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工业锅炉的结构


锅炉的分类及结构

第一节 锅炉分类及结构概述 一、锅炉的分类 可以从不同角度对锅炉进行分类。 按用途可以分为:电站锅炉、工业锅炉、机车锅炉和船舶锅炉 等。 按容量可以分为:大型锅炉,中型锅炉,小型锅炉。习惯上, 把蒸发量大于100吨/时的锅炉称作大型锅炉,把蒸发量为 20吨/时至100吨/时的锅炉称为中型锅炉,把蒸发量小于20 吨/时的称为小型锅炉。 按蒸汽压力可以分为低压锅炉(压力≤1.57MPa),中压锅炉 (压力为2.45MPa及3.82MPa),高压锅炉(压力为 9.81MPa)超高压锅炉(压力为13.73MPa),亚临界锅炉 (压力为16.67MPa)和超临界锅炉(压力超过22MPa,即 高于临界压力)。 按燃料种类和能源来源可以分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅 炉、原子能锅炉、废热(余热)锅炉。 按锅炉结构可以分为锅壳式锅炉(火管锅炉)、水管锅炉、水 火管锅炉(卧式快装锅炉)。 按燃料燃烧方式分:层燃炉、沸腾炉、室燃炉。

按工质流动方式可以分为自燃循环锅炉、强制 循环锅炉、直流锅炉等。 电站锅炉一般是压力较高(中压以上)、容量 较大(中型以上),采用室燃方式的水管锅炉, 又可以分为许多种。 工业锅炉一般容量较小(65吨/时以下),压 力较低(2.45MPa及以下),。大都采用层燃, 结构型式和燃烧设备种类繁多,主要用于工业 生产用汽及采暖、生活等方面。 工业锅炉分类见表3-1。

分类方法 按锅炉结构型 锅壳式 式

锅炉类型 立式:横水管、弯水管、直水管、横火管;卧 式内燃回火管等

水管
水火管 按燃烧设备

单锅筒:纵置式、横置式;双锅筒:纵置式、 横置式;纵横锅筒式;强制循环式;
卧式快装

固定炉排、活动手摇炉排、链条炉排、抛煤机、倒转炉 排抛煤机、振动炉排、下伺炉排、往复推伺炉排、沸腾 炉、半沸腾炉、室燃炉、旋风炉等 无烟、贫、烟、劣质烟、褐煤;油、气、木柴、甘蔗渣、 稻壳、煤矸石、特种燃料、余热等 快装、组装、散装 蒸汽、热水、其他工质

按燃料种类 按出厂型式 按供热工质

二、工业锅炉参数系列及型号表示方法 在具体介绍锅炉结构之前,有必须介绍一下 锅炉参数系列和产品型号。 锅炉参数和容量不是随意的,而是特定的, 这一方面体现了锅炉参数与容量相互间的 适应性,即一定的参数与一定的容量相对 应,参数的提高与容量的增大相一致;另 一方面也体现了锅炉附属设备对锅炉的适 应性及锅炉对用汽设备的适应性。我国锅 炉的参数容量已形成系列并纳入了国家标 准。工业蒸汽锅炉的参数系列如3-2所示。

额定 出力 t/h

额定出口蒸汽压力(MPa) 0.39 饱和 0.69 饱和 0.98 饱和 1.27 饱和 350 1.57 饱和 350 2.45 饱和 400 额定出口蒸汽温度(?C) △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △

0.1 0.2 0.5 1 2 4

6
10 15 20





△ △ △


△ △ △


△ △


△ △ △


△ △ △


△ △ △


△ △ △

35
65













锅 炉 型 号

燃 烧 方 式

额 定 蒸 发 量 或 额 定 供 热 量

介 质 出 口 压 力

过 热 蒸 汽 温 度 或 出 回 水 温 度

燃 料 种 类

设 计 次 序

/

表中所列额定出力系指锅炉燃用设计燃料时,在设计参数下 的铬牌蒸发量。 在额定出力及额定出口蒸汽压力之下,锅炉出口过热蒸汽温 度的偏差应不大于±20℃。 锅炉的给水温度分20℃、60℃、105℃三档,由制造厂在 设计时酌情取定。 工业锅炉的产品型号,必须按照标准规定的方法编制。产品 型号由三部分组成,中间用短线相连。其形式如下: 型号第一部分表示锅炉型式、燃烧方式、额定蒸发量或额定 供热量。共分三段:前两个“△”是两个汉语拼音字母,表 示锅炉总体型式,各字母所表示具体意义见表3-3及表3-4; 后一个“△”是一个汉语拼音字母,表示不同的燃烧方式, 见表3—5;最后的两个“××”是两个阿拉伯数字,表示锅 炉额定蒸发量或额定供热量。其中额定热量用工程单位即以 KJ/Kg表示。

表3-3

锅壳锅炉总体形式代号

表3-4

水管锅炉总体形式代号

注:单锅筒立式DL

表3-5

燃烧设备代号

注:倒转炉排及抛煤机D;半沸腾炉B;旋风炉X;

燃料种类 Ⅰ类石煤、煤矸石 Ⅱ类石煤、煤矸石 Ⅲ类石煤、煤矸石 Ⅰ类无烟煤 Ⅱ类无烟煤 Ⅲ类无烟煤 Ⅰ类烟煤 Ⅱ类烟煤 Ⅲ类烟煤

代号 SⅠ S Ⅱ S Ⅲ WⅠ W Ⅱ W Ⅲ AⅠ A Ⅱ A Ⅲ

燃料种 类 褐煤 贫煤 木柴 稻糠 甘蔗渣 油 气 油母页 岩

代号 H P M D G Y Q YM

表3-6 燃 料 种 类 代



表3-5锅炉燃烧方式代号 型号的第二部分表示介质参数,共分两段,中间两段。 中间以斜线相隔开。第一段用阿拉伯数字表示介质出 口压力(以工程单位表示即MPa);第二段用阿拉伯 数字表示过热蒸汽温度或出水温度,蒸汽温度为饱和 温度时,型号的第二部分无斜线和第二段。因饱和温 度取决于压力,型号中的介质压力即间接表示了饱和 温度。 型号的第三部分表示燃料种类和设计次序。共分两段, 前面一个“△”是一个汉语拼音字母及相应的罗马数 字,表示燃料种类,见表3-6;第二优以阿拉伯数字表 示设计次序,如锅炉系原型设计则无第二段。

为便于理解和掌握,对上述锅炉型号表示方法举例说明如下: WNG1-7-AⅡ 表示卧式内燃固定炉排锅壳式锅炉,额定蒸发量为1吨/时, 蒸汽压力为0.69MPa,蒸汽温度为饱和温度,燃用Ⅱ类烟煤, 原形设计。 SZS10-16/350-YQ2 表示双锅筒纵置式室燃水管锅炉,额定蒸发量10吨/时,蒸汽 压力为 1.57MPa ,过热蒸汽温度为350?C,燃油燃气并用, 以油为主,系第二次设计的产品。 QXW360-7/95/70-A Ⅱ 表示强制循环往复炉排热水锅炉,额定供热量为4.186MW, 出水压力为 0.69MPa ,出水温度为95 ?C ,回水温度为 70 ?C ,燃用Ⅱ类烟煤,原型设计。 不难看出,锅炉型号给出了锅炉的概貌,在了解锅炉的基本 概念和知识的基础上,熟练掌握锅炉型号的表示方法是十分 有益的。

三、锅炉结构形式的发展 锅炉结构形式的发展是与工业生产的需要及科学技术 的进步紧密联系的。早期的工业锅炉出现于18世纪 后期的英国,由于产业革命,蒸汽开始在工业上得到 应用,因而出现了生产蒸汽的锅炉的设备。这种锅炉 是圆筒形的,结构简单,十分笨重,蒸汽量很小,蒸 汽参数和蒸发效率都很低。随着工业生产的发展,要 求增大锅炉蒸发量,提高蒸汽压力和温度,提高锅炉 效率,降低金属消耗量,锅炉的结构形式也相应不断 发展。 如图3-1所示,锅炉结构型式的发展是沿着两个方向 进行的。 图3-1 锅炉型式发展简况

2

4

5

6 9

7

8

12 1 3 10 11

13

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15 16

1-圆筒型锅炉;2-火管锅炉;3-水管锅炉; 4-单火管锅炉;5-双火管锅炉;6-烟管锅炉; 7-烟火管锅炉;8-立式烟火管锅炉;9-立式 弯水管锅炉;10-水筒锅炉;11-整联箱横水 管锅炉;12-分联箱横水管锅炉;13-直水管 锅炉;14-三锅筒弯水管锅炉;15双锅筒弯 水管锅炉;16-单锅筒弯水管锅炉

一个方向是在圆筒形锅炉基础上,在圆筒内 部增加受热面,先后出现了单火筒锅炉(柯 尼希锅炉)、双火筒锅炉(兰开夏锅炉)及 各种烟火管锅炉。根据圆筒体放置位置的不 同,这类 锅炉双有立式和卧式之分。我国目 前把这类火管锅炉称作锅壳式锅炉。其基本 特点是在大圆筒(锅壳)之内装设小圆筒、 管子或其他形状的壳体,并把大圆筒与小圆 筒、管子等之间完全隔绝,形成夹套,夹套 之中容水,而小圆筒、管子等充作燃烧室和 烟道容纳火陷或烟气。

由于燃烧系统和汽水系统被限制在一个锅壳内,因 而这种锅炉的蒸发量、蒸汽参数都受限制,燃烧效果 和传热效果差,锅炉效率很低。从安全角度看,燃烧 系统布置在锅壳内,使锅壳及内部构件直接受热, 工作条件变差;锅壳的承载能力被各种开孔严重减 弱,形状和结构趋于复杂。加上这类锅炉水容量较 大,储热较多,一旦破坏释放能量大,因而,这类 锅炉安全性能较差,事故的破坏性较大。 但对这类锅炉对负荷变动的适应能力较好,对水质 的要求较低,维护检修较方便,烟风阻力较小,一 船采用自然通风。因而在一些小型工业部门、交通 运输及生活采暖部门中,目前还广泛使用这种锅炉。 当然,现代锅壳锅炉的具体结构、材料、制造质量、 工作性能等,都远非始锅壳锅炉所能比较的了。

另一个方向是在圆筒外部增加受热面积。即突破锅壳筒体的 限制,在锅筒之外设置燃烧室和受热面,形成并发展“水管 锅炉”。沿着这个方向,人们先后造出了水筒锅炉、直水管 锅炉、弯水管锅炉。目前常见的是双锅筒弯水管锅炉及单锅 筒弯水管锅炉。 水管锅炉,特别是弯水管锅炉的出现,是锅炉发展史上的一 次飞跃。它在结构上为增大锅炉蒸发量,提高蒸汽参数提供 了可能,因为在锅筒外边可以设置足够大的炉膛,布置足够 多的受热面。而管式受热成直径较小,可以承受更高的压力, 弯水管弹性较好,可以承受热胀冷缩。燃烧技术、传热技术、 冶金技术、制造工艺、水理技术及热工控制技术的进步,使 提高锅炉量、参数的可能迅速变为现实,并使锅炉的经济性、 安全可靠性相应提出来高。 水管锅炉的汽水系统由管子、集箱和锅筒组成,其系统远比 锅壳式锅炉复杂,但其元件结构却很筒单。其锅筒不直接受 热,工作条件较锅壳锅炉的筒体优越。直接受热的管子即使爆 炸,其危害性也远较筒体爆炸为小。

现代的高参数大容量锅炉全部是水管锅炉。 在60年代中期,我国出现了同时具备水管锅炉及壳式锅炉结 构特点的水火管锅炉——卧式快装锅炉。20多年来,这种锅 炉在我国发展很快,目前成为国内数量最大的一种锅炉,但 其结构性能有待进一步完善。 综上所述,锅壳式锅炉的结构特点为: 1.“锅”和“炉”都被包在一个壳体——锅壳中。 2.炉膛矮小,水冷程度大(整个金属炉膛浸泡于水中), 燃烧条件差,必须烧优质燃料。 3.受热面少,蒸发量低,常装水管或烟火管以增加受热面。 4.壳体直径较大,开孔多,形状不规则,内部受热部分与 不受热部分连接在一起,温度不一致,热膨冷缩程度不同,对 安全工作不利。 5.系统比较简单,一般没有砖砌炉墙及尾部受热面,便于 运输安装、运行管理及检查维护。 6.对水质要求较低。

水管锅炉的结构特点为: 1、炉膛置于筒体之外,“炉”不受“锅”的限制,体 积可大可小,可以满足燃烧及增加蒸发量的要求。 2、以容纳水汽的管子置于炉膛、烟道中作主要受热面, 锅筒一般不受热。传热性能及安全性能都显著改善。 3、水的预热、汽化(沸腾)及蒸汽过热在不同的受热 面中完成。 4、汽水系统、燃烧系统及辅助系统比较复杂,但一个 个受压部件的结构却比较简单。 5、由于水的预热、汽化及蒸汽过都是在管内完成的, 管子结垢堵塞难于清除,因而对水质要求较高。对 运行操作管理的水平也要求较高。 6、水火管锅炉的结构特点界于以上二者之间,或者说 它兼有水管锅炉及锅壳式锅炉的基本结构特点。
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第二节锅壳式锅炉 锅壳式锅炉有立式和卧式两种。 一、立式锅壳锅炉 立式锅壳式锅炉的圆筒形锅壳是立置的,其燃烧室 (炉胆)和火管(或水管)都在锅壳内,结构紧凑, 整装出厂,运输安装方便。占地面积小,便于使用 管理。其蒸发量一般在1吨/时以下,蒸汽压力一般 在1.27MPa以下。全部是手烧固定炉排,燃烧空间 小,水冷程度大,排烟温度有时高达600~700?C, 热效率低,约为50~60%。 立式锅壳炉下部锅壳与炉胆相连接的部位,叫下脚 圈,即盛水夹套的底部。该部位受力情况比较复杂; 容易沉积水渣,严重时会影向炉胆下部的正常热传; 外部接近地面,易受腐蚀。因而下脚圈是立式锅壳 锅炉的一个结构薄弱环节,最易产生各种事故。

(一)立式锅壳锅炉的结构 立式横水管锅炉是结构最简单的一种锅炉,立式多横火管锅 炉是历史较长、有代表性的一种锅炉。我国目前已不再生产 这两种锅炉,但目前生产的立式锅壳锅炉基本上是由它们演 变而来的。因此,我们以它们为例,说明立式锅壳锅炉的结 构。 立式横水管锅炉由锅壳、炉胆、横水管和冲天管等主要部件 组成,见图3-2。 锅壳是一个带有凸形封头或平封头的圆筒体。锅壳上开有人 孔、手孔、进水孔、出汽孔及附件仪表连接孔等必要的门孔, 封头中央的开孔连接冲天管,锅壳下部则开孔连接炉门圈, 是一个被开孔减弱的容纳汽水承受内压壳体。 炉胆是一个锥形壳体,顶部为凸形或平形炉胆顶,炉胆顶中 央连接冲天管,炉胆下部也开孔与炉门圈相连,炉门圈是燃 料的进口,是一段承受外压的圆筒壳,炉胆则是承受外压的 燃烧室,炉排即布置在炉胆下部。

1

3

图3-2
2
4 5

立式横水管锅炉

6

1-安全阀座 2-总汽阀座 3-封头 4-冲天管(含铸铁夹套) 5-人孔 6-锅壳 7-炉胆顶

7

9

8

10 12 11

8-横水管
9-炉胆 10-炉门

11-下脚圈
12-手孔

横水管系无缝钢管,交叉横置在炉胆上部,其作用是增加受 热面,促进水循环流动和增加炉胆承载能力。横水管有1~4 根,因容量而异。直径不越过250毫米。锅壳对应横水管的 部位,开有手孔供清理泥渣之用。冲天管自炉胆顶穿过锅壳 顶,上伸与烟囱连接,是烟气的流出通道,其在锅壳内部分 也是承外压圆筒。冲天管下部周围受水冷却,上部在锅壳内 部分则周围接触蒸汽,冷却情况不佳,为了避免烟气加热变 形和腐蚀,冲天管内部衬有铸铁套管,下伸至水面之内。 下脚圈的结构主要有U形和S形两种,本炉采用U形下脚圈, 分别与炉胆及锅壳焊接在一起。在锅壳下部靠近下脚圈处, 开有手孔,一般为三个至四个,沿圆周均布,供清除下脚泥 渣之用。 不难看出,这种锅炉烟气流程很短,燃烧产物在炉内停留时 间很短,来不及充分燃烧和传热,排烟温度高,热效率低。 立式多横火管锅炉即所谓考克兰锅炉,主要由锅壳、 管板、火管、炉胆等部件组成,如图3-3所示。

图3-3 立式多横火管锅炉
15 1 14 1-封头 2-锅壳 3-拉撑 4-后管板 5-火管 4 5 6 7 8 10 9 11 4 12 13

3
2 3

6-后烟箱
7-喉管 8-手孔

9-下脚圈
10-炉门 11-炉胆 12-前烟箱 13-前管板 14-烟囱 15-人孔

锅壳是一个不规则的圆筒体,中段两侧沿轴向各被平截去一 部分筒壳,连接以平板形成所谓管板,锅壳上部连接有半球 形封头。锅壳上开设有各种必要的门孔。 炉胆是半球形壳体,炉胆上连接有炉门圈和喉管,是两段承 受外压的圆筒,分别为燃料进口和烟气流出通道。炉胆下部 布置有炉排。整个炉胆也是一个承受外压的燃烧室。 管板上布满开孔,火管胀接也或焊接在两块管板之间。火管 是承受外压的无缝钢管,烟气由其内部流通。 下脚圈为U形。 值得注意的是,管板上部与锅壳相连处,有两块月形平板, 为了增强该平板对内压的承载能力,在平板与圆筒体之间焊 以三角的拉撑板。 这种锅炉的烟气流程较长:烟气由炉胆经喉管进入后烟箱, 通过火管到前烟箱,再由烟囱排出。传热效果较好,在立式 锅炉中热效率较高。同时它的水容量较大,易于操作。但这 种锅炉结构形状复杂,加工困难,比较笨重,管间水垢不易 清除,胀管容易泄漏,因而也是淘汰产品。

(二)目前常见的立式锅壳式锅炉 1、立式弯水管锅炉 它的结构如图3-4所示,它由锅壳、炉胆、弯水管等主 要部件组成。 锅壳为圆筒壳,顶部焊接有凸形封头。下部通过U形下 脚圈与炉胆相连。 炉胆是一个小的圆筒壳,顶部焊接有凸形炉胆顶。 弯水管分两组,分别沿周向布置在炉胆内部及锅壳外 部。炉胆内部的弯水管,上部连接在炉胆顶上,下部 连接在炉胆上;锅壳外部的弯水管,上下两端都连接 在锅壳上,周围被环形烟道所包围。 炉排在炉胆下部,高温烟气传热给炉胆壁及内部弯水 管后,经喉管进入锅壳之外的环形烟道,分两路各经 半圆路径,横向冲刷外部弯水管,然后合流入烟囱。

图3-4 立式弯水管锅炉
1

5 4

1-锅壳;2-;炉胆;
2

3-炉排;4-弯水管;
5-外部弯水管;

3

这种锅炉结构简单紧凑,易于制造;受热面 多,传热情况较好;水循环可靠。整个锅 炉的弹性较好,热应力较小。 但炉胆内弯水管的布置缩小了燃烧室容积。 增加了水冷程度,使燃烧条件恶化,所以 这种锅炉只能烧优质燃料。炉胆内弯水管 的水平段易于沉渣结垢、在水质差时,可 能造成弯水管堵堵塞损坏事故 。

2、立式直水管锅炉 立式直水管炉由锅壳、炉胆、上下管板,直水管等主要部件 组成,如图3-5所示。 锅壳分上下两部分,中间以直水管相连通。上锅壳顶上有凸 形封头,下锅壳下部以U形下脚圈和炉胆连在一起。 炉胆是一个短圆筒壳,顶部为凸形炉胆顶。 上下锅壳相对的端部是两块平管板,直水管连接于平管板上。 直水管中心部位是一根直径粗大的下降管,下降管与周围的 直水管构成循环回路。 烟气由炉胆经喉管进入直水管区。直水管设有折烟墙,烟气 只能绕中部下降管沿圆周方向横向冲刷直水管,最后经烟囱 排出。这种锅炉水循环安全可靠,热效率较高,清垢方便, 但在直水管区容易积灰。

6 9 5

图3-5 立式直水管锅炉
1-烟气出口管(喉管)
2-下降管 3-直水管 4-挡烟隔墙板 5-锅壳 6-检查孔 7-半圆形炉胆 10 8-炉排 9-水位表接口 10手孔

11

2 3

4

12

1 7 8

13

11-前烟墙
12-后烟墙 13-炉门 14-底脚角铁箍

14

二、卧式锅壳锅炉 卧式锅壳锅炉是平置的,具有结构简单,操作方便, 水位气压较稳定,对水质要求不高等特点,出力较 立式锅壳锅炉为大,但也较立式锅壳锅炉笨重。其 蒸发量一般不超过4吨/时,蒸汽压力不超过 1.27MPa。 目前国内有代表性的卧式锅壳锅炉是卧式内燃回火 管锅炉。这是取代卧式火筒式锅炉而发展起来的一 种新型锅炉。 这种锅炉主要由锅壳、炉胆、前后管板、烟火管等 主要部件组成。炉胆有两种,一种和锅壳等长,炉 胆后部没有烟管;一种长度短于锅壳,炉胆后部有 短烟管。两种炉胆的两侧面,都设有和锅壳等长的 烟管组。前后管板连接在锅壳两端。

图3-6所示为炉胆与锅壳等长度的卧式内燃回 火管锅炉。炉胆带有膨胀补偿结构。目前常 用的是波浪形炉胆及平直段圆筒与环形段交 替连接的炉胆,可自行吸收大部分热膨胀。 两管板与锅壳之间都连有加强拉撑。拉撑装 于管板上部无管区。 炉排平置于炉胆前部,有固定炉排和链条炉 排两种。目前广泛采用的是链条炉排。烟气 行程为三回程,即由炉胆(及短烟管)至后 烟箱,折入两侧烟管返回到前部烟箱,再入 两组上部烟管至锅壳后部排入烟囱。

4 2 7

3

5

6

1

1-链条炉排 2-烟火管 3-锅壳 4-炉胆 5-后烟箱 6-前烟箱 7-煤斗

图3-6

卧式内燃回火管锅炉

这种锅炉结构紧凑,整装或组装出厂,运输 安装方便,比起火筒锅炉来,热效率显著提 高,钢材消耗量大大下降。缺点是结构刚性 较大,锅壳、炉胆和烟管之间因热膨胀不同 而产生热应力,有时造成烟管端部胀口泄漏; 烟管外结水垢时不易清除;烟管及烟箱中易 积灰。

第三节小型水管锅炉
一、水管锅炉的主要部件 水管锅炉结构型式和系统布置的种类繁多,但各种水管锅炉 所包含的主要部件大体相同:即汽水系统主要包括锅筒(汽 包)、集箱、水冷壁、对流管束、省煤器、过热器等部件; 燃烧系统主要包括燃烧器、炉膛和烟道、空气预热器等部件。 此外,容量稍大一些的水管锅炉,在炉膛和烟道旁边都设置 有钢制构架(柱、梁和框架),用于支承和吊挂汽水系统各 部件及燃烧设备,布置楼梯平台。 这里只介绍汽水系统的主要部件及空气预热器。 (二)锅筒 锅筒是水管锅炉的心脏,是锅炉中最重要的一个部件。目前 的水管锅炉多是双锅筒及单锅筒的。双锅筒锅炉的锅筒分上 下两个,上锅筒也叫“汽包”或“汽鼓”,里面容纳汽水混 合物,下锅筒也叫“水包”或“泥包”,里边全部容纳水。 单锅筒锅炉的锅筒一般布置在锅炉上部,相当于双锅筒锅炉 的“汽包”。

1、锅筒(上锅筒)的功用 水管锅炉中的受热面都是水管,水管中容纳的水汽量有限, 锅筒则是水汽系统中容积最大的部件,它可以容纳一定的水 量,使锅炉维持一定的水位,减少锅炉水位和汽压的波动; 锅筒上连接着很多蒸发受热面管子,构成循环回路,水在这 些管子中一边循环流动一边汽化,锅筒则是循环流动的起始 点和结束点;进入蒸发受热面的水吸热后,部分变成蒸汽, 流回锅筒的是汽水混合物,这些汽水混合物在锅筒中进入行 汽水分离,蒸汽部分经分离后进入导汽管,水则继续进入蒸 发受热面循环流动,所以锅筒是水与蒸汽的明确分界点。 2、锅筒的结构 现代水管锅炉的锅筒一般是卷焊结构,由钢板卷制焊接成的 圆筒体,两端焊上冲压成型的凸形封头。锅筒直径小的有数 百毫米,大的可达2米左右。锅筒外部连接各种受热面管子, 内部则装设有各种内件、主要是配水装置、汽水分离装置、 排污装置等。锅炉的主要安全附件—安全阀、压力表、水位 表等,也都装设在锅筒外部。

(二)水冷壁 在水管锅炉的炉膛内,贴墙布置的单排并列水管,叫水冷壁。 水冷壁布置在炉膛四周,把火焰与炉墙隔开,由于水冷壁管子 内的水汽不继流动,吸收火焰大量辐射热,从而冷却了炉墙, 使炉墙的温度不致太高。现代水管锅炉的水冷壁,冷却炉墙的 作用是次要的,作为蒸发受热面使水吸收辐射热汽化的作用是 主要的,因而也叫辐射蒸发受热面。水冷壁的形状因炉膛形状 而异,假想把炉膛的炉墙拆除,则水冷壁就是由钢管组成的包 围火炬的笼子。水冷壁管子上端或者直接连在锅筒上,或者通 过集箱连接到锅炉上;水冷壁下端连接到下集箱上,下集箱与 锅筒间连接有下降管以构成循环回路,从而使水在水冷壁系统 内不断循环流动。 根据相邻的单排并列水冷壁管间的关系,可把水冷壁分成光管 水冷壁与鳍片管水冷壁两种,如图3-7所示。光管水冷壁相邻 的管子间有一定间隙,互不接触,水焰可以通过管间间隙,辐 射到炉墙上一部分;鳍片管水冷壁也叫膜式水冷壁,相邻的管 间由鳍片相连在一起,使水冷壁管形成一个连续的金属壁膜, 完全隔开了火炬与炉墙的接触,增加了炉膛的密封性能。小型 锅炉的鳍片是在相邻两根水冷壁管间焊上一块扁钢条形成的。

光管水冷壁 图3-7 水冷壁结构

光管加扁钢 扎制鳍片管

烧熔焊

焊接鳍片管

其他

(三)对流管束 对流管束是布置在炉膛出口之外对流烟道中的管群。 从炉膛流出的高温烟气经过烟道时,在管束外横向 冲刷管束,主要以对流换热的方式将热量传给管束, 使管束内的水不断汽化,因而对流管束是对流蒸发 受热面。 和单排贴墙布置的水冷壁不同,对流管束是以密集 管束的形式布置在烟道空间里,管束两端,分别焊 接或胀接到上下锅筒上,水在管束内受热不同的管 子中循环流动。 对流管束是低压水管锅炉的主要受热面之一。随着 蒸汽压力的提高,水汽化时吸收的汽化潜热减少, 生产同样蒸汽需要的蒸发受热面减少,可以少要或 不要对流管束,仅用水冷壁即可满足生产蒸汽的需 要,因而中压以上锅炉没有对流管束。

(四)省煤器 顾名思义,省煤器是锅炉中为节省燃料而布置在尾部烟道中的辅助 受热面。由水泵打入锅炉的水,首先进入省煤器,省煤器外部受烟 气加热,烟气流过省煤器外部时不断降温,水流经省煤器内部时不 断升温,最终结果是用烟气的余热提高了水温,而使排放到烟囱中 的烟气温度降低,从而提高锅炉的经济性。由省煤器出来的水由管 道送入锅筒。 常用的省煤器有铸铁式省煤器和钢管省煤器两种。 铸铁式省煤器由带肋片的铸铁直管连接以弯头组成,见图3-8。肋 片有圆形及方形的两种,有强化传热的作用。用铸铁材料作省煤器, 可以耐腐蚀、耐磨损,而腐蚀磨损是低压水管锅炉省煤器经常遇到 的问题。但铸铁性脆,不能承受振动或冲击,省煤器中的水如果受 热过多,产生蒸汽,出现汽水两相状态,就极有可能产生水击,使 省煤器强烈振动并导致损坏。因而对铸铁省煤器来说,使水在其中 受热升温是可以的,但不能升温到饱和温度。必须与饱和温度有一 段温差(低于饱和温度40℃),明确地与饱和状态分开,以免在省 煤器中产生水击,所以铸铁式省煤器也叫可分式省煤器。

图3-8 铸铁式省煤器

与此相反,钢管省煤器叫不可分式省煤器, 钢管不怕承受冲击,水可以在其中汽化,不 必严格把钢管省煤器与饱和状态及蒸发系统 分开。钢管省煤器由蛇形管束组成,见图3-9。 钢管省煤器可以承受较高压力和振动,但耐 腐蚀、磨损的性能较差。在中高压锅炉上一 般用钢管省煤器。

去锅筒

5

4

3 1 2

图3-9

钢管省煤器

1-截止阀;2-逆止阀;3-给水调节阀;4-集箱;5-省煤器

(五)过热器 工业用小型水管锅炉中,仅有一部分设置过热器,即当生产 工业要求使用过热蒸汽时,应采用带过热器的水管锅炉。 过热器的作用是将导出汽包的饱和蒸汽继续加热,使之具有 一定的过热度,即超过饱和温度一定值,以满足生产工艺需 要。 小型水管锅炉的过热器一般布置在炉膛出口的高温烟道内, 过热器两端分别连接在过热器进口及出口集箱上,进口集箱 以管道与锅炉锅筒相连,出口集箱以管道与锅炉分汽缸或主 汽阀相连。 过热器与钢管省煤器的结构相似,由蛇形管束组成,根据蛇 形管束布置方式,可把过热器分作垂直式(立式)和水平式 (卧式)两种,见图3-10。 过热器与其他受热面显著不同之处是它内部流通和加热的全 部是蒸汽,而不是水或汽水混合物,由于蒸汽的温度较高且 对流换热能力较低,因而过热器钢材的工作温度较高,必要 时采用合金钢制造。

图3—10 过热器放置方式 a)立式过热器 b)卧式过热器

(六)集箱 集箱也叫联箱,它不是一个独立的部件,而是水冷壁、省煤 器、过热器等部件的组成部分,即分别有水冷壁集箱,省煤 器集箱,过热器集箱等。集箱的作用是:汇集或者分配水汽 工质;减少工质的输送连接管道;减少锅筒的开孔数从而有 利于提高锅筒的安全性能。 集箱实际上就是连接很多受热面管子的粗直径管子,它由无 缝钢管加工而成,两端焊接封头(端盖),箱体上开很多管 孔,用以焊接或胀接管子。省煤器及过热器管子的两端都连 接到集箱上,水冷壁管的下端连接到集箱上,上端可以连接 到集箱上,再由集箱引出少数管子(汽水引出管)接到锅筒; 也可以将水冷壁管上端直接接到锅筒上。 在水管锅炉的受压元件中,集箱的重要性仅次于锅筒,是安 全监督检查的重点。

(七)空气预热器 空气预热器是烟气与空气之间进行热量交换的换热器,属于 燃烧系统。空气预热器通常布置在锅炉尾部烟道中,利用烟 气的余热加热室温下的空气,使空气升温到燃料燃烧需要的 温度然后送入炉膛。空气预热器的作用之一是降低排烟温度, 减少排烟热损失q2;作用二是保证燃料及时着火,稳定和完 善燃烧,提高燃烧效率,总的效果是提高锅炉的热效率。经 验数据表明,供入锅炉炉膛的空气预热升温100℃,大约可 节约燃料5%。 不同燃料,不同燃烧方式,对预热空气温度的要求也不同。 层燃炉燃烧有的可以直接供入室温下的空气,有的采用温度 不超过200℃的预热空气,即不是所有层燃炉都有空气预热 器,烧无烟煤及劣质烟煤时才需要采用空气预热器。室燃时, 各种煤的燃烧都需要预热空气,有时甚至要求将空气预热到 400℃的高温。 目前常见的空气预热器有管式和回转式两种。

管式空气预热是最常见的预热器,可用于各 种锅炉。小型水管锅炉采用的预热器几乎全 部是管式空气预热器。其结构如图3-11所示。 即由许多直的有缝薄钢管两端连接到管板上, 组成“管箱”,再由若干管箱组合起来构成 整个预热器。运行时,烟气一般由上至下从 管内流过,空气由管外横向掠过管束,二者 通过管壁进行换热。 回转式空气预热器是一种边转动边换热的间 断换热器,仅用于大型锅炉。

图3-11 管式空气预热器

二、常见的小型水管锅炉 (一)双横锅筒弯水管锅炉(K型锅炉) 这种锅炉主要由上下锅筒、水冷壁、集箱、下降管、对流管束 等部件组成(图3-12)其蒸发量分2吨/时、4吨/时两种,是 结构最简单、容量最小的水管锅炉。 上下锅筒横置于炉膛后部,两锅筒中心不在一条竖直线上,上 锅筒略向前倾,两锅筒之间胀接有对流管束。 对流管束由外径51毫米的无缝钢管弯制而成,顺排布置,管间 设置折烟墙,使烟气通过管束时呈“Z”形流动。水冷壁沿炉膛 前墙和顶棚布置。水冷壁下部集箱布置于前墙外侧下部。两根 下降管自上锅筒两端部引出,经侧墙外侧连接到水冷壁下集箱 上。水冷壁管上端直接引入上锅筒。 采用固定炉排或手摇活动炉排的层燃燃烧方式。 这种锅炉采用弯水管作水冷壁及对流管束,便于胀缩,整体结 构弹性较好;有足够的炉膛容积,适于燃用多种燃料。但采用 工人加煤,劳动强度大;炉膛中布置受热面少,尾部烟道没有 省煤器,排烟温度高,效率低;对流管束下部易积灰等。近年 来,针对这些问题,不少单位对这种锅炉进行了技术改造。

2

1

6

1-水冷壁 2-炉墙 3-下降管 4-集箱 5-炉排

3 4 5

8

7

9

6-上锅筒
7-对流管束 8-隔火墙 9-下锅筒

图3-12双横锅筒弯水管锅炉(K型)

(二)双纵锅筒弯水管锅炉(D型锅炉) D型布置是近年常见的一种小型水管锅炉布置方式,它的基 本特点是,双锅筒中心在同一竖直线上,双锅筒轴线与炉膛 轴线平行,锅炉的一侧为炉膛及水冷壁,另一侧为烟道及对 流管束等受热面,整个锅炉呈“D”型。 燃煤D型锅炉燃烧设备可为链条炉排,振动炉排,往复推动 炉排等。燃油锅炉也常用D型布置。图3-13所示为采用振动 炉排的D型锅炉。 主要部件有上下锅筒,对流管束,水冷壁系统,(水冷壁、 下降管、集箱),省煤器等,有的锅炉也有过热器。 上锅筒直径稍大于下锅筒直径,二锅筒之间连接对流管束。 对流管束由外径51毫米的无缝钢管组成,顺列布置于对流烟 道中,对流烟道沿纵向由耐火墙分为两半区,烟气沿对流烟 道呈U形流动。 炉膛四周都布置有水冷壁,各侧水冷壁都配有下降管及下集 箱,构成封闭的水循环系统。 省煤器布置在尾部烟道中。

1 5 3

1-上锅筒 2-下锅筒 3-弯水管 4-左、右侧水冷壁
2

4

5-炉顶水冷壁 6-集箱 7-炉排

6

图3-13

双纵锅筒弯水管锅炉(D形)

8

8-省煤器 9-吹灰器
9

这种锅炉结构紧凑,整体结构弹性好,水循 环可靠。采用机械化炉排,配以适当的炉拱, 不但减轻了劳动强度,还可以改善燃烧,提 高效率。但这种锅炉对水质要求较高,有时 燃烧调整较困难,易产生出力不足、结渣等 问题。 这种锅炉的蒸发量为2吨/时~10吨/时。

(三)双纵锅筒弯水管锅炉(Д.Κ.Β德文字母“德卡维”) 这种锅炉的结构如图3-14所示。它主要由上下锅筒、 对流管束、水冷壁系统、省煤器、过热器等部件组 成,有的还配有空气预热器。 上下锅筒沿炉膛纵向布置,且锅筒的纵轴线与炉膛 的纵轴线在同一竖直平面内。下锅筒布置在炉膛后 部,上锅筒比下锅筒长一倍左右,其后端与下锅筒 对齐,前端伸至炉膛上方。 对流管束布置在两锅筒之间的对流烟道中,中间设 置有折烟墙,使烟气呈S形流动。 炉膛两墙及后墙布置有水冷壁。 过热器布置在对流烟部前部,第二对流烟道的入口。 省煤器布置在尾部烟道中。

1-上锅筒 2-水冷壁 3-对流管束 4-机械风力抛煤机 5-手摇翻转炉排 6-燃尽室 7-飞灰回收装置 8-下锅筒 9-省煤器 10-空气预热器 11-旁通烟道

图3-14 双纵锅筒弯水管锅炉( Д.Κ.Β )

整个汽水系统中工质的流程是:给水经省煤器预热后进入上 锅筒,之后分别在水冷壁系统及对流管束中进行水循环,所 产生蒸汽在上锅筒内经汽水分离后导入过热器,经过热器加 热为过热蒸汽,汇集于集箱,由主蒸汽管引出。 燃烧系统采用抛煤机翻转炉排或抛煤机倒转链条炉排。炉膛 后墙与第一折烟墙之间的空间,是一个燃烬室,高温烟气中 未燃烬的固态及气态可燃质在此处进一步燃烧后,再进入对 流烟道及尾部烟道。 这种锅炉结构合理,整体弹性较好,清垢检修方便,加煤实 现了机械化,减轻了劳动强度,锅内设备较齐全,对改善汽 水品质,减少腐蚀积垢有一定作用。 但因采用抛煤机,其烟气中飞灰量大,含碳量高,既降低效 率,又污染环境。对煤质和煤的粒度都有较高要求。水质要 求也很严格。

由于上锅筒前部受烟气加热,当水质不良时,因水垢沉积会 导致过热鼓包。因而也有将上锅筒前部截短,使上锅筒稍长 于下锅筒,用上集箱代替上锅筒前部连接两侧墙水冷壁的结 构型式。 该锅炉的蒸发量有6.5吨/时及10吨/时两种。 (四)双横锅筒弯水管链条炉排锅炉(Д型) 这是一种历史比较悠久,应用十分广泛的锅炉,其容量较K 型锅炉大,最小4吨/时,最大达20吨/时。其结构如图3-15 所示,主要由上下锅筒,对流管束、水冷壁系统、省煤器、 空气预热器等部件组成,有的还有过热器。 上下锅筒横置于炉膛后部,两锅筒间连接对流管束。炉膛四 周都布置有水冷壁。有过热器时,布置在炉膛出口对流管束 前部,省煤器及空气预热器布置在尾部烟道。 对流管束中设置有折烟墙,烟气离开炉膛之后,几次遇折烟 墙转向,充分冲刷过热器和对流管束,最后进入尾部烟道。

图3-15双横锅筒链 条炉排锅炉 1-锅筒 2-省煤器 3-空气预热器 4-链条炉排

5-水冷壁
6-对流管束

这种锅炉采用链条炉排,减轻了司炉的劳动 强度,炉膛较开阔,并有前后拱,二次风的 配置,燃烧情况较好,热效率较高。但整体 结构不够紧凑,金属消耗量较大。 (五)单锅筒纵置式锅炉(A型锅炉) 小型单锅筒水管锅炉采用“A”型或“人”字 形布置。即锅筒沿炉膛纵向布置于炉膛上部 中央,炉膛下部两侧沿纵向各布置一个直径 较大的集箱。在锅筒与两个集箱之间连接两 组锅炉管束,分置于炉膛左右两侧,从炉膛 端部看,锅筒—管束—集箱形成“A”型或人 字形布置(图3-16)。

图3-16 单锅筒纵置式锅炉(A型) 1-锅筒;2-对流管束;3-集箱;4-振动炉排;5-主汽 阀;6-安全阀;7-压力表;8-水位表;9-省煤器;

两组管束中最靠炉膛的一排管子与其他排管子用密 封的耐火材料隔开,这些密封耐火材料即构成炉膛 的两侧炉墙,置于炉膛内的第一排管形成锅炉的水 冷壁管,其余各排管则构成锅炉的对流管束。水冷 壁管与对流管束形成封闭水循环回路。 燃烧装置可为链条炉排或往复推动炉排等形式。烟 气流程有两种情况,一种是,烟气由炉膛后部进入 左侧对流管束,横向穿过管束向炉前流动,在锅炉 前部经转向烟道进入右侧对流管束,从右侧后部进 入尾部烟道,并经过省煤器和空气预热器进入烟囱; 另一种是,烟气由炉膛后部分左右两股分别进入左 右对流管束区,流至炉前后汇合至上烟箱,再由上 向下经省煤器和空气预热器,排至烟囱。 这种锅炉对称性好,结构紧凑,可以制成快装形式, 便于运输安装。

第四节 卧式水火管锅炉 卧式水火管锅炉通常也叫卧式快装锅炉。所 谓快装锅炉是指锅炉的本体,燃烧设备,炉 墙,平台楼梯和构架等在锅炉厂制造后全部 组装在一起,整体运往使用场所,只需接通 辅机电源,烟风管道和汽水管道,锅炉很快 即可投入运行。快装锅炉不仅限于卧式水火 管锅炉,各种结构的锅炉,包括锅壳式锅炉 和水管锅炉,都可以采用快装的形式;而卧 式水火管锅炉也并非全部是快装形式的。

卧式水管锅炉在我国出现于60年代后期,是在卧式 外燃烟管锅炉的基础上,在锅壳两侧及后部加装水 冷壁,组成外部炉膛,形成水火管组合的结构形式 (图3-17)。其主要部件为:锅壳,烟管,两侧水 冷壁系统(水冷壁管,下降管,集箱)后排水冷壁 系统及燃烧装置。 炉排形式有固定炉排、链条炉排及往复炉排等种。 烟气通常有三回程:在锅壳下部炉膛中后行,离开 炉膛后由锅壳后部一侧进入第一对流烟管区,前行 至锅壳前部烟箱转折180°进入第二对流烟管区, 后行至锅壳后部,排入烟囱。

图3-17 卧式水火管锅炉

1-锅壳 2-烟管

3-风机
4-下降管 5-链条炉排 6-前烟箱 7-省煤器 8-排污管 9-煤斗 10-水冷壁管 11-检查孔 12-下集箱 13-保温层

卧式水火管锅炉结构简单紧凑,制造及运输安 装方便,使用时升火启动快,便于调整负荷,热效 率较一般锅壳式锅炉为高。其特点是由于快装的要 求,炉膛高度低,相对水冷程度较大,燃料的着火 困难,燃烧不稳定,难于燃用贫煤及劣质烟煤,影 响锅炉运行出力及热效率;由于筒体和直烟管刚性 强,后管板左右两侧的烟气温差大,热应力常把后 管板拉撑件的焊口拉断,管接头出现裂纹和渗漏; 锅壳下部直接受火焰辐射,又易沉积泥垢,在水质 不好,运行操作不当时,锅壳下部常常出现过热鼓 包现象;锅炉的蒸汽空间较小,高负荷时蒸汽带水 严重等。 目前,卧式水火管锅炉是我国使用最普遍,数量 最多的一种工业锅炉,其品种和规格比较齐全,蒸 发量0.5-4吨、时,压力为0.78~1.27MPa。


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