锅炉在国民经济中的作用

1.1.2　锅炉在国民经济中的作用

锅炉是一种动力设备。“锅炉”二字虽然也是非常通俗的说法，但却非常形象而又科学、准确地说明了这种设备。从事锅炉工作的人在民间也被形象地称为“烧水的”。可见锅炉主要与水有关。尽管现代锅炉的工质有时也可能是导热油等有机液体，大多数锅炉，特别是用于发电的锅炉，仍然将水作为工质。

众所周知，水具有许多优秀的物理和化学性质。将l kg 0℃的水在等压下加热达到一定的状态，所吸收的热量称为该状态下水或蒸汽的焓（kJ/kg）。如将水加热达到了过热蒸汽状态，其焓为液体热、汽化潜热、过热热量三部分之和。1kg水经过锅炉加热所吸收的热量即锅炉出口蒸汽（或热水）的焓与进入锅炉水的焓之差。

锅炉为了实现对水加热、汽化、蒸汽过热的过程，必须具有能从燃料获得足够热能的设备，即“炉子”，以及盛装水及蒸汽的耐压容器，并具有能吸收足够热量的受热面，这就是“锅”。这里所指的“足够”，取决于需要产生蒸汽（水）的量，以及蒸汽（水）的压力和温度。如果要给锅炉下一个科学的定义，那么应该表述为：锅炉是这样一种换热设备，它通过燃料的燃烧，使燃料中的化学能转变为热能，并将此热能传递给工质（多数情况下为水）从而使工质升温甚至转变成为具有所需要的热力学参数的蒸汽。

在生产实际及日常生活中经常会遇到工业炉或工业窑或工业炉窑等术语。所谓的工业炉窑是对物料进行加热，并使其发生物理、化学变化的工业加热设备。炉与窑并无明显的区别，只是含义稍有不同。一般来说，将用于金属加热和金属熔化的加热设备称为炉；将用于陶瓷制品和水泥制品的烧成、玻璃熔化等硅酸盐工业的加热、烘干以及煤的焦化等加热设备称为窑。工业炉窑常常统称为工业炉。

由前述可知，目前的世界能源结构为：以化石燃料煤、石油、天然气等为主，还有水力，核能等。目前太阳能、风能、地热、潮汐能等所谓新能源也得到了较大发展。而当代人类利用能源的主要形式之一是电能，即通过各种途径将各种能源转化成为电能。

目前我国的发电装机总容量已超过了6亿kW。发电装机容量及发电量增长情况见表1.2（表中数字不含香港、澳门地区及台湾省）。我国火力发电量占全国总发电量的80%以上，火力发电装机容量的比重则在75%左右。水力发电量和装机容量比重则分别为20%和25%左右。核电的相应比重仅为1.9%和1.1%。其它更少。自1996年起，我国发电量及发电装机容量均超过日本，跃居世界第2位。

表1.2　我国发电装机及发电量增长情况

我国的能源结构决定了我国电力建设的总方针：优化发展火电，大力开发水电，加快发展核电，适度发展天然气发电，积极发展新能源发电，重点是风力发电与太阳能发电以及生物质能发电，开发与节约并重，高度重视环保，提高能源利用效率。

火力发电量在总发电量中的比重，在近十几年来一直保持在80%以上，其中煤电在总火电的比重保持在90%以上。“九五”期间，煤电在火力发电中的比重更上升到95%以上，油电的比重则不到5%，气电的比重微乎其微^［2］。预计在今后相当长时期内，我国发电能源构成将继续保持以煤电为主的格局。表1.3给出了2002年～2006年的全国发电量情况。

表1.3　中国2002－2006年发电量情况^［3］

我国要在21世纪前20年进行全面小康建设，实现国民生产总值翻两番，电力的发展必须要与这个总体目标相适应。21世纪前20年，电力建设和改造的规模将达到9亿kW左右，需要建设的输变电工程220kV及以上达40万km左右，变电容量达16亿kVA以上。到2020年相应需要的发电用煤炭在18亿t以上，需天然气400亿m³，为此机械制造行业要提供相应规模的发电、输变电设备。同时每年向大气排放的二氧化碳达46亿t；二氧化硫达3000万t，而要把这3000万t降到1000万t以内，电力建设所需要投入的资金约在9万亿元左右。

在电力结构中，煤电在我国电力装机和发电量的比重一直较高，这与发达国家差距较大。表1.4给出了2004年度几个主要国家的电力结构。即使到2020年，通过调整结构，我国的煤电比重仍在60%以上。

表1.4　2004年几个主要国家的发电能源构成（按发电量计算）^［4］　　%

用煤发电必须认真贯彻“优化”发展的方针。所谓优化，也就是要在提高发电效率、减少污染、合理布局等方面进行优化。计划使全国平均供电煤耗从2000年的每千瓦时397克标准煤降到2010年的360克标准煤和2020年的330克标准煤。与2000年相比，相当于节约3.5亿吨标准煤。

锅炉是火力发电厂三大主机之一，火力发电的发展要求锅炉工业以相应的速度发展。在各种工业企业的动力设备中，锅炉也是重要的组成部分。这些锅炉用户使用锅炉主要是作为热源或动力源。大多数工矿企业用蒸汽或高温热水对其产品进行加热、焙烘、消毒、保温或作为冬季采暖、夏季空调制冷的热源等等，也有少数的工矿企业用蒸汽作为动力，驱动汽轮机来拖动风机、水泵，油田和炼油厂或特殊部门都有这样需要。总之，工业锅炉绝大多数都以产生携带一定量热能的蒸汽和热水为目的，以水作为介质的形式出现。此外，还有用于生活热水供应、洗浴和采暖的所谓生活锅炉。用于工业生产和生活的锅炉数量大、分布广。

随着人民生活水平的提高，对能源的需求量急剧增大，锅炉的数量也就越来越多。锅炉的广泛使用也带来许多问题，诸如：（1）大量的非再生的一次能源被消耗，能源枯竭问题令人忧虑；（2）CO₂等温室气体的排放，虽然会有利于植物生长、增加粮食产量，但会使地球变暖，冰山融化，海平面升高，威胁人类的生存空间；（3）烟尘、SO_x、NO_x、痕量重金属、二口恶英等有害物质的排放，威胁人类以及动植物的生长和生存。

随着人类征服自然和改造自然的能力的增强，大自然也对人类进行了报复。我国西部特别是西北地区，出现严重的水土流失、土地沙漠化、草场退化、沙尘暴就是例证。这些自然灾害已成为可持续发展的一个障碍，正在缩小我们的生存和发展空间。

目前，世界各国都在致力于高效、低污染锅炉的研究和开发工作，力求使得由于锅炉燃烧燃料而对环境造成的破坏最小化。