第三章 工业锅炉的本体结构

  工业锅炉按本体结构的型式可分为火管锅炉（也称烟管锅炉）、水火管锅炉 和水管锅炉三种。火管锅炉的外形为一筒体，属内燃式锅炉，具有结构紧密相连、整 体性好，对给水品质要求不高，安装和运行都很方便；但因其本体结构尺寸受到 限制，一般制造成低参数、小容量的锅炉。目前在燃油、燃气锅炉中得到普遍应 用。水管锅炉本体由较小直径的锅筒和管子组成，受力条件好，且受热面和炉膛 布置非常灵活，传热性能好，适用于大容量和高参数锅炉；但对水质、安装、运 行、维修、管理要求都很高。 水火管锅炉是一种由水管和火管组合而成的混合型锅炉。它具有水管和火管 锅炉的双重优点，水管构成外置炉膛，燃烧室体积较火管锅炉增加，锅炉容量相 应增加，一般制造成快装（整装或组装）锅炉出厂。大范围的应用于燃煤锅炉，目前 在中国工业锅炉中，此型锅炉的数量约占一半。 此外，还有适用于特殊要求的工业锅炉，即特种锅炉，其主要炉型有：余热 锅炉、废料锅炉、间接加热锅炉、特种工质锅炉等。 第一节 锅炉发展概况 锅炉发展是与科学技术的进步和工业生产的需要紧密相联系的。随着蒸汽机 的发明，18世纪末，圆筒形蒸汽锅炉诞生，至今已有200多年的历史。在此期 间，锅炉的发展历史是从小型、中型到大型；从微压、低压、中压、高压、超高 压、亚临界到超临界；从低温、中温到高温；从铆接结构到焊接结构；从手工操 作到机械化、自动化等。实质上，锅炉主要是沿着扩大容量、提高参数、降低金 属耗量和能耗、减轻劳动强度、提高安全性和可靠性以及减轻对环境的污染等方 向发展的。 锅炉发展过程中一个很重要的方面是锅炉本体结构。锅炉本体的原始型式是 一个圆筒形的锅筒，筒体里面盛有一定容量的水，筒体外侧下腹部作为受热面与 燃料燃烧生成的高温烟气进行热量交换。这种锅炉由于受热面积小，不能充分吸 收高温烟气的热能，因此，产汽量少，满足不了工农业生产发展对热能的需要。 为了更好的提高蒸汽产量、品质和参数，充分的利用高温烟气的热能，就需要扩大锅炉的 受热面面积，提高受热面的传热能力。为达到此目的，对锅炉进行了一系列的科 学研究和技术革新，使锅炉沿着两个不同的方向发展。图3-1展示出锅炉本体结 第三章 工业锅炉的本体结构 75 构型式发展和演变过程。 图3-1锅炉型式的发展和演变简图 锅炉发展的第一个方向是在锅壳水容积的空间内增设烟气通道，使高温烟气 可以通过较多的受热面把热能传递给水，与此同时，增加烟气的流程，提高烟气 流动速度，来提升烟气的传热系数。 最初是在圆筒型锅筒水容积内增加一个较大直径的火筒（也称单炉胆），燃 料在火筒内燃烧，旧称康尼许锅炉。后增加为两个火筒（也称双炉胆），旧称兰 开夏锅炉。炉胆为辐射受热面，吸收燃料在其内燃烧所产生的高温辐射热，并将 其传递给锅筒内的工质——水。为了进一步增加汽锅的受热面，又发展到在圆筒 内安装一些使高温烟气流动的小直径的烟管。这时燃料可以在圆筒外燃烧或仍然 在火筒内燃烧，高温烟气在火筒或烟管内流过，锅水在火筒外或烟管外吸热和汽化。前者旧称卧式外燃回火锅炉，后者旧称卧式内燃回火锅炉。这类锅炉燃料在 燃烧室或火筒内燃烧，因此，在管内流过的是烟气，故称火管锅炉（也称烟管锅炉)。 上述各型锅炉，锅壳都是横向放置，称卧式火管锅炉，其占地面积大。烟管 锅炉发展的另一种型式是锅壳呈垂直放置，也叫立式火管锅炉，锅壳内装有一个 76 直径稍小的内筒（炉胆）作为燃烧室，内筒和锅壳之间为水夹层，内筒和锅壳的 顶部封头之间装有烟管，旧式考克兰锅炉，即属于此种型式。立式火管锅炉可充 分利用空间高度，占地面积少。 卧式、立式火管锅炉的共同特点是高温烟气在火筒或烟管内流动放热，工质——水在火筒或烟管外侧吸热、升温和汽化。 火管锅炉结构相对比较简单，制造方便，水质要求不高，安装、运行、维修都非常容易。 但由于这类锅炉炉膛一般都比较矮小，燃烧室空间小，炉膛四周又被作为辐射受热面 的筒壁所围住，水冷程度大，所以，燃烧条件较差，炉内温度低，需燃用优质煤。而 且烟气纵向冲刷受热面，传热效果较差；此外，锅壳直径大，既不利于提髙蒸汽压 力，又增加钢材消耗量；烟管的增加受到水容积的限制，即受到锅壳直径的限制，锅 炉蒸发量也就受到了限制。因而不能适应大容量、高参数锅炉发展的需要。 因此，锅炉开始进人第二个发展趋势。大约在19世纪中叶，首先在锅炉圆 筒外面增设几个直径较小的圆筒受热面。逐步发展到增加圆筒数目、减小圆筒 直径，以致以钢管取代圆筒，从而发展成水管锅炉。水管锅炉的特点是：燃料在 圆筒外面的炉膛内燃烧，烟气在管外冲刷流动放出热量，汽、水等工质则在管内 流动吸收热量。 水管锅炉的出现是锅炉发展过程中的一次大飞跃。它彻底摆脱了火管锅炉受 锅筒尺寸的制约，无论在燃烧条件、传热效果和受热面的布置等方面都取得了根 本性的改善，为提高锅炉的容量、参数、热效率、降低金属耗量、确保锅炉运行 的安全性、可靠性和经济性等方面创造了良好的条件。 水管锅炉也是在圆筒形锅炉的基础上发展起来的。最初生产的水管锅炉是横 直水管型，水管两端与大集箱连接，由于整块的方形集箱承受内部工质压力的能 力较差，后将整集箱改为分集箱，这样强度得到了保证，但集箱和集箱上的手孔 加工复杂，精度要求高，且金属耗量大。横水管内汽水混合物容易分层流动，对 水循环不利，这种横水管锅炉称为“拔柏葛”锅炉，现在已经不生产了。竖水管 锅炉于20世纪初问世，最早是直水管结构，慢慢地发展成富有弹性的弯水管，布置十分便捷，大幅度提升了锅炉本体结构布置的自由度。最初为增加受热面，釆用多锅筒弯水管锅炉，此后由于对锅炉辐射换热规律有了进一步的认识，锅炉向着减少对流受热面，增大辐射受热面的方向发展，于是锅筒数目慢慢地减少，逐步演变成双锅筒、单锅筒锅炉，以至发展到现代的无锅筒锅炉——直流锅炉。与此同时，蒸汽过热器、省煤器、空气预热器等受热面相继被釆用，使锅炉设备更趋完善，能充分满足锅炉单台容量增大、蒸汽参数提高的发展要求。 按相同蒸发量的水管锅炉与火管锅炉相比，水管锅炉的水容积较小，单位面 积上水垢的沉积量多，所以，水管锅炉对给水品质要求比较高，在本体结构和制造 工艺上，水管锅炉也比火管锅炉复杂，金属材料消耗量较多。这就是小容量（如 77 蒸发量1t/h以下）的锅炉，采用水管锅炉在技术经济上并不一定合理的原因所 在。 第二节火管锅炉结构 火管锅炉在工业上应用最早，其特点是：烟气在火筒（炉胆）和烟管中流 动，以辐射和对流换热方式将热量传递给工质——水，使其受热、汽化，产生蒸汽。容纳水和蒸汽并兼作锅炉外壳的筒型受压容器称为锅壳。锅炉受热面——火筒（炉胆）和烟管布置在锅壳内。燃烧装置布置在火筒之中。水的加热、汽化、 汽水分离等过程均在锅壳内完成，其水循环安全可靠。由于锅壳水容积大，适应负荷变化的能力强。 火管锅炉按其布置方式可分为卧式和立式两种。前者的锅壳纵向中心线平行 于地平面，后者锅壳的纵向中心线垂直于地平面。 一、卧式火管锅炉 卧式火管锅炉是我国目前制造最多、应用最广的火管锅炉。燃煤卧式火管锅 炉的最大蒸发量4t/h，而燃油、燃气锅炉最大蒸发量可达32t/h外，蒸汽压力最高 可达2.5MPa。国内外燃油、燃气工业锅炉，大多釆用此种炉型。 卧式火管锅炉分单火筒锅炉和双火筒锅炉两种型式。 图3-2所示的是燃煤卧式单火筒火管锅炉。链条炉排安置在具有弹性的波形 火筒之中。锅壳左、右侧及火筒上部都设置烟管，火筒和烟管都沉浸在锅壳的水 容积内，锅壳上部约1/3的空间为汽容积，锅壳的顶部设置汽水分离装置。煤层 以上的火筒内壁为主要辐射受热面，烟管为对流受热面。 此型锅炉的烟气在锅壳内呈三个回程流动。烟气流动的第一回程是燃烧的烟 气在火筒内自前向后流动，纵向冲刷火筒内壁；第二回程是烟气经后烟箱进人 左、右两侧烟管自后向前流至前烟箱；第三回程是进入前烟箱的烟气经上部烟管 自前向后流人锅炉后部。离开锅壳后的烟气，流经省煤器、除尘器、引风机、烟 囱排大气。 卧式火管锅炉不需外砌炉膛，整体性和密封性极好，采用快装，安装费用 少，占地面积小。但由于内燃，对煤质要求比较高；烟管采用胀接，后管板内外温 差大，易发生变形，使胀接的烟管在胀口处造成泄漏；烟管间距小，清洗水垢比 较困难，因而对水质要求比较高；烟管水平布置，管内易积灰，且烟气在管内纵向 冲刷，因而传热效果差，热效率低。 由于卧式火管锅炉整体性和密封性极好，能够使用微正压燃烧，而且火筒的 形状与油、气燃烧产生的火焰形状一致，燃烧完全，火焰充满整个火筒，辐射换 热效果好，热效率高，因此，此型燃油、燃气锅炉应用很广泛。卧式内燃燃油、 78 图3-2燃煤卧式单火筒火管锅炉 1一炉排2—送风机3—前烟箱4一汽水分离器5—主汽阀 6—烟管7—锅壳8—引风机9—火筒 燃气火管锅炉的结构还有下列一些特点： 1）目前国内外燃油、燃气火管锅炉大多采用具有弹性的波形炉胆和回燃室。 一则能吸收高温所引起的炉胆和回燃室受热面的热膨胀量，还能大大的提升系统的 刚性，同时，也使辐射受热面面积增加，增加了辐射换热量。 2）由于大功率燃烧器的采用，单台锅炉容量大幅度的提升，国产的燃油、燃气 卧式火管锅炉单台蒸发量最大达28(外，国外此型锅炉蒸发量最大的为32t/h 。 3）釆用湿背式结构，完全解决了后烟室的密封问题，使其更适于微正压燃 烧。 4）烟气的回程数大多是三回程的，也有用二回程、四回程、五回程的。但 四回程、五回程结构太复杂，一般较少采用。 5）采用强化传热的螺纹烟管，传热性能接近或超过水管锅炉的横向冲刷管 束，从而使燃油、燃气锅炉的结构更紧凑。 6）使用先进的夏天隔热，冬天保温材料，减少了散热损失，提高了锅炉的热效率。 图3-3所示为WNS型卧式燃油、燃气火管锅炉，额定蒸发量10t/h，饱和 蒸汽压力1.25MPa。微正压燃烧，炉膛正压为2000Pa左右，锅炉不用引风机， 节省了投资和电耗。最大限度地发挥了卧式火管锅炉的优越性，避免了其自身的 缺陷，使锅炉达到结构紧密相连，安装便捷，全自动调节，高效、清洁、安全、可 靠、经济运行。 79 图3-3WNS型卧式燃油、燃气火管锅炉 1一燃烧器2—梯子3—电控柜4一底座5—手动排污阀6—水泵7—检修门8—后烟箱门9一出烟口 10—回燃室11一第二回程烟道12—第三回程烟道13—壳体14一连续排污管 15—副蒸汽阀16—安全阀17—主蒸汽阀18—水位显示及控制装置19-前烟箱门20—波形炉胆21—炉体保温 卧式燃油、燃气火管式锅炉有干背、半干背和湿背之分。“背”是指第一回 路烟气转弯所掠过的后墙壁面，该壁面如果是由耐火砖或耐火混凝土砌筑成的， 称为干背式；如果该壁面是沉浸在锅水内的回燃室的水冷钢板，称为湿背式；如 果该壁面部分被水冷却，则称为半干背式。如图3-4所示。 二、立式火管锅炉 立式火管锅炉按其结构型式可分为三种类型。 (一）立式火管锅炉 立式火管锅炉有横烟管和竖烟管等多种型式。由锅壳、炉胆、烟管、冲天管 等主要受压元件构成。锅壳和炉胆夹层内为锅水和蒸汽空间，烟管沉浸在水容积 空间内。烟气在管内流动放热，水在管外吸热。因其受热面布置受到锅壳结构的 限制，容量一般较小，蒸发量大多在1t/h外以下，用煤作为燃料时，通常为手烧炉。 图3-5所示为一配置双层炉排手烧炉的立式横火管锅炉。水冷炉排管和炉胆 内壁构成了锅炉的辐射受热面，横贯锅壳的烟管，成为锅炉主要对流受热面。 煤由人工通过上炉门加在水冷炉排上，未燃烧的煤和未燃尽的碳粒，掉在下 炉排上继续燃烧，煤在上下炉排上燃烧后生成烟气，经炉膛出口进入后下烟箱， 80 纵向流动冲刷第一、二烟管管束，最后汇集于上烟箱，再经烟囱排入大气。 此型锅炉具有结构紧密相连、占地小、不需要砖工、便于安装等优点。但因炉膛 内置，水冷程度高，炉温低，只适宜燃用较好的烟煤。 图3-4卧式火管锅炉转弯烟室结构3)干背匕）半干背0)中心回焰湿背…三回程带回燃室湿背1一炉胆2—第二回程3—第三回程4一“背” 5—后烟箱 图3-5立式横火管锅炉 1一下炉排2—下炉门3—水冷炉排 4一上炉门5—第一烟管管束6—前烟箱 7—第二烟管管束8—烟囱9一后上烟箱 10-后下烟箱 (二）立式弯水管火管锅炉 这种火管锅炉简称立式弯水管锅炉。它是近年来在改革旧有的立式锅炉的基 础上发展起来的一种立式火管锅炉。 图3-6所示为LSG型立式弯水管锅炉。其额定蒸发量0.2t/h，蒸汽压力为 0．45MPa，燃用烟煤。锅炉炉胆内布置水冷壁管，其两端分别连接于炉胆侧壁和 炉胆封顶球面壁。这些水管与炉胆内壁构成了锅炉的辐射受热面。在锅壳外壁上 安装有一圈呈交错排列的耳形管，在耳形管排的外面罩上绝热的环形烟箱，形成 锅炉的对流受热面。炉排置于炉胆的底部，燃料在炉排上燃烧后所生成的高温烟 气，流经炉膛中的弯水管，从炉膛上部的喉管流出，分左右两路进入耳形对流管 束烟道，沿锅壳外壁各绕流半圈，横向冲刷锅壳外烟箱中的耳形管及相应的锅壳 外壁。最后，烟气经烟囱排入大气。 81 这种锅炉由于在炉胆内和锅壳外都安装了水管，从而增大了辐射受热面和对 流受热面的面积，排烟温度较低，锅炉热效率较高，清灰方便。但对水质要求较 高。 (三）立式无管锅炉 立式无管锅炉是一种没有水管和烟管的锅炉。 图3-7所示为美国富尔顿燃油、燃气锅炉，有蒸汽、热水锅炉两种型式。锅 炉容量：蒸汽锅炉的蒸发量（以100℃蒸汽计量）为63?2034kg/h(4?130匹锅炉马力），饱和蒸气压力为0.1?2.1MPa3;热水锅炉的热功率为40?1300KW。 其受热面为套筒式设计，内筒——炉胆，炉胆内表面为辐射受热面；外筒——锅 壳，锅壳外表面为对流受热面，内外筒两端之间用环形平封头围封形成汽水空间，为增加受热面，在锅壳外表上还焊有直肋片。燃油或燃气燃烧器安装在锅炉顶部，其切向风速大而轴向风速小，第一回程是燃料燃烧生成的高温烟气在炉膛（即炉胆）内强烈旋转，并由上而下流至锅炉底部；第二回程是烟气折返从锅壳与保温层之间的通道向上流动，冲刷带肋片的锅壳外表面，最后烟气通过上部出口流向烟囱。为了延长烟气在炉膛内的滞留时间，提高火焰充满度，炉膛内还 82 布置有环形火焰滞留器，使燃烧更完全。 这种锅炉的结构相对比较简单，制造方便，占地面积小，对水质要求不高；顶置下旋 式燃烧器，燃烧完全，火焰充满炉膛，换热充分均勻，锅炉热效率高；全焊接结 构，无爆管事故，维修工作量少，锅炉寿命长。 图3-7立式无管锅炉 1一鼓风机2—水位计3—水空间4一保温层5—肋片6—锅炉外保护层7—蒸汽出口8—蒸汽空间9-燃烧器10-火焰滞留器11一进水口 12—排污口 13—烟气通道14一燃烧器15—支承圈16—手孔17—锅壳18—外包 第三节水火管锅炉结构 水火管锅炉是火管和水管组合的卧式外燃快装锅炉。所谓外燃，就是将燃烧 室由锅壳内移至锅壳外，置于锅壳下部，形成外置炉膛。在炉膛内设置炉排，炉 膛左、右两侧各增设1排水冷壁，上、下端分别与锅壳和集箱连接。左、右集箱 的前、后两端分别安装1根大直径的下降管，与水冷壁一起组成水循环回路。在 炉膛后部的转向烟室内设置后棚管受热面，其上端与锅壳的后封头连接，下端与 集箱相接，后棚管集箱的两端则各通过1根大直径短管与两侧水冷壁集箱连接， 构成了后棚管的水循环回路。锅壳下腹部外壁面、水冷壁和后棚管构成了辐射受 热面，锅壳内的烟管则为对流受热面。此型锅炉结构紧密相连，整装出厂，称为快装 83 锅炉，锅炉本体型式代号以“KZ”表示，蒸汽锅炉额定蒸发量D = 1?4t/h和外，热 水锅炉额定产热量Q= 0.7?2.8MW。该型锅炉20世纪60年代在上海工业锅炉 厂问世以来，成为中国独特的炉型，发展速度很快，约占我国目前在用的工业锅 炉总台数的半数。图3-8所示的KZL4——1.27——A型快装水火管锅炉即为此型锅 炉的典型结构。锅炉的主要受压部件有锅壳（由壳节和前、后平封头组成）、前后烟箱、烟管、水冷壁、下降管、后棚管、集箱等。烟管与前后平封头的连接有 胀接，也有焊接。采用轻型链带式炉排。 烟气有三个回程：第一回程为燃烧的烟气在炉膛内自前向后流动，进入后棚 管组成的转向烟室；第二回程为高温烟气由转向烟室进入第一烟管管束，自炉后 向炉前流动，进入前烟箱；第三回程为高温烟气由前烟箱进人第二烟管管束，自 炉前向炉后流动。离开锅炉本体的烟气再先后流经外置的铸铁省煤器、除尘器、 引风机，最后由烟囱排大气。 汽水流程为：软化水经给水泵加压后送入省煤器，预热后进入锅壳，再经下 降管进入两侧下集箱和后集箱，分配给两侧水冷壁和后棚管，在其内被加热、汽 化后回到锅壳，进行汽水分离，合格的饱和蒸汽经主汽阀引向用户。 该型锅炉结构紧密相连，安装和运输方便，使用和维修保养容易。但存在下列问 题： 锅壳下部位于炉膛上方高温区，会因结垢，使热阻增加，影响高温烟气 向工质的传热，而导致锅炉传热系数降低，造成锅壳下部变形、鼓疱，危及安全 运行。 2)第一回程烟管进口（即高温平封头）处，由于管板内外温差大，产生很大的应力，致使后管板产生裂纹，进而产生水（汽）泄漏。 3)采用拉撑结构，不利于受热膨胀，而且，会造成拉撑开裂，造成事故。 针对KZ型水火管快装锅炉存在的问题，在科研工作的基础上，不断进行改 进，涌现出不少新的炉型，早期的水火管锅炉已逐渐被新型的水火管锅炉所取 代。新型的水火管锅炉不仅在锅炉本体结构上有重大的突破，而且锅炉的容量也 大幅度增加，燃煤蒸汽锅炉额定蒸发量增加至10t/h（热水锅炉额定产热量增加 至7ZW）或更大，并用“DZ”来表示本体型式代号。 图3-9所示为DZL2-1.27—A = 2 \* ROMAN II型水火管快装锅炉。锅壳偏置，且锅壳底 部设置护底砖衬，使其不直接接受炉膛内高温辐射热；烟气的第二回程为在炉膛 左上侧增设的水管对流管束，第三回程则由设置在锅壳内的烟管管束组成。 烟气流程：高温烟气在炉膛后部出口，先进入左上方的对流管束烟道，自炉 后向炉前流动，横向冲刷对流管束，放热降温，这就使得第三回程入口的烟气温 度大为降低，对防止管板产生裂纹非常有利。烟气在前烟箱内折转，经锅壳内的 单回程烟管管束自前向后流动，然后沿铸铁省煤器、除尘器、引风机，由烟囱排 向大气。 此型锅炉结构较为合理，安全性、可靠性好；燃烧稳定，能达到额定出力， 锅炉热效率较高，烟气初始含尘浓度和黑度符合环保要求。但也存在金属耗量 大、制造工艺较复杂、成本高等不足之处，影响推广应用。 图3-10所示为DZL7.0-1.0/115/70-A = 2 \* ROMAN II新型完善化水火管锅炉。目前， 已生产的此型系列热水锅炉容量为0.7?29MW，工作所承受的压力为0.7?1.6MPa3;蒸 汽锅炉容量为1?25t/h外，工作所承受的压力为0.7?1.25MW。凡蒸发量D≥10t/h的蒸 汽锅炉或产热量Q≥7MW的热水锅炉均组装出厂，其余则整装出厂。 新型完善化水火管锅炉，在上述DZL型水火管快装锅炉的基础上，作了如 下几项重大技术改进： 1)取消了原后棚管组成的转向烟室，在炉膛两侧的上方增设翼形烟道（又 称对流管束烟道），其中安装水管受热面。 2)取消原锅壳的平封头和拉撑结构，采用拱形管板。 3)锅壳内原光烟管管束改为螺纹烟管管束；并将原来两个回程的烟管管束 改成单回程的螺纹烟管管束。 4)对热水锅炉还采用了回水引向高温管板结构，简化了循环回路，采用大 直径下降管和下集箱、引射装置等。 烟气在锅炉本体内呈三回程流动：第一回程为燃烧的高温烟气在炉膛内自前 向后流动，进入炉膛两侧上方的翼形烟道；第二回程为翼形烟道内的高温烟气， 自炉后向炉前流动，横向冲刷对流管束后进人前烟箱；第三回程为前烟箱内的烟 84 1一1剖面图 图3-9DZL2—1.27-A = 2 \* ROMAN II型快装水火管锅炉 1一大块炉排片链条炉排2—水冷壁3—前烟箱4_主蒸汽阀5—汽水分离装置6—第三回程烟管管束7—锅壳8—铸铁省煤器9-排污管10-第二回程对流管束11一水位表12—炉膛烟气出口 13—刮板出渣机14一落渣管 S 86 气进入锅壳内的单回程螺纹烟管管束，自炉前向炉后流动，最后离幵锅炉本体。 降温后的烟气流经外置的省煤器、空气预热器、除尘器、引风机、烟囱排入大气。 图3-10 DZL7.0—1.0/115/70—A = 2 \* ROMAN II新型完善化水火管锅炉1一炉排2—煤斗3—炉拱4一前烟箱5—后烟箱6—翼形烟道7—螺纹烟管 此型锅炉基本上解决了KZ型水火管快装锅炉在设计和运行中存在的问题， 达到高效、节能、环保的要求和保证锅炉安全运作的目的。 第四节水管锅炉结构 汽水在管内流动吸热，烟气在管外冲刷放热的锅炉称之为水管锅炉。水管锅 炉没有大直径的锅壳，用富有弹性的弯水管取代了刚性较大的直烟管，这不仅可 以节省金属，还能够增大锅炉容量和提高参数。采用外燃方式，燃烧室的布置 非常灵活，在燃烧室内可以布置各种燃烧设备，有效地燃用各种燃料，包括劣质 燃料。 水管锅炉可以充分应用传热理论来布置受热面，如可按优化计算理论，合理 地安排辐射受热面和对流受热面的配比，充分地组织烟气流对受热面进行横向冲 刷，合理地组织管子的错排和顺排等。 水管锅炉锅筒内不布置烟管受热面，蒸汽的容积空间增大，更利于安装完善 的汽水分离装置，能够保证蒸汽品质符合使用上的要求，水管受热面布置能够完全满足清 垢除灰要求。总之，水管锅炉具有很多的优越性，对于大容量、高参数锅炉来 说，水管锅炉是确定炉型的惟一选择。 水管锅炉的主要特征反映在锅筒的数目和布置方式上，下面介绍几种典型的 水管锅炉结构型式。 87 一、 单锅筒纵置式水管锅炉 单锅筒纵置式水管锅炉，锅筒位于炉膛中央上部，沿锅炉（炉排）的纵向中 心线布置。炉膛四周布置水冷壁，上端与锅筒相连，下端分别与前、后、左、右 集箱相接；下降管由锅筒经炉墙外引至下集箱。对流烟道位于炉膛左右两侧，右 侧对流烟道的前部布置蒸汽过热器，其余均设置蒸发受热面管束，管束上端与锅 筒相连，下端分别与纵置的大直径集箱相接。对流管束下集箱的标高比炉排面标 高高，这样做才能够空出两侧炉墙下面一部分，以便布置门孔，便于运行操作。 这种型式锅炉本体外形很像英文字母“A”，故又称为“A”型锅炉或人字形 锅炉。“A”型锅炉一般容量为2?20t/h，最大容量可达45t/h，图3-11所示为 DZD20-2.5/400-A型锅炉。燃烧设备为拋煤机倒转炉排。 烟气流程：烟气在炉膛内自后向前流动，流至炉前，分左右两股，分别经两 侧狭长的烟窗进入对流烟道，由前向后流动，横向冲刷对流管束，流至锅炉后 部，左右两股烟气流分别向上汇合于锅炉顶部，再折转90°向下，依次冲刷铸铁 省煤器和空气预热器，后经除尘器、引风机、烟囱，排人大气。 汽水流程：软化除氧水经锅炉给水泵加压，送入省煤器预热后进人锅筒，分 别在水冷壁和对流管束两个循环回路内受热、汽化，形成汽水混合物再回到锅 筒，经汽水分离装置进行汽水分离，并将饱和蒸汽引入蒸汽过热器加热，达到合 格参数的过热蒸汽经主蒸汽阀送往用户。 “A”型锅炉结构紧密相连，对称布置，容易制成整装出厂，金属耗量少；由于 高温炉膛被对流烟道围住，对流烟道外墙温度较低，减少了散热损失，提高了热 效率。但锅炉管束布置受结构限制，功能上有时难以完全满足规定的要求，制造比较复 杂，维修也不太方便。 二、 双锅筒纵置式水管锅炉 双锅筒纵置式水管锅炉，上下两个锅筒平行布置，其间安装锅炉管束，两个 锅筒的轴线与锅炉（炉排）的纵向中心线相互平行。根据锅炉管束烟道相对于炉 膛的位置，可分为锅炉管束烟道旁置的“D”型锅炉和锅炉管束烟道后置的“D” 型锅炉。 “D”型锅炉 图3-12所示为SZL2-1.25-A = 2 \* ROMAN II型锅炉。其锅炉管束烟道与炉膛平行布置， 各居一侧.右墙水冷壁在炉顶沿横向微倾斜延伸至上锅筒，并与两锅筒间垂直布 置的锅炉管束、水平炉排一起，形似英文字母D，故称“D”型锅炉。为了延长 烟气在炉内的行程，保证适当的流速和逗留时间，在对流烟道中间和左侧水冷壁 与锅炉管束间，用耐火材料各砌筑一道隔烟墙，形成三回程烟道，使烟气循着三 回程流动。即烟气在炉膛和燃尽室内由前向后流动为第一回程，烟气经炉膛后的 烟窗进入右侧对流烟道（第一对流烟道），由炉后向炉前流动为第二回程，烟气 10 §§ I^B Li Li 1-1及2-2剖面图 图3-11 DZD型水管锅炉 1一倒转链条炉排2—灰渣槽3—机械风力抛煤机4一锅筒5—钢丝网汽水分离器6—铸铁省煤器7—空气预热器 8—对流管束下集箱1水冷壁10—对流管束11_蒸汽过热器12—飞灰回收再燃装置13—风道 图3-12SZL2—1.27—A = 2 \* ROMAN II型锅炉 1—煤斗2—链条炉排3—炉膛4_右侧水冷壁的下降管5—燃尽室6—上锅筒7—铸铁省煤器8—灰渣斗 9一燃尽室烟气出口10—后墙管排11—右侧水冷壁12—第一对流管束 13—第二对流管束14一螺旋出渣机 Oo VO 90 在炉前水平转向左侧对流烟道（第二对流烟道），由炉前向炉后流动，最后离开 锅炉本体，此为第三回程。 与其他“D”型锅炉相比，这台锅炉最大的特点是带有旋风燃尽室。由图3- 12可知，燃尽室后墙是一个圆弧形壁面，与炉膛后拱的外表面一起，形成了一 个近似圆筒形的燃尽室，高温烟气出炉膛沿切线方向进入燃尽室，使未燃尽的可 燃物质与高温烟气、空气强烈混合，达到燃烧燃尽的目的；又由于旋转气流的离 心力作用，使飞灰与烟气分离，飞灰由燃尽室的外壁经下部缝隙落到链条炉排 上，完成了炉内的一次旋风除尘，使锅炉出口烟气含尘浓度大为降低。 “D”型锅炉，结构紧密相连；长度方向不受限制，便于布置较长的炉排，以利 于增强对煤种的适应性；锅炉水容量大，适应负荷变化的能力强。但只能单面操 作，单面进风，此型燃煤锅炉容量以不大于10t/h为宜。 “0”型锅炉。 图3-13所示为SZP型双锅筒纵置式抛煤机锅炉，炉膛在前，锅炉管束在后，从炉前看，居中的纵置双锅筒及其间的锅炉管束呈现为英文字母〇的形状，故常称为“〇”型锅炉。此型锅炉，上锅筒有长锅筒和短锅筒两种型式。上锅筒为长锅筒时，其延伸至整个锅炉的前后长度，两侧水冷壁上端弯曲后微向上倾斜与上锅筒连接，形成双坡形炉顶；上锅筒为短锅筒时，炉膛两侧设置上集箱，再由汽水引出管将上集箱和上锅筒相连接，左右两侧水冷壁管在 炉膛顶部弯曲后交叉进入对侧的上集箱。 图3-13 SZP型双锅筒纵置式 “〇”型水管锅炉燃烧设备是采用拋煤机手摇 抛煤机锅炉 翻转炉排、链条炉排或振动炉排；在炉膛与对流 1一上锅筒2一锅炉管束3—下锅筒 流管束之间设置燃尽室：在对流管束烟道内竖 4-炉膛 5-抛煤机 6-手摇翻转炉7——者煤器 向有两道折烟墙，使烟气沿水平方向呈S形流 动，横向冲刷对流管束。然后进入铸铁省煤器、除尘器、引风机、烟囱排向大 气。 “〇”型水管锅炉容量有6?20t/h的饱和蒸汽或过热蒸汽锅炉，4.2? 10.5MW的热水锅炉。此型锅炉烟气横向冲刷管束，传热好，热效率高；且具 有结构紧密相连，金属耗量低、水容积大及水循环可靠等优点，整装或组装出厂，既 能保证锅炉产品质量，又能缩短安装周期。 三、双锅筒横置式水管锅炉 双锅筒横置式水管锅炉国内产品很多，应用甚广，特别是在较大的工业锅炉 91 中被广泛釆用。 图l-l所示为SHL10—1.27/50—W = 2 \* ROMAN II型双锅筒横置式水管锅炉，即为双锅筒横置式水管锅炉的典型型式，上下锅筒及其间的锅炉管束被悬挂在炉膛之后，炉膛四周及炉顶全部布满了蒸发受热面——水冷壁，烟窗在炉膛后墙上部，后墙水冷壁在此处被拉稀，形成凝渣管。燃料燃烧生成的烟气掠过凝渣管经烟窗离开炉膛，进人蒸汽过热器烟道，纵向冲刷蒸汽过热器；继而进入锅炉管束烟道，在管炉管束折烟墙的导向下，呈倒S形向上绕行，横向和纵向冲刷锅炉管束，再从上部出口窗向后流至尾部烟道，依次经过省煤器、空气预热器、除尘器、引风机、烟囱排入大气。该锅炉燃烧设备为链条炉排。 该型锅炉的容量为6?65t/h的饱和蒸汽和过热蒸汽锅炉。其燃烧设备可配 置链条炉排、煤粉、燃油、燃气燃烧器、流化床等。 双锅筒横置式水管锅炉具有大、中型锅炉的特点：受热面齐全，而且锅炉辐 射受热面、对流受热面以及尾部受热面在布置上灵活自如，互不牵制，燃烧设备 机械化程度高，锅炉自控系统比较完善。但此型锅炉整体性差，宜采用散装形 式，构架和炉墙较复杂，安装周期长，金属耗量大，成本高。 四、小型直流锅炉（蒸汽发生器） 直流锅炉没有锅筒，给水靠水泵的压力在受热面中一次通过便产生额定参数 的蒸汽，在稳定流动时，给水量等于蒸发量。直流锅炉的加热段、蒸发段和过热 段之间无明显界限，因此对控制技术和水质的要求方面都非常高。 小型直流锅炉的典型代表有美国克雷登立式直流锅炉和德国劳斯卧式直流锅炉。 图3-14所示为克雷登立式直流锅炉。该锅炉是生产饱和蒸汽的锅炉，其主要受压元件为盘管和汽水分离器，它的受热面由单根的盘管组成，上部盘管绕成多层重叠、交错排列的对流受热面，下部螺旋盘管围绕成炉膛，属辐射受热面。盘管受热面受热时能自由膨胀，热应力小。给水自盘管上部进人锅炉，盘管的管径沿着水汽流动方向逐渐增大，即给水进口处管径小，以后逐渐增大，以适应水汽受热膨胀和状态变化后体积增大的需要。燃油、燃气燃烧器设置在锅炉底部，火焰向上。其上部多层盘管的管圈间距沿着烟气流向逐渐减小，即最上 层一排的管圈间距最小，向下逐渐增大，以满足烟气冷却后体积虽然缩小，但仍能保持自下而上稳定不变的烟气流速，保证锅炉在高效率下运行。 92 克雷登锅炉的汽水分离器类似立式分汽缸，设置在炉外。从盘管出来的汽水 混合物，进入外置的汽水分离器，分离出干饱和蒸汽和饱和水，饱和水与软化水 混合重新进人锅炉。干饱和蒸汽经主蒸汽阀送往用户。 克雷登锅炉的烟气是自炉膛由下而上流动，横向冲刷对流盘管，最后由炉顶 的烟囱排出，而给水则由炉顶部进入，蒸汽从底部排出。因此，烟气流动与水汽 等工质的总体流向是逆向流动的，有利于降低排烟温度、烟气与汽水等工质的热 交换和提高锅炉热效率。 克雷登锅炉的自控系统使用先进的模块结构，并有齐全的保护功能，有多级 缺水保护、多级超压保护、熄火保护、电动机过载保护、水泵供水保护、供汽保 护等。 克雷登立式直流锅炉的额定蒸发量（以100t℃蒸汽计量）为517?9389kg/h (33?604匹锅炉马力），工作所承受的压力为0.1?3.5Mpa。 第五节热水锅炉 生产热水的锅炉称为热水锅炉。热水锅炉是随着采暖工程的需要而发展起来 的。与蒸汽采暖系统相比较，热水采暖系统的泄漏量少，管路热损失小；热水采 暖系统较蒸汽系统可节约燃料约20%?30%，而且系统易调节、不需要监视水 位，操作便捷，运行安全，室内温度波动小，维修保养费用低，制造成本低。因 此，热水锅炉发展速度很快，目前我国热水锅炉的年产量（台数和容量）已占工 业锅炉年总产量的37%。 与蒸汽锅炉相比，热水锅炉的最大特点是锅内工质不发生相变，从始至终保持单 相的水。为避免汽化，确保安全运作，其出口热水温度应较相应工作所承受的压力下水 的饱和温度低20℃以上。因此，热水锅炉无需设置汽水分离装置，正常的情况下 也无需设置水位计，甚至连锅筒也不需要，结构最简单。由于工质平均温度较 低，传热温差大，受热面又很少结垢，热阻小，传热系数大，热效率高，既节省 燃料，又节省钢材，钢材耗量较相同容量的蒸汽锅炉降低约30%。 热水锅炉分高温热水锅炉和低温热水锅炉，我国以120℃：为分界温度，即出 水温度高于120℃的为高温热水锅炉，出水温度在120℃以下的为低温热水锅炉。 热水锅炉在设计、制造、运行中应注意下列几个特殊问题： 热水锅炉的工质是单相——水，在运行中一定要防止锅水汽化，特别是 突然停电时，炉膛温度很高，锅内水因不流动而汽化，产生水锤，损坏设备。 由于热水回水温度较低，在低温受热面的外表面易发生低温腐蚀和堵灰。 热水锅炉常与供热管网及用户系统直接连接，要以防管网和用户系统内 的污垢、铁锈和杂物进入锅炉，以致堵塞炉管，造成爆管事故。 热水锅炉与蒸汽锅炉的结构型式基本相同，也有火管（锅壳式）、水火管、 水管锅炉等三种型式。 热水锅炉种类很多，下面介绍五种类型的热水锅炉。 一、强制循环（直流式）热水锅炉 强制循环热水锅炉一般不装锅筒，而是由受热的并联排管和集箱组成，又称 为管架式锅炉。此型锅炉由前、后两部分所组成，前面为炉膛，后面为对流烟道， 中间用隔火墙隔开，隔火墙上部设置烟窗，后墙水冷壁在此处拉稀，形成凝渣 管。热水的循环动力是由供热网路的热水循环水泵提供的，迫使水在受热面中流 动吸热。 图3-15所示为德国艾森威克勃姆戈特制造公司生产的海外HW100U型角管式热 水锅炉。该型锅炉主要燃用重油或天然气，燃烧器设在锅炉前墙下部。燃料燃烧 后生成的高温烟气上行至炉膛出口烟窗，折转后进入对流烟道，横向冲刷对流受 热面，从对流烟道底部流出锅炉，经除尘器、引风机、烟囱排入大气。 1一水冷壁分配集箱2—侧水冷壁下集箱3—燃烧器4一前墙水冷壁5—侧墙水冷壁上集箱 6—热水出口7—旗式对流受热面8—角管9一回水进口集箱 锅炉四角布置4根垂直的大直径管子（即下降管），大直径管与集箱沟通， 炉膛四周的膜式水冷壁固定在上下集箱间，角管、集箱、膜式水冷壁构成一个整 体，承受锅炉上部结构与水的全部荷重，并由这4根角管将荷重传递给锅炉基 础。所以该型锅炉又称为角管式锅炉。 该型锅炉热功率为2.5?86MW美味，最高出水温度达22℃。 94 角管式锅炉是新型锅炉产品，它具有如下特点： 锅炉采用膜式水冷壁，实现微正压燃烧，燃烧完全；密封性能好，漏风少，排烟热损失小；膜式水冷壁外侧采用敷管炉墙，属轻型炉墙，既减轻重量，保温性能又好，散热损失小。因此，锅炉热效率高。 锅炉荷重完全靠自身的受压部件承担，省去了钢架结构，既减轻锅炉重量， 又节省钢材。 角管锅炉结构紧密相连， 利于整装或组装制造和运输， 安装周期短。 图3-16所示为HW100U型角管式锅炉水流程原理图。 回水由循环水泵经锅炉对流受热面进口集箱，送入旗式对流受热面，经带中间隔板的上集箱通过角管送入水冷 壁下集氣从而分配送人炉图^化冊脱^^角管式强制循环热水锅炉水流程原理图_四周水冷壁，力卩热至所需1一水冷壁分配集箱2—侧墙水冷壁下集箱3—侧墙水冷壁温度后汇集到布置在锅炉顶4一热水出口集箱5—侧墙水冷壁上集箱6—旗式对流受热面部的热水出口集箱，经供水 7—角管8—回水进口集箱 阀送往用户。 二、自然循环热水锅炉 自然循环热水锅炉的结构与自然循环蒸汽锅炉基本相同。辐射受热面中的热 水是依靠下降管和上升管中工质的密度差产生的压头而循环流动；尾部对流受热 面中的热水，则由循环水泵驱动而强制循环。所不同的是锅筒内部装置，自然循 环热水锅炉没有汽水分离装置。但由于回水的引人和热水的引出在同一锅筒，如 果没有合适的隔板装置及合理布置引人、引出管系统，回水和热水在锅筒中就会 发生不同程度的短路，导致下降管入口水温的提高，从而有可能引起上升管内水 的过冷沸腾（局部沸腾）。 热水锅炉锅筒内部装置包含：回水引入管、回水分配管、热水引出管、集水 管、隔板装置等。 图3-17所示为DHL14—1.27/130/70—AⅡ型自然循环热水锅炉。锅炉布置呈“Ⅱ”型，本体由自然循环的辐射受热面和强制循环的对流受热面叠加而成， 尾部烟道内布置管式空气预热器。炉膛四周布置水冷壁——辐射受热面，对流受 95 热面由两组蛇形管省煤器串联组成。 燃烧设备是采用鱗片式链条炉排，双侧进风。燃料在炉排和燃烧室空间燃烧，产生高温烟气，在炉内进行辐射换热，烟气从炉膛的后上方烟窗进入燃尽室，再折转向下，横向冲刷蛇形钢管对流管束(钢管省煤器），再纵向冲刷管式空气预热器，流经除尘器、引风机、烟囱排入大气。 该热水锅炉的水流程为：从供热管网回锅炉房的回水，经循环水泵加 压，进入对流管

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