度差越小。工業(yè)鍋爐一般都是低壓鍋爐，因此對循環(huán)比較有力。

2,受熱強度

受熱越強，上升管中工質(zhì)的含汽量就越多，密度差就越大。因此，在自然循環(huán)鍋爐中，隨著負荷

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增加，回路的流動壓頭增大，使循環(huán)水量也隨之增大，具有一定的自補償能力，這是自然循環(huán)鍋爐的

一個優(yōu)點。相反，如負荷很低，則水循環(huán)的穩(wěn)定性就較差。所以工業(yè)鍋爐低負荷運行對水循環(huán)的穩(wěn)定

性是不利的。

3.回路高度

對中低壓工業(yè)鍋爐來說，回路越高，流動壓頭越大。應注意盡量減少上升水平段的長度，因為增加水

平段長度，流動壓頭不變，而阻力增加，將使有效壓頭減小，對水循環(huán)不利。

一般對0.8MPa表壓力以下的鍋爐，水冷壁的高度最好不少于2米，對于1.3MPa表壓力的鍋爐,

水冷壁高度最好不少于3.5米。

4.上升管和下降管阻力應盡量減小

進入上升管的循環(huán)水量是標志水循環(huán)回路工作可靠性的重要參數(shù)，循環(huán)水量越大，工作越可靠。

常用進入上升管的水流速來表示，稱為循環(huán)水速，用W0表示，如下式：

Wo=,m/s（1.25）

式中：G-----循環(huán)水量，kg/h；

——上升管的截面積，nA

----水的比容，mVkgo

上升管中進入的循環(huán)水量與產(chǎn)生的蒸汽量之比值，稱為循環(huán)倍率，用K表示：

K=（1.26）

工業(yè)鍋爐的循環(huán)倍率一般都比較大。對于蒸發(fā)量＜15t/h以下的鍋爐，當蒸汽壓力W1.5MPa時,

其循環(huán)倍率為150?200；當蒸汽壓力為1.5~2.5MPa時，其循環(huán)倍率為50?100。

在一定的熱負荷下，循環(huán)回路的有效壓頭Syx隨循環(huán)水量G（或循環(huán)水速W0）增加而減小，這是

因為含汽量減小，同時上升管的阻力也有所增大所致。另一方面，下降管阻力隨著循環(huán)水量增加而增

加。這樣，可以繪制有效壓頭、下降管阻力與循環(huán)水量（或循環(huán)水速）的關(guān)系曲線，稱為水循環(huán)特性

曲線（如圖）。

曲線的交點即是循環(huán)回路穩(wěn)定工作的工作點。

圖1.10水循環(huán)特性曲線

工業(yè)鍋爐對流管束是由多排密集布置的管束所組成，其特點是整個管束都吸收熱量，沒有獨立的

不受熱的下降管。在這種情況下，對流管束中的工質(zhì)如何流動，哪部分下升或下降，就要看那部分管

子吸收的熱量多少決定。根據(jù)煙氣流動方向，在煙道前部的煙溫高，吸熱多，產(chǎn)生的蒸汽多，工質(zhì)的

密度小，是上升管，在煙道后部的則為下降管。

2.3.3水循環(huán)故障

1.循環(huán)停滯

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是指受熱最弱管子的有效壓頭小到不能克服下降管的阻力，這些管內(nèi)的循環(huán)水速小到接近于零。

此時上升管又引入于鍋筒的蒸汽空間，則管內(nèi)將會形成幾乎靜止不動的“自由水面”。這樣就造成自

由水面以上的管段冷卻不良，而使管壁過熱而爆裂。

2.倒流

是指上升管受熱極差而完全沒有蒸汽產(chǎn)生，而相鄰上升管受熱好向上流動的作用下，這根上升管

如同下降管，形成倒流。在倒流中管內(nèi)存有汽泡，當流速較小時，汽泡會停滯，堵塞管子，引起管子

燒損。

3.汽水分層

是指上升管水平或微傾斜布置，在管內(nèi)工質(zhì)流速不高時，由于汽水密度不同，蒸汽則在管內(nèi)上部

流動，水則在管內(nèi)下部流動，形成汽水分層。在鍋爐運行中，往往造成管子上部壁溫過高而燒壞。在

汽水分離處，由于水波動，壁溫時高時低，容易引起疲勞裂紋。

4.下降管帶汽

是指鍋筒內(nèi)水面上形成旋渦，蒸汽被旋渦吸入到下降管中；或下降管與上升管間距不遠時，從上

升管來的蒸汽很可能直接進入下降管中；或下降管受熱，使下降管內(nèi)水沸騰氣化產(chǎn)生蒸汽。下降管帶

氣會增加下降管水流動阻力；減少了下降管與上升管中工質(zhì)的重度差，使流動壓力減少，對水循環(huán)不

利；若下降管帶汽量較多，容易形成氣塞，使水循環(huán)中斷，不能對上升管可靠供水，造成爆管事故。

2.4流體的層流和紊流

流體在直圓管中流動，當流速很小時，流體質(zhì)點的流動軌跡呈現(xiàn)為直線，不與周圍的流體相混雜，

此種情況下的流動狀態(tài)稱為層流。當流速增大到一定數(shù)值時，流體質(zhì)點在流動過程中不斷相互混雜，

流場內(nèi)運動要素發(fā)生不規(guī)則的脈動現(xiàn)象，這種流動狀態(tài)稱為紊流。

層流與紊流這兩種流動狀態(tài)的形成，與流體的粘性系數(shù)口、密度P、圓管的特征尺寸一一直徑

d,以及特征流速一一管內(nèi)的平均流速u等有關(guān)。

定義無量綱數(shù)：

Re=［三(1.27)

式中，v為流體的運動粘性系數(shù)，

Re稱為雷諾數(shù)。

經(jīng)過量綱分析可以得出，雷諾數(shù)就是判別流動形態(tài)的準則數(shù)。

逐漸增大流體的流速，Re隨之增大，當Re超過某一臨界值時，流動就由層流變?yōu)槲闪鳌?/p>

工程上一般取Re>2000時的流態(tài)為紊流，而取ReW2000時的流態(tài)為層流。

第三章工業(yè)鍋爐分類

第01講工業(yè)鍋爐分類

3.工業(yè)鍋爐分類

3.1鍋爐分類

經(jīng)過200多年的發(fā)展，人們根據(jù)不同行業(yè)的不同需求，按不同的分類方法出現(xiàn)了眾多的鍋爐種類,

主要的分類方法有：按鍋爐用途分類、按鍋爐結(jié)構(gòu)分類、按鍋爐循環(huán)方式分類、按鍋爐出口壓力分類、

按鍋爐燃燒方式分類等等。

分類方法鍋爐類型簡要說明

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電站鍋爐生產(chǎn)的蒸氣（水蒸氣）主要用于發(fā)電的鍋爐

工業(yè)鍋爐生產(chǎn)的蒸汽或熱水用于工業(yè)生產(chǎn)和/或民用的鍋爐

按用途分類

船用鍋爐用作船舶動力，一般采用低、中參數(shù)，大多燃油。要求鍋爐體積小，重量輕

機車鍋爐用作機車動力，一般為小容量、低參數(shù)，火床燃燒，以燃煤為主，鍋爐設(shè)計緊湊

鍋殼鍋爐蒸發(fā)受熱面主要布置在鍋殼內(nèi)，燃燒的火焰在管內(nèi)而汽水在管外流動的鍋爐

按結(jié)構(gòu)分類

水管鍋爐煙氣在受熱面管子外部流動，工質(zhì)在管子內(nèi)部流動的鍋爐

自然循環(huán)依靠下降管中的水和爐內(nèi)上升管中的汽水混合物之間的密度差和重位高度產(chǎn)生的壓差而推

鍋筒鍋爐動水循環(huán)的鍋筒鍋爐

按循環(huán)方式

分類強制循環(huán)鍋爐主要依靠下降管和上升管之間裝設(shè)水循環(huán)泵的壓頭推動水循環(huán)的鍋爐，又稱輔助循環(huán)鍋爐

受給水泵壓頭的作用，工質(zhì)按順序一次流過加熱段、蒸發(fā)段和過熱段等各級受熱面而產(chǎn)生額

直流鍋爐

定參數(shù)蒸氣的鍋爐。

低壓鍋爐壓力小于等于2.5Mpa

中壓鍋爐壓力為3.8MpaWP〈5.3MPa

次高壓鍋爐壓力為5.3MpaWP〈9.8MPa

高壓鍋爐壓力為9.8Mpa<P<13.7MPa

按鍋爐出口工

超高壓鍋爐壓力為13.7MPaWP〈16.7Mpa

質(zhì)壓力分類

亞臨界壓力

16.7MPa^P<22.IMPa

鍋爐

超臨界壓力

壓力大于P>22.IMPa；

鍋爐

燃料主要在爐排上燃燒，主要用于工業(yè)鍋爐，其中包括固定排爐、拋煤機爐、滾動爐排爐、

火床燃燒鍋爐

下飼式爐排爐和往復爐排爐等。

主要用于電站鍋爐，燃燒液體燃料、氣體燃料和煤粉的鍋爐都是火室燃燒鍋爐?；鹗胰紵龝r，

火室燃燒鍋爐

燃料主要在爐膛空間懸浮燃燒。

按燃燒方式

有臥式和立式兩種，燃用粗煤粉或煤屑。微粒燃料在旋風筒中央懸浮燃燒，較大煤粒貼在筒

分類旋風爐

壁燃燒，液態(tài)排渣。

送入爐排的空氣流速較高，使大粒燃煤在爐排上面的流化床中翻騰燃燒，小粒燃煤隨空氣上

流化床燃燒

升并燃燒。宜用于燃用劣質(zhì)燃料，目前只用于工業(yè)鍋爐。最近正在開發(fā)大型循環(huán)流化燃料鍋

鍋爐

爐。

固體燃料鍋爐燃用煤等固體燃料

液體燃料鍋爐燃用液體燃料（石油、燃料油、工業(yè)廢液等）的鍋爐

氣體燃料鍋爐燃用氣體燃料（天然氣、高爐煤氣、焦爐煤氣等）的鍋爐

利用各種工業(yè)過程中的廢氣、廢料或廢液中含有的顯然或（和）其可燃物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生熱量

按所用燃料或余熱鍋爐

的鍋爐

能源分類

原子能鍋爐利用核燃料在反應堆內(nèi)裂變（或聚變）所釋放熱能作為熱源的蒸汽發(fā)生裝置

以電力為能源并將其轉(zhuǎn)化成為熱能，從而經(jīng)過鍋爐轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、熱

電熱鍋爐

水或有機熱載體的鍋爐

生物質(zhì)鍋爐以生物質(zhì)能源（秸稈、薪柴、禽畜糞便、有機廢渣等）做為燃料的鍋爐

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垃圾焚燒鍋爐焚燒爐是常用于醫(yī)療及生活廢品、動物無害化處理方面的一種無害化處理設(shè)備

其他能源鍋爐利用地熱、太陽能等能源的蒸汽發(fā)生器

用引風機壓頭和系統(tǒng)所產(chǎn)生的自生通風壓頭(主要是煙囪)克服煙道和風道阻力，因而使風

負壓鍋爐

道、爐膛及煙道均處于負壓狀態(tài)下運行的鍋爐

按爐膛煙氣只配置送風機而不配置引風機，因而爐膛中煙氣壓力高于大氣環(huán)境壓力的鍋爐。一般用于燃

微正壓鍋爐

壓力分類油和燃氣的鍋爐，爐膛設(shè)計壓力一般在5KPa以下

用送風機和引風機壓頭和系統(tǒng)所產(chǎn)生的自生通風壓頭克服風道和煙道阻力，使爐膛頂部保持

平衡通風鍋爐

微負壓運行的鍋爐

將鍋爐本體和燃燒設(shè)備在制造廠內(nèi)組焊完成，并進行完砌爐保溫、包裝等工作后整體出廠的

整裝鍋爐

按鍋爐出廠鍋爐

型式分類組裝鍋爐將受熱面部分和燃燒部分(爐排)分成多個組裝件供貨，在安裝現(xiàn)場進行組合的鍋爐。

散裝鍋爐以零件、部件形式供貨，發(fā)運到安裝現(xiàn)場，由安裝單位現(xiàn)場完成組裝的鍋爐

蒸氣鍋爐用以產(chǎn)生蒸氣(水蒸氣)的鍋爐

熱水鍋爐用以產(chǎn)生熱水的鍋爐

按工質(zhì)分類有機熱載體

以有機質(zhì)液體作為熱載體工質(zhì)的鍋爐

鍋爐

以熔鹽等作為熱載體工質(zhì)的鍋爐

其他工質(zhì)鍋爐

從危害性及失效模式出發(fā)，突出本質(zhì)安全思想，《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對鍋爐設(shè)備分為A、

B、C、D四個級別。

級別分類

A級鍋爐是指p(表壓，下同，注1)》3.8MPa的鍋爐，包括：

(1)超臨界鍋爐，P>22.IMPa；

(2)亞臨界鍋爐，16.7MPaWP<22.IMPa；

A級鍋爐(3)超高壓鍋爐，13.7MPaWP<16.7MPa；

(4)高壓鍋爐，9.8MPaWP<爐.7MPa；

(5)次高壓鍋爐,5.3MPa<P<9.8MPa；

(6)中壓鍋爐，3.8MPaWP<5.3MPa。

(1)蒸汽鍋爐，0.8MPa<P<3,8MPa；

B級鍋爐(2)熱水鍋爐，P<3.8MPa,且t>120'C(t為額定出水溫度，下同)：

(3)氣相有機熱載體鍋爐,Q>0.7MW(Q為額定熱功率，下同)；液相有機熱載體鍋爐，Q>4.2MW。

(1)蒸汽鍋爐，PW0.8MPa,且V>50L(V為設(shè)計正常水位水容積，下同)；

C級鍋爐(2)熱水鍋爐，PV3.8MPa,且tV12(TC；

(3)氣相有機熱載體鍋爐，0.1MW<QWO.7MW；液相有機熱載體鍋爐，0.1MW<QW4.2MW。

(1)蒸汽鍋爐：PWO.8MPa,且30LWVW50L；

(2)汽水兩用鍋爐(注2),P?0.04MPa,且DW0.5t/h(D為額定蒸發(fā)量，下同)；

(3)僅用自來水加壓的熱水鍋爐，且tW95℃；

D級鍋爐(4)氣相或者液相有機熱載體鍋爐,Q?0.1MW?

注1：P是指鍋爐額定工作壓力，對蒸汽鍋爐代表額定蒸汽壓力，對熱水鍋爐代表額定出水壓力，對

有機熱載體鍋爐代表額定出口壓力。

注2：其他汽水兩用鍋爐按照出口蒸汽參數(shù)和額定蒸發(fā)量分屬以上各級鍋爐。

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3.2工業(yè)鍋爐分類

工業(yè)鍋爐常見分類方法:

分類方法鍋爐類型

立式水管（LS）＞立式火管（LH）、立式無管

火管

（LW）、臥式外燃（WW）、臥式內(nèi)燃（WN）等

按鍋爐本體型式

單鍋筒立式（DL）、單鍋筒縱置式（DZ）、單鍋筒橫置式（DH）、雙鍋筒縱置式（SZ）、

水管

雙鍋筒橫置式（SH）、強制循環(huán)式（QX）

固定爐排（G）、固定雙層爐排（C）、鏈條爐排（L）,往復式爐排?。?、滾動爐排（D）、下

按燃燒設(shè)備

飼爐排（A）、拋煤機（P）、鼓泡流化床燃燒（F）、循環(huán)流化床燃燒（X）、室燃爐（S）

燃煤無煙煤（W）、煙煤（A）、褐煤（H）、貧煤（P）、型煤（X）、水煤漿（J）

燃油油(Y)

按燃燒種類燃氣氣（Q）

生物質(zhì)木柴（M）,稻殼（D）、甘蔗渣（G）、秸稈等

余熱

按出廠形式