簡史
在發電設備製造史上，直到20世紀50年代以前，電廠鍋爐的發展一直落後於汽輪發電機，這限制了機組容量的提高。最初，電廠採用火管鍋爐。這種鍋爐容量小,壓力低，效率低,適應不了電廠對動力日益增長的需求，因而被水管鍋爐代替。水管鍋爐經歷了由直水管向彎水管形式的發展。後者與中參數機組配套，是電廠鍋爐發展史上的一大進步。隨著材料、製造工藝、水處理技術、熱工控制技術的進步，20世紀30年代，德國和蘇聯開始套用直流鍋爐；40年代美國開發了多次強制循環鍋爐。到80年代，世界上最大的單台多次強制循環鍋爐已可與100 萬千瓦機組匹配。西歐則發展了低倍率強制循環鍋爐，最大的單台容量可配60萬千瓦機組。在直流鍋爐與強制循環鍋爐的基礎上，又出現了複合循環鍋爐。80年代世界上最大的單台鍋爐是配130 萬千瓦機組的直流鍋爐。這些巨型鍋爐滿足了大型機組一機一爐單元制（即單元機組）的需要。
運行要求對電廠鍋爐的發展影響很大。為了適應晝夜負荷的變化和周六、周日的停機，甚至每天都要啟停的運行方式的特殊需要，又開發出尖峰負荷鍋爐和變壓運行鍋爐。
中國在50年代前不能製造電廠鍋爐。1953年成立了第一家鍋爐廠（上海鍋爐廠），1955年生產了第一台中國自行製造的中壓鏈條鍋爐,蒸發量為40噸/時。1958年，哈爾濱鍋爐廠試製成230噸/時的高壓電廠鍋爐。80年代末已能製造1000噸/時的垂直上升管直流鍋爐,以及為30萬千瓦機組和60萬千瓦機組配套的電廠鍋爐。
結構和分類
以燃煤鍋爐為例，電廠鍋爐本體由爐膛、燃燒器、水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預熱器以及鋼架爐牆等組成。此外，還有重要的輔助設備，如制粉設備、除灰設備、除塵裝置、自動控制裝置與儀表、閥門等。現代化電廠鍋爐還套用工業電視和計算機。電廠鍋爐的具體構造依不同鍋爐而異。
電廠鍋爐的分類方式有多種。按所用燃料分類，主要有：①以煤炭為燃料的燃煤鍋爐；②以重油或原油為燃料的燃油鍋爐；③以天然氣或液化石油氣為燃料的燃氣鍋爐。按燃燒方式分類，有層燃爐、室燃爐、鏇風爐、沸騰燃燒鍋爐（即流化床燃燒鍋爐）。按蒸汽壓力分類有:①壓力為2.45～3.92兆帕的中壓鍋爐；②壓力為9.8兆帕的高壓鍋爐; ③壓力為12.79～13.72兆帕的超高壓鍋爐;④壓力為16.66～18.33兆帕的亞臨界壓力鍋爐;⑤壓力為24.1～26.6兆帕的超臨界壓力鍋爐。按工質(水)在鍋爐中的流動方式分類(圖1)有：
①自然循環鍋爐,靠不受熱的下降水管中的水柱與受熱的上升管中汽水混合物水柱的重量差而流動；②強制循環鍋爐，靠裝於不受熱的大直徑下降管迴路中的再循環泵的壓力而流動；③直流鍋爐，以給水泵的壓力使給水經預熱、蒸發、過熱，一次流過鍋爐各受熱面；④複合循環鍋爐，由直流鍋爐改進而成，除有給水泵外，還裝有再循環泵。此種鍋爐在60～80％額定負荷以下時， 按再循環方式運行，在80％額定負荷以上時，按直流鍋爐方式運行。幾類壓力鍋爐的循環倍率如表所示。循環倍率指鍋爐蒸發管出口處循環汽水混合物重量與蒸發蒸汽重量之比。
電廠鍋爐特點與流程
電廠鍋爐容量大，蒸汽溫度高、壓力大，所用燃料的品種質量固定熱效率高，能適應負荷變動的情況，對可靠性也有較高要求。
以自然循環煤粉爐為例，其工作流程如下：給水由加熱器加熱到一定溫度後，經給水管道送到省煤器，再加熱升溫到一定溫度後，送入汽包，然後再由下降管下行至水冷壁進收集箱,形成汽水混合物上升回到汽包,經過汽水分離裝置，蒸汽進入過熱器成為過熱蒸汽，然後送往汽輪機。煤經過磨煤機磨成煤粉送入燃燒器，燃燒器噴出的煤粉與空氣一起在爐膛中混合燃燒，放出熱量。熱煙氣流經凝渣管束、過熱器、省煤器和空氣預熱器後，再經除塵裝置除塵後進入煙囪排出。
鍋爐參數
鍋爐的容量、蒸汽參數、熱平衡、熱效率等參數是表征鍋爐性能的重要判據。
鍋爐容量 以每小時產生額定蒸汽參數的蒸汽噸數計算。各國有各自的標準。中國規定:蒸汽產量為120～240噸／時的電廠鍋爐為中型;蒸汽產量為400～1000噸/時的為大型；1000噸／時以上的為特大型。
蒸汽參數 蒸汽鍋爐產生的高溫高壓蒸汽的溫度和壓力。各國都定有各自的標準。中國規定：中壓鍋爐的蒸汽參數為450℃、3.92 兆帕;高壓鍋爐的參數為540℃、9.8兆帕；超高壓鍋爐的參數為540℃、13.72兆帕;亞臨界壓為鍋爐的參數為540～555℃、16.66兆帕。
熱平衡 輸入鍋爐機組的熱量與用於產生蒸汽的有效利用熱量和各項熱損失之間的平衡。由此可知，燃料熱量有多少得到有效利用，有多少成為熱損失，這些熱損失又表現在哪些方面。通過熱平衡可確定鍋爐機組的效率和所需的燃料消耗量。由熱平衡結果還可判斷鍋爐機組的設計和運行情況，找出提高鍋爐運行經濟性的途徑。熱平衡是在鍋爐機組穩定熱力狀態下以 1千克固體或液體燃料，或在標準狀態下 1立方米氣體燃料為基準來計算的，對應於每千克燃料可列出熱平衡方程如下：
Qr ＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5 (kJ/kg)(1)
或用輸入熱量的百分率來表示：100％＝q1＋q2＋q3＋q4＋q5 (2)
式中
在上述各式中，Qr 為輸入鍋爐的熱量，Q1為鍋爐有效利用的熱量，Q2為隨排煙而損失的熱量，Q3為因未完全燃燒損失的熱量，Q4為由爐牆散失的熱量，Q5為隨爐渣排出的熱量。所有熱量的單位為千焦／千克。
熱效率 鍋爐機組的有效利用熱量占輸入熱量的百分比，即
(3)
(3a)
大型燃煤鍋爐的熱效率一般為90～91％；燃油鍋爐的熱效率一般為92～93％。
鍋爐試驗
為了獲得鍋爐的最佳化設計方案和最佳運行狀況，並提高它的運行可靠性，需要進行一系列試驗，包括熱效率試驗、安裝後的燃燒調整試驗、大修前後的運行比較試驗，以及專題試驗和研究試驗。
熱效率試驗 為取得運行技術經濟特性並繪製鍋爐效率－蒸發量、燃煤量特性曲線及相對煤耗微增率曲線等，可在正常工況下進行單純的熱效率試驗。採用直接測定鍋爐機組的輸入熱量和輸出熱量,按式(1)求得熱效率，稱為正平衡法或直接法。不需要測定輸出熱量而代之以測定鍋爐的各項熱損失並按式(3a)求得熱效率，稱為反平衡法或間接法，一般電廠多採用此法。
反平衡法在理論上雖甚經濟，但執行起來卻很繁雜。以前曾在電廠中推行過,由於沒有採用電子計算機,一般都是以試驗效率或運行統計效率繪出的效率特性曲線為依據。因為它不能代表實際運行中某一負荷下的真實效率(由於各種運行參數經常有變化)，故難以實現準確的經濟調度。計算機用於鍋爐的實時監測可獲得運行參數變化的準確的數值，從而可求出鍋爐的真實效率。1987年，中國製成鍋爐效率線上測定和實時等煤耗微增率經濟調度系統。它是在鍋爐運行過程中測取有關參數，經微型計算機處理後，為運行人員提供鍋爐實時效率等多項能耗管理指標的一種自動監測管理系統，能實現鍋爐負荷實時煤耗微增率調度，達到節能的目的。
燃燒調整試驗 新裝鍋爐機組投產後，老機組的燃燒設備、燃料種類或操作技術有重大改變時，一般均須作燃燒調整試驗。由於現代電廠鍋爐設備龐大，結構複雜，燃燒系統的可調參數較多，它們對整個燃燒過程以及與之有關的其他過程的影響，不能只憑表面現象和直觀經驗作出準確的判斷。因此，就需要有計畫地改變某些可調參數及控制方式（即燃料供給和配風方式），並對燃燒工況做全面的測量，然後將取得的結果進行科學分析,從經濟性、安全性諸方面加以比較,才能確定出最佳的運行方式。由於鍋爐都是針對不同燃料設計的，在燃料品種變化時,應根據試驗，進行運行方式的調整,必要時還要對有關設備進行改進。
通過較全面的燃燒調整試驗，也可以獲得鍋爐在最佳運行方式下的技術經濟指標，包括燃料、空氣、煙氣及汽水工質的運行參數和鍋爐效率、廠用電指標等，從而可加強電廠的技術管理，即掌握設備性能，制訂鍋爐運行操作規程，投入燃燒自動調節系統以及做好全廠的經濟調度等。
以燃煤鍋爐為例，鍋爐燃燒調整試驗所涉及的主要設備對象有：
①爐膛及其附屬的燃燒設備，如煤粉燃燒器、點火裝置、火焰監測裝置、鏈條爐排以及除渣設備等；
②燃料供給設備，如給煤機、給粉機、磨煤機、粗粉分離器、細粉(鏇風)分離器、拋煤機、煤閘板等；
③空氣供給系統，如風道、空氣預熱器，一次、二次風機，調風器，噴口、分段風室檔板等；④鍋爐煙道系統及其受熱面部件，煙氣再循環系統，但不包括除塵器及吸風機。
運行比較試驗 為考核機組檢修的效果，在大修前後須進行運行比較試驗。試驗內容主要是鍋爐效率和漏風率的確定，以及針對特殊檢修或改進項目所進行的效果鑑定。
專題試驗和研究試驗 為查明事故原因及研究解決對策須進行專題試驗，如爐膛冷態動力場試驗，爐膛及煙道漏風試驗，蒸發系統的水循環試驗，磨煤機的出力和煤粉細度試驗等。製造廠為進行最佳化設計以及運行中為提高運行質量，還常針對某一課題進行研究性試驗。
鍋爐運行
鍋爐的經濟、安全運行是火電廠經濟、安全運行的重要條件，它有賴於良好的控制和保護系統，以及科學的運行管理工作。鍋爐運行可分為單台鍋爐機組的運行和多台鍋爐的並列運行。
單台鍋爐機組的運行 根據對單台鍋爐機組進行的燃燒調整試驗結果而制定的各種負荷下最佳運行方式的操作卡片進行操作，包括點火前的檢查，鍋爐上水、點火、升壓，鍋爐並列供汽等。
多台鍋爐的並列運行 多台鍋爐並列按經濟負荷調度法運行。它有兩種方式：①按鍋爐最高總效率分配負荷法。此方法為先使具有高效率的鍋爐固定承擔等於或接近於它的經濟負荷，必要時再分配給具有低效率的鍋爐，使其承擔變動的負荷（尖峰負荷）。此法方便易行，但未必能真正達到經濟運行的效果。②按相對的最小增加煤耗 (煤耗微增率)原則分配負荷法。如以Δb代表在單位時間（每小時）內每增產1噸蒸汽所增加的煤耗,稱為相對煤耗微增率;以ΔB 代表負荷增加後所增加的燃煤量；以ΔD代表增加的蒸發量（圖 2），
則
調度每台鍋爐應擔負某部分負荷量的目的，就是尋求每台鍋爐分擔總負荷中某部分負荷量時的相對最小煤耗微增率Δb，並按每台鍋爐的相對煤耗微增率都相等時進行負荷分配。採用這種方法時，應把全廠所有鍋爐在各種負荷情況下的效率、總耗煤量、相對的單位煤耗及相對的煤耗微增率詳細地測定出來，作出與負荷有關的各種曲線圖。以這些曲線為參考作出整體系統的煤耗曲線，根據這條曲線解決某種總負荷中應由某台鍋爐擔負若干負荷的調度任務。
控制與保護
保證鍋爐經濟運行和安全，必須採用控制與保護自動化系統和措施。電廠中，蒸汽參數較低和功率較小的機組大都採用母管制系統，對於蒸汽參數較高和功率較大的機組則採用一機一爐相匹配的單元機組控制系統。這種系統的控制方式有鍋爐隨動控制、汽機隨動控制和機爐綜合控制。
在鍋爐停爐後（包括熱備用停爐、冷備用停爐、短期停爐、長期停爐），須關閉汽門，以防止鍋爐受空氣和水的侵蝕；使爐中保持一定的汽壓、溫度和保持乾燥狀態等，以防止鍋爐損壞，並保證鍋爐順利地再次啟動和投入運行。
鍋爐隨動控制 在這種控制系統中，汽機調速器按電網頻率或指令功率控制調速閥的開度，以改變進入汽機的蒸汽流量，調速閥前的汽壓亦隨之改變。鍋爐則按照這個壓力來調整負荷(圖3a)。
這是一種傳統的控制方式，即汽機調節輸出功率、鍋爐調節汽壓的方式。在負荷變化的短時間內，汽輪機輸出功率的迅速改變依靠鍋爐的貯熱能力；鍋爐的調節非但要適應新的負荷，而且要補償壓力變動中貯熱量的增減。如鍋爐貯熱量較小，負荷變動時蒸汽參數的偏差將較大。直流鍋爐因鍋爐的金屬材料和工質的貯熱量較小，不宜採用這種方式。此方式只適用於汽包鍋爐。
汽機隨動控制 在這種控制系統中（圖3b），負荷變化的信號直接給予鍋爐。當鍋爐燃燒放熱量改變後，汽壓亦隨之變動，汽機調節裝置則根據汽壓來增減進汽閥的開度以改變汽機的功率。這種系統中，蒸汽參數可以相當穩定，但是由於沒有利用鍋爐的貯熱，故機組對負荷的適應性較差，不適於承擔調頻任務。對於只帶基本負荷的機組，可以採用這種控制方式。直流鍋爐的熱慣性較小，採用這種方式控制時，機組能較快地滿足負荷的要求。
機爐綜合控制 在這種控制系統中（圖3c），負荷變動的信號平行地送給鍋爐和汽機，同時根據汽壓信號適當限制汽機進汽閥的開度變化和加強鍋爐的調節作用。這樣，就能適當利用鍋爐的貯熱，兼顧鍋爐隨動時對負荷變化的適應性和汽機隨動時蒸汽參數的穩定性。無論對於汽包鍋爐或直流鍋爐的單元機組，這種控制方式均得到普遍的套用。
熱態備用停爐 根據負荷曲線，鍋爐停用幾小時後即需要參加運行時，應採用熱態備用停爐。這時必須關閉過熱器出口主汽門，將鍋爐與蒸汽母管斷開；並開啟過熱器疏水門以冷卻過熱器。保持鍋爐內的壓力接近工作壓力，爐內可以壓火（對鏈條爐）或熄火(對煤粉爐)，亦可維持一定的燃燒，以便鍋爐可以很快併入運行。這時，應當象監視正常運行鍋爐一樣監視它的水位、過熱汽溫和爐內燃燒情況等。
冷態備用停爐 這時，停爐後的鍋爐機組和它的全部附屬設備均應處於良好狀態下。在備用期間的主要任務是防止鍋爐受空氣和水的侵入。為此可採用以下 4種方法。
①短期備用法：在停用鍋爐中保持高於大氣壓力的汽壓、高於100℃的爐水溫度，以防空氣進入鍋爐內,並關閉所有的爐門和擋板，使鍋爐極緩慢地冷卻。此法適用於停爐時間不超過10天的情況。
②濕備用法：清除停用鍋爐內外污垢和煙道中的灰塵，用所有閘閥、封口堵頭等將停用鍋爐與其他鍋爐嚴格隔離,然後用鹼性溶液（NaOH1000毫克/千克,P2O5100毫克／千克,Na2SO3250毫克／千克）經專用泵打入汽包至最低水位為止。此時須在爐內升小火使汽包產生2～3千克力/厘米2 汽壓以排除鍋爐管道中的空氣。當氣壓降低後，用泵將鹼溶液灌滿汽包、過熱器和省煤器，並增壓到1.5～4千克力／厘米2 ,在整個停爐期間保持此壓力。同時應監視爐水的鹼度,如Na2SO3的濃度低於50毫克/千克，必須補加溶液。此法適用於停爐20～30天的鍋爐機組，但在冬季採用這種方法時，應設法保持鍋爐不致凍結。
③乾備用法：在放淨鍋爐中的水以後，和濕法備用一樣清理並隔離鍋爐，然後按每立方米的鍋爐容積放置無水氯化鈣(CaCI2)0.5～1.0千克,或放矽膠1～1.5千克，或生石灰2～3千克，以保持鍋爐內金屬表面的乾燥狀態。乾燥劑須盛於盒中放置於汽包、爐排等處。每月至少要檢查一次汽包內壁，如有腐蝕須立即清理。乾燥劑每隔3個月要更換一次。
④氣體備用法：與乾備用法一樣處理，只是將氨氣瓶置於鍋爐最高處，將氨氣通入鍋爐並保持 100帕的壓力(每立方米鍋爐容積約用0.6千克氨)。鍋爐啟動前,須用水洗淨氨氣。
參考書目
西安交通大學編：《鍋爐原理》（上、下冊），機械工業出版社，北京，1981。
西安交通大學編：《鍋爐製造工藝學》，機械工業出版社，北京，1980。
配圖
電廠鍋爐清潔技術
一、清洗藥劑：BAP安全高效除垢劑：能快速溶解各種水垢，除垢率達98%以上，且對設備無腐蝕、無損傷、無垢渣、不脫落沉澱，不堵塞管道。對人體無害、無毒，廢液符合環保排放。獲得北京市衛生局頒發的生活飲用水衛生許可批件。
腐蝕度：(60ºC，48小時)
鋼：7.98×10-5g/cm2.h鋁：9.0×10-5g/cm2.h
不鏽鋼：2.95×10-5g/cm2.h黃銅：4.27×10-5g/cm2.h
二、鍋爐清洗施工方案：
1、在鍋爐進出水管上(或通氣管上)加裝配套的法蘭盲板接口，用軟管與鍋爐外自備循環泵連線，形成臨時循環系統;
2、用50℃左右熱水將BAP安全高效除垢劑溶解後，用循環泵從進水口注入，出水口返出，循環浸泡4小時左右;
3、由於BAP安全高效除垢劑只與水垢反應，將水垢化為氣體和清水，與金屬及其它物質不發生反應，對鍋爐無腐蝕、無損傷，除垢乾淨，殘液對人體無害、無毒，符合環保排放;
4、反覆循環清洗，確認鍋爐水垢已全部清洗乾淨後，排去廢液，用清水沖洗乾淨即可;
5、臥式鍋爐需打開人孔、手孔用清水沖洗乾淨並恢復;
6、恢復系統各處。
