蒸汽状态及汽轮机的基础介绍.pdfVIP

天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》

蒸汽动力机械将蒸汽中所储存的热能转换成机械能。

蒸汽在锅炉中产生。锅炉是四周封闭的钢制压力容器，给水锅炉须

经过特殊处理。锅炉可用固体、液体和气体燃料。

1.蒸汽

蒸汽的产生分两种情况。在敞口容器中，在空气压力p=1atm（标准大气压）

的情况下对水加热，水在100℃时沸腾。由于加热，水分子产生运动，达到沸点

时，从水中逸出，也就是水蒸发。如果继续加热，达到沸点100℃时水转变成同

温度的蒸汽，这时体积增大。

1L水在0.1033MPa（1标准大气压）下蒸发，约产生1700L蒸汽。如果水在

封闭的锅炉中蒸发，那么在继续导入热量的情况下，越来越多的水分子冲入蒸汽

空间。蒸汽在水面上产生一个反压力。因此，水的沸点超过100℃，因为水分子

逸出时必须克服这个反压力。水的沸点与作用于水面上的空气压力有关。

（1）湿蒸汽

天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》

在一个装有容易运动而且密封得很好的活塞容器中盛放1kg温度为10℃的

水。加载于活塞上，使水中产生p=1.033MPa（10个标准大气压）的压力。这时

水的体积为1.0004L。导入718J/kg的热量时水沸腾，体积达到1.13L。在继续

加热时，水表面不断地形成蒸汽，蒸汽中带有极小的水微粒。由于蒸汽中含有水

分子，这种水蒸汽称为湿蒸汽。

（2）饱和蒸汽

如果水全部蒸发，就产生179℃的饱和蒸汽。当压力为1.033MPa时，要产

生饱和蒸汽，就必须继续导入2024kJ/kg的热量。饱和蒸汽含有的热量恰好使它

在饱和压力和相应的饱和温度下保持气态。如果将热量用蒸汽带走，那么，一部

分蒸汽立刻重新变成177℃的水。如果将饱和蒸汽送入蒸汽动力机械，当蒸汽与

管壁和机件接触时受到冷却就变成水。

（3）过热蒸汽

如果在等压条件下向179℃的饱和蒸汽中导入290kJ/kg的热量，则产生

1.033MPa、573K的过热蒸汽。

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2.锅炉炉膛

在锅炉炉膛中，储存在固体燃料、液体燃料和气体燃料中的化学能转变为热

能。在炉膛里，燃料中的可燃成分与空气中的氧化合放出热量，不可燃成分形成

灰。炉膛用设备主要有液体燃料雾化器、气体燃料喷燃器、煤粉喷燃器等。蒸汽

锅炉按照能源（电、油、气）可以分为电蒸汽锅炉、燃油蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅

炉三种；按照构造可以分为立式蒸汽锅炉、卧式蒸汽锅炉。中小型蒸汽锅炉多为

单、双回程的立式结构，大型蒸汽锅炉多为三回程的卧式结构。

（1）液体燃料雾化器

压力泵以0.7~2MPa的压力将重油打入雾化器。重油在雾化器喷嘴中旋转，

形成喇叭状，被喷入炉膛。离心式雾化器利用一个与雾化器在一起的以

6000~7000r/min旋转的喇叭状零件将油雾喷入炉膛。

（2）气体燃料喷燃器

作用是将气体燃料和一定比例的空气喷入炉膛。燃料与空气的混合物在喷燃

器出口处点燃。

天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》

（3）煤粉喷燃器

构造与作用原理跟气体燃料喷燃器类似。煤粉与空气一道以涡旋状送入喷燃

器，煤粉迅速燃烧。