蒸汽锅炉

蒸汽锅炉或称为蒸汽产生器，是一种利用热能加热水以产生蒸汽的装置。虽然定义上略有弹性，但通常而言，旧式的蒸汽产生设备多被称为“锅炉”，其工作压力为低至中压（7—2,000 kPa或1—290 psi）；当压力超过上述范围时，较常使用“蒸汽产生器”一词。

一座工业锅炉，原用于为固定式蒸汽机提供蒸汽

概述

锅炉或蒸汽产生器可用于任何需要蒸汽的场合。其形式与尺寸取决于应用场景：如蒸汽机车、可携式引擎、蒸汽驱动车辆等移动型蒸汽引擎通常使用小型锅炉，并为车辆的一部分；而固定式蒸汽机、供热设施、工业设施与火力发电站则使用大型独立锅炉，透过管线连接至使用点。

一个显著的例外是无火蒸汽机车，其蒸汽由外部产生后储存于绝热压力容器中。

历史

早期锅炉设计多为简单的圆筒形密闭容器，自底部加热。如 Tredgold 于 1827 年所记载之“Blakey 圆筒锅炉”，即为早期固定式蒸汽机中典型应用之一。^[1]

火力发电中的功能

在现代火力发电厂中，锅炉是将燃料（如煤、油、天然气或生质能）燃烧后所产生的热能转换为蒸汽的核心设备。此蒸汽驱动涡轮机发电，构成朗肯循环（Rankine Cycle）之基础。^[2]

火力电厂中，煤炭经过煤磨机粉碎后注入燃烧炉中，并搭配辅助点火油（如轻油）进行点火。蒸汽经高压涡轮→再热器→低压涡轮→冷凝器冷却循环，形成闭合循环系统。^[3]

锅炉类型与设计

亚临界锅炉

此类锅炉运作压力低于水的临界点（22.1 MPa），为传统燃煤电厂中最常见型式。^[4]

超临界与超超临界锅炉（SC / USC）

超临界锅炉在超过水的临界压力与温度下运作，效率更高。变压操作（Variable Pressure Operation）设计可使机组在部分负载下仍保持高效。^[5]

流化床与煤粉锅炉

中小型容量可采用流化床锅炉（BFB/CFB），适用于燃烧工业废弃物与生质能；而大型机组则以磨煤粉锅炉为主。^[6]

效率与循环优化

再热循环

将部分蒸汽自中压涡轮抽出，再送回锅炉进行再加热，可降低排气湿度并提升效率约 4–5%。^[7]

回热循环

从蒸汽中抽取部分热量加热给水，可回收冷凝潜热，减少冷凝器损耗。依容量不同可设置 4–8 阶段加热器。^[8]

蒸汽参数选择

提高主蒸汽压力与温度能显著提升热效率，但亦会增加锅炉材料成本。最佳设计需平衡建造成本与运行效率。^[9]

设计与规划考量

规划火力发电锅炉时，须整体考量场址条件、燃料特性、蒸汽参数、设备配置等。各子系统（如水处理、送风、排气、控制、安全系统）必须整合为单一运作系统，且需具备应对动态负载变化的能力。^[10]

现代技术发展

随著能源转型与碳中和政策推进，越来越多机组采用双再热设计（Double Reheat）、燃气涡轮联合循环（Combined Cycle）与生质能混烧等高效率、低排放技术。^[11]

参见

• 蒸汽机
• 蒸汽涡轮机
• 联合循环
• 火力发电厂
• 超临界蒸汽产生器