典型鍋爐的結(jié)構(gòu)介紹

1、第八節(jié) 典型鍋爐的結(jié)構(gòu)介紹鍋爐按鍋筒位置可分立式和臥式兩類，立式鍋爐最大的優(yōu)點是占地面積小。下面分別選取幾種典型結(jié)構(gòu)的鍋爐進(jìn)行介紹和分析。一、鍋殼式鍋爐(一)立式鍋殼式鍋爐立式鍋殼鍋爐受到高度、受熱面積等因素的限制，一般額定蒸發(fā)量小于2th。1立式無管鍋爐的代表富爾頓鍋爐美國富爾頓(Fulton)鍋爐是一種沒有水管和煙管的鍋爐，其受熱面為套筒式設(shè)計(見圖17)。內(nèi)筒(爐膽)為輻射受熱面，外筒為對流受熱面，內(nèi)外筒兩端之間用環(huán)形平封頭圍封形成汽水空間，為增大傳熱系數(shù)提高熱效率，外筒上還焊有肋片。這種鍋爐采用自行研制的專用燃燒器，燃燒器位于鍋爐頂部，其切向風(fēng)速大而軸向風(fēng)速小，第一回程是燃燒的高溫?zé)煔?/p>

2、在爐膛內(nèi)強烈旋轉(zhuǎn)并由上而下流至鍋爐底部；第二回程是煙氣折返從外筒與保溫層之間的通道向上流動，沖刷帶肋片的外筒，最后煙氣通過上部出口流向煙囪。為了延長燃燒煙氣在爐膛內(nèi)的滯留時間，提高火焰充滿度，爐膛內(nèi)還設(shè)有環(huán)形火焰滯留器，使燃燒更充分。圖17 富爾頓鍋爐1鼓風(fēng)機 2水位表 3水空間 4保溫層 5肋片 6鍋爐外殼 7蒸汽出口 8蒸汽空間 9燃燒器 10火焰滯留器 11進(jìn)水口 12排污口 13煙氣通道 14燃燒室 15支撐圈 16手孔 17外筒 18外包這種鍋爐的優(yōu)點是對水質(zhì)要求較低，水處理成本低；結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；水容量相對其他立式鍋爐大，適應(yīng)較大幅度的負(fù)荷變化；采用自然循環(huán)，泵用電??；燃燒器置

3、于鍋爐頂部，維護(hù)較方便。缺點是排煙溫度稍高，效率略低。2兩種改進(jìn)型的立式鍋殼鍋爐(1)圖18所示的是有煙管的立式鍋殼鍋爐，與富爾頓鍋爐相比即增加了內(nèi)外筒下部的煙管，主要目的是增大受熱面，提高熱效率。但這種鍋爐的燃燒煙氣不設(shè)計為旋轉(zhuǎn)流動。(2)外筒帶螺旋式肋片的立式鍋殼鍋爐，富爾頓鍋爐外筒帶的是直肋片，改為螺旋式肋片是希望增加第二回程煙氣流程以利傳熱。3立式煙管鍋爐這種鍋爐由鍋筒、爐膽、上下管板、煙(火)管等組成，如圖19所示。圖18 立式鍋殼鍋爐1鍋水 2內(nèi)筒(爐膽) 3外筒 4煙管圖19 立式煙管鍋爐燃燒器一般置于爐膽上端向下噴射燃燒煙氣，煙氣經(jīng)下部煙箱從煙管向上返回并排出。這種鍋爐存水量也

4、較大，但由于增加了煙管受熱面，所以產(chǎn)汽速度也提高了，克服了小型水管鍋爐水位波動較大的缺點。這種鍋爐下管板受高溫?zé)煔鉀_刷，而內(nèi)部是水垢聚積處，因此排污、清垢不力，下管板易過燒而損壞。(二)臥式鍋殼式鍋爐1杭州特種鍋爐廠WNS型鍋爐杭州特種鍋爐廠生產(chǎn)的WNS型系列鍋爐為濕背式、對稱型、三回程鍋爐，如圖110所示。圖110 杭州特種鍋爐廠WNS型鍋爐該鍋爐筒體與管板采用對接焊縫，回燃室與爐膽及喉管均采用扳邊后再焊接；爐膽為波紋爐膽；鍋殼與管板之間采用圓鋼斜拉撐，回燃室與后管板之間則采用短拉撐桿加以補強。該鍋爐配套的燃燒器、自動監(jiān)控系統(tǒng)均采用國際名牌產(chǎn)品，經(jīng)廠內(nèi)調(diào)試合格后整裝出廠。2杭州鍋爐廠回燃式鍋

5、爐杭州鍋爐廠除了生產(chǎn)常規(guī)的濕背式鍋爐外，小容量的鍋爐有采用回燃式的。主要受壓元件有鍋殼、管板、平直爐膽和爐膽頂、煙管等。該鍋爐鍋殼與管板、爐膽與爐膽頂、爐膽與前管板之間均采用扳邊后對接焊接，如圖111所示。該鍋爐受熱面采用不對稱布置，爐膽布置在右側(cè)，煙管布置在左側(cè)。燃燒煙氣自燃燒器噴出，至爐膽頂后從爐膽內(nèi)沿壁折返后流到爐前煙箱，完成了第一回程和第二回程，然后從前煙箱又流到左側(cè)煙管前端，最后經(jīng)煙管流到煙道，完成了第三回程。該鍋爐具有不對稱型鍋爐水循環(huán)好的優(yōu)點，同時回燃式結(jié)構(gòu)也大大降低了制造成本。圖111 杭州鍋爐廠回燃式鍋爐3德國ET勞斯半濕背鍋爐與該品牌鍋爐的濕背式鍋爐相比，這種鍋爐主要在回燃

6、室結(jié)構(gòu)上與之不同，其余結(jié)構(gòu)基本一致，如圖112所示。ET勞斯的半濕背結(jié)構(gòu)一般用于2th(額定蒸發(fā)量)以下。圖112 ET勞斯半濕背鍋爐二、水管鍋爐鍋殼鍋爐的受熱面面積受到了鍋筒(殼)大小的限制，因此額定蒸發(fā)量一般不超過35 th，而要產(chǎn)生更多的蒸汽則必須采用水管鍋爐。鍋殼鍋爐的額定工作壓力也受到結(jié)構(gòu)的限制，也只能采用水管鍋爐來解決。另外，水管鍋爐的水循環(huán)好，結(jié)構(gòu)更適應(yīng)溫度、壓力的劇烈變化。但由于水管的壁薄、口徑小，因此水管鍋爐對水處理的要求要高于鍋殼鍋爐。燃油、燃?xì)獾乃苠仩t可大體上分為小型立式水管鍋爐、快裝式水管鍋爐和散裝水管鍋爐三類，下面分別介紹。1小型立式水管鍋爐這種鍋爐由上下集箱和中間

7、的水管等部件共同組成本體，為全焊接結(jié)構(gòu)，上下集箱之間還用外置的平衡管相連，平衡管上裝有水位表，有的還裝有汽水分離器，如圖113所示。這種鍋爐俗稱貫流式鍋爐，其水管有采用光管加兩端縮口制成的，也有采用鰭片管的。這種鍋爐的內(nèi)圈水管靠爐膛側(cè)的半周為輻射受熱面，內(nèi)圈管另外半周及外圈管靠爐膛側(cè)的半周為對流受熱面，因此輻射受熱面積幾乎占總受熱面積的13。又因爐膛水冷度大，使?fàn)t膛溫度較低，而對流受熱面因煙氣橫向沖刷，擾動劇烈，既起到清灰作用，又具有較高的傳熱系數(shù)。圖113 小型立式水管鍋爐小型立式水管鍋爐的水容量較小，因此鍋爐啟動速度較快；本體破損時的破壞威力也較?。坏?dāng)外界負(fù)荷變化及間斷給水時，蒸汽壓力波

8、動較大，受外界影響較大。這種鍋爐對水質(zhì)要求高，如水處理不當(dāng)，水管下部縮口處泥垢易沉積后而堵塞、爆管，且除垢、清垢較困難。這種鍋爐的燃燒器位于鍋爐頂部，便于維護(hù)。2SZS型水管鍋爐SZS型燃油、燃?xì)忮仩t是雙鍋筒水管鍋爐，采用反“D”字形布置，如圖114所示。這種鍋爐上下鍋筒縱向布置，左側(cè)為爐膛，主要由水冷壁包圍吸收熱量，右側(cè)為對流管束，參數(shù)高的還有過熱器。鍋筒與水冷壁管、對流管一般采用脹接連接。 在對流管束中，受熱較強的管束為上升管，受熱較弱的管束則為下降管。水冷壁管由于受到強烈的輻射熱，管內(nèi)汽水混合物的流向則始終向上。這種鍋爐燃燒器置于前墻，采用微正壓燃燒，爐膛四周密封性要求高，以強化燃燒，消

9、除漏風(fēng)，降低排煙熱損失；全部水冷壁直接與上下鍋筒連接，省去了集箱和下降管，減小了水循環(huán)阻力。這種鍋爐還可快(整)裝出廠。圖114 SZS型水管鍋爐1防爆門 2后墻水冷壁 3風(fēng)道 4煙箱 5過熱器3SHS型水管鍋爐SHS型水管鍋爐的上下鍋筒為橫向布置，本體由上下鍋筒、水冷壁管、對流管束、過熱器、下降管和集箱等部件組成，如圖115所示。水冷壁管、對流管一般與鍋筒脹接連接，集箱與水冷壁管、下降管以及下降管與鍋筒則采用焊接連接。過熱器布置在爐膛出口處。圖115 SHS型水管鍋爐燃燒煙氣由布置在前墻的燃燒器噴出，經(jīng)爐膛混合、燃燒，輻射水冷壁，到爐膛出口沖刷過熱器后進(jìn)入對流管束區(qū)。進(jìn)入對流管束區(qū)后，煙氣的

10、流程視隔墻布置的不同而不同，有呈“S”形軌跡流動的，也有沿“U”形軌跡流動的，最后從上部折入尾部受熱面，容量較小的鍋爐一般不布置尾部省煤器，只采用空氣預(yù)熱器。這種鍋爐增加了下降管，也就增加了水循環(huán)的可靠性，對流管束中的汽水混合物均向上流動。三、小型直流鍋爐直流鍋爐系指給水靠水泵的壓力在受熱面中一次通過便產(chǎn)生額定參數(shù)的蒸汽的鍋爐。在穩(wěn)定流動時，給水量等于蒸發(fā)量，循環(huán)倍率為1。但由于水的加熱、蒸發(fā)、過熱過程之間沒有明顯的界限，因此對安全、參數(shù)控制的技術(shù)要求高，又因為對水質(zhì)要求極高，所以以前低參數(shù)小型鍋爐都不采用直流鍋爐。但由于直流鍋爐沒有鍋筒，可節(jié)省成本；水容量小，啟停速度快，且科學(xué)技術(shù)已有了明顯

11、進(jìn)步，目前已有幾種小型直流鍋爐被廣泛應(yīng)用。(一)小型立式直流鍋爐1克雷頓鍋爐目前，小型立式直流鍋爐的典型代表是美國克雷頓(Clayton)鍋爐，也叫蒸汽發(fā)生器。鍋爐主要受壓元件為盤管和汽水分離器，它的受熱面是由單根逆流式布置的盤管組成，包括上部多層盤管組成的錯排對流受熱面和下部螺旋盤管圍成的輻射受熱面，如圖116和圖117所示，鍋爐本體為全焊接連接。圖116 上部對流受熱面圖117 逆流布置受熱面給水總體上為上進(jìn)下出，與煙氣流向逆向布置，從而擺脫了蒸汽溫度對降低排煙溫度的限制，使鍋爐排煙溫度大為降低。通常情況下，特別是在低負(fù)荷的情況下，其排煙溫度要低于鍋殼鍋爐?？死最D鍋爐盤管的管徑并非是不變的

12、，而是沿汽水流向逐漸增大，即進(jìn)口處管徑最小，以后逐漸增大，以適應(yīng)汽水受熱膨脹，減緩汽水流速，增加傳熱時間；其上部多層盤管受熱面的管圈間距沿?zé)煔饬飨蛑饾u變小。由于煙氣冷卻后體積會縮小，因此適當(dāng)縮小流通截面積，能控制煙氣以較穩(wěn)定的速度流動，并起到對盤管沖刷清灰的作用，有助于傳熱效率的提高?？死最D鍋爐的主要優(yōu)點是水容量小，啟動升壓速度很快；即使爆管，其威力也很小，安全性好。水處理設(shè)備、水箱與本體一起布置，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小)，安裝極為方便。受熱面設(shè)計獨特、有效，排煙溫度低；“心”形火焰設(shè)計，燃燒效率高；因此總效率很高。盤管受熱面能自由膨脹，鍋爐啟動、停爐等引起的熱應(yīng)力小；盤管若膨脹過度，則通過測點

13、控制其立即停爐。該鍋爐產(chǎn)品目前的自控系統(tǒng)已采用了更為先進(jìn)的模塊結(jié)構(gòu)，并有自檢功能。但是，這種鍋爐對水質(zhì)(特別是含氧量和硬度兩個指標(biāo))的要求高，對其配套的水處理設(shè)備和藥劑有依賴性，水處理運行費用高。水泵基本不間斷給水，耗電量較大。燃燒器位于鍋爐底部，維修不便。2加利安尼立式鍋爐意大利加利安尼鍋爐為雙套筒形式，即由單根盤管旋繞成兩個直徑不同的同心圓筒體，筒壁全由盤管組成，如圖118所示。內(nèi)筒盤管向內(nèi)的一側(cè)為輻射受熱面，其余均為對流受熱面。圖118 加利安尼立式鍋爐1盤管 2燃燒器 3煙氣出口該爐煙氣為三回程，燃燒煙氣從上部燃燒器噴出后向下流動形成第一回程，到爐底后折返從內(nèi)外筒之間的煙道流向鍋爐上部

14、成為第二回程，最后煙氣折返向下流經(jīng)外筒和外殼之間的通道后從下側(cè)出口流出。給水從上方進(jìn)入外筒，盤繞向下流至外筒下端后進(jìn)入內(nèi)筒下端，再盤旋向上流至內(nèi)筒上端成為蒸汽流出。盤管管徑采用內(nèi)筒大、外筒小，也是為了適應(yīng)汽水的受熱膨脹，減緩汽水的流速。 加利安尼立式直流鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，安裝簡便。水容量小，升溫、升壓快，也無爆炸危險。由于三回程設(shè)計，受熱面積大，煙氣出口處盤管(即外筒下部)內(nèi)汽水混合物溫度較低等因素，排煙溫度低，熱效率高。受熱面為盤管設(shè)計，承載壓力變化和熱膨脹的能力好。缺點為直流鍋爐共有的：水質(zhì)要求高，泵耗電量大。(二)小型臥式直流鍋爐德國勞斯國際鍋爐公司生產(chǎn)的DF型鍋爐為直流鍋爐，有

15、立式和臥式之分，圖119所示為臥式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖119 勞斯小型臥式直流鍋爐1給水泵 2燃油燃?xì)馊紵?3安全溫度限制器探頭 4加熱盤管 5低水位切斷探頭 6壓力表 7電控箱 8排煙溫度限制器 9安全溫度限制器 10低水位切斷裝置 11壓力開關(guān) 12蒸汽閥 13安全閥 14吹掃閥 15三回程布置 16排煙溫度探頭 17煙氣接口 18耐火材料 19保溫層 20底架其受熱面亦是由單一盤管旋繞而成的“雙套筒”式，后部有多層盤管組成的對流受熱面，“外筒”盤管管徑要小于內(nèi)筒及多層受熱面盤管的管徑，以適應(yīng)水受熱膨脹的需要。煙氣流程如圖所示，為三回程設(shè)計，極其有效地利用了有限的空間，以求達(dá)到很高的效率。該

16、鍋爐采用三活塞水泵，可在給定壓力下將水打入盤管。ET勞斯的臥式直流鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，安裝容易。水容量小，啟動、停爐速度快，熱損失小，沒有爆炸危險，安全性好。煙程為三回程設(shè)計并有后部對流受熱面，熱效率很高。燃燒器布置于爐前，更便于檢修、操作。盤管可從爐前方便地抽出，克服了立式直流鍋爐吊出盤管時鍋爐房需有較大高度空間的弊端。彈性結(jié)構(gòu)的設(shè)計減小了交變應(yīng)力值。該鍋爐與其他直流鍋爐一樣，泵耗電量大并應(yīng)嚴(yán)格做好水處理工作。四、熱水鍋爐熱水鍋爐是鍋內(nèi)的工質(zhì)(含出口)都是熱水的鍋爐。熱水鍋爐與蒸汽鍋爐相比有運行操作簡單，無需監(jiān)視水位；工作壓力低，安全性能好，熱水直接采暖，無凝結(jié)水排放熱損，輸送管道的熱損較小，節(jié)約

17、大量燃料等優(yōu)點，因此，不僅在北方，目前在南方的一些賓館飯店、住宅群、辦公樓等處也逐漸被應(yīng)用。圖120所示為電動循環(huán)泵熱水采暖系統(tǒng)。在封閉的熱水系統(tǒng)中，為防止水加熱后體積膨脹而使壓力升高并導(dǎo)致設(shè)備、管道損壞，熱水系統(tǒng)的最高處常裝有開口水箱作為膨脹水箱。調(diào)整膨脹水箱安裝高度還常作為控制系統(tǒng)工作壓力的一種手段。膨脹水箱上設(shè)有溢流管、定壓管、檢查管和補充水管。定壓管一般接在循環(huán)泵人口附近的回水管道上，系統(tǒng)內(nèi)水體積膨脹或水減少時，水都是由定壓管來調(diào)節(jié)的。圖120 電動循環(huán)泵熱水采暖系統(tǒng)1熱水鍋爐 2膨脹水箱 3循環(huán)水泵 4排水池 5除污器 6自動跑風(fēng)裝置 7排氣閥門 8供水管 9回水管 10定壓管 11

18、檢查管 12溢流管 13補水管熱水鍋爐的主要缺點是：循環(huán)泵耗電量大；系統(tǒng)的熱慣性大，啟動和停爐后水溫升降速度慢；低處的散熱器和管道可能會隨過高的水柱壓差而破壞，特別對于高層建筑更應(yīng)考慮安全問題。1杭州特種鍋爐廠臥式熱水鍋爐杭州特種鍋爐廠生產(chǎn)的臥式熱水鍋爐主要受壓元件有鍋殼、管板、波紋爐膽、回燃室、煙管等。其爐膽、回燃室結(jié)構(gòu)與該廠生產(chǎn)的蒸汽鍋爐相似，只是爐膽、回燃室和鍋殼采用同圓心布置，如圖121所示。圖121 杭州特種鍋爐廠的臥式熱水鍋爐該鍋爐亦為三回程設(shè)計，燃燒系統(tǒng)、自控系統(tǒng)配套進(jìn)口產(chǎn)品，廠內(nèi)調(diào)試合格整裝出廠。2德國ET勞斯熱水鍋爐德國ET勞斯國際鍋爐公司生產(chǎn)的UT型熱水鍋爐是該公司生產(chǎn)的熱水鍋爐中的較典型的一種，它的主要受壓元件有：鍋殼、爐膽、管板、回燃室、煙管等。該鍋爐的爐膽布置在鍋筒的正中心，煙管圍繞爐膽，并以爐膽圓心為中心圓形分布，第二回程的煙管直徑比第三回程的煙管粗或第二回程采用兩組較細(xì)的煙管。煙管與管板的連接全部采用焊接，前管板為平板，后管板則為凸形封頭，前、后管板與筒體分別采用T形接頭和對接接頭結(jié)構(gòu)焊接。該鍋爐的回燃室由爐膽頂部的凸形