典型锅炉的结构介绍

第八节 典型锅炉的结构介绍锅炉按锅筒位置可分立式和卧式两类，立式锅炉最大的优点是占地面积小。下面分别选取几种典型结构的锅炉进行介绍和分析。一、锅壳式锅炉(一)立式锅壳式锅炉立式锅壳锅炉受到高度、受热面积等因素的限制，一般额定蒸发量小于2th。1立式无管锅炉的代表富尔顿锅炉美国富尔顿(Fulton)锅炉是一种没有水管和烟管的锅炉，其受热面为套筒式设计(见图17)。内筒(炉胆)为辐射受热面，外筒为对流受热面，内外筒两端之间用环形平封头围封形成汽水空间，为增大传热系数提高热效率，外筒上还焊有肋片。这种锅炉采用自行研制的专用燃烧器，燃烧器位于锅炉顶部，其切向风速大而轴向风速小，第一回程是燃烧的高温烟气在炉膛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外筒与保温层之间的通道向上流动，冲刷带肋片的外筒，最后烟气通过上部出口流向烟囱。为了延长燃烧烟气在炉膛内的滞留时间，提高火焰充满度，炉膛内还设有环形火焰滞留器，使燃烧更充分。图17 富尔顿锅炉1鼓风机 2水位表 3水空间 4保温层 5肋片 6锅炉外壳 7蒸汽出口 8蒸汽空间 9燃烧器 10火焰滞留器 11进水口 12排污口 13烟气通道 14燃烧室 15支撑圈 16手孔 17外筒 18外包这种锅炉的优点是对水质要求较低，水处理成本低；结构简单，制造方便；水容量相对其他立式锅炉大，适应较大幅度的负荷变化；采用自然循环，泵用电省；燃烧器置于锅炉顶部，维护较方便。缺点是排烟温度稍高，效率略低。2两种改进型的立式锅壳锅炉(1)图18所示的是有烟管的立式锅壳锅炉，与富尔顿锅炉相比即增加了内外筒下部的烟管，主要目的是增大受热面，提高热效率。但这种锅炉的燃烧烟气不设计为旋转流动。(2)外筒带螺旋式肋片的立式锅壳锅炉，富尔顿锅炉外筒带的是直肋片，改为螺旋式肋片是希望增加第二回程烟气流程以利传热。3立式烟管锅炉这种锅炉由锅筒、炉胆、上下管板、烟(火)管等组成，如图19所示。图18 立式锅壳锅炉1锅水 2内筒(炉胆) 3外筒 4烟管图19 立式烟管锅炉燃烧器一般置于炉胆上端向下喷射燃烧烟气，烟气经下部烟箱从烟管向上返回并排出。这种锅炉存水量也较大，但由于增加了烟管受热面，所以产汽速度也提高了，克服了小型水管锅炉水位波动较大的缺点。这种锅炉下管板受高温烟气冲刷，而内部是水垢聚积处，因此排污、清垢不力，下管板易过烧而损坏。(二)卧式锅壳式锅炉1杭州特种锅炉厂WNS型锅炉杭州特种锅炉厂生产的WNS型系列锅炉为湿背式、对称型、三回程锅炉，如图110所示。图110 杭州特种锅炉厂WNS型锅炉该锅炉筒体与管板采用对接焊缝，回燃室与炉胆及喉管均采用扳边后再焊接；炉胆为波纹炉胆；锅壳与管板之间采用圆钢斜拉撑，回燃室与后管板之间则采用短拉撑杆加以补强。该锅炉配套的燃烧器、自动监控系统均采用国际名牌产品，经厂内调试合格后整装出厂。2杭州锅炉厂回燃式锅炉杭州锅炉厂除了生产常规的湿背式锅炉外，小容量的锅炉有采用回燃式的。主要受压元件有锅壳、管板、平直炉胆和炉胆顶、烟管等。该锅炉锅壳与管板、炉胆与炉胆顶、炉胆与前管板之间均采用扳边后对接焊接，如图111所示。该锅炉受热面采用不对称布置，炉胆布置在右侧，烟管布置在左侧。燃烧烟气自燃烧器喷出，至炉胆顶后从炉胆内沿壁折返后流到炉前烟箱，完成了第一回程和第二回程，然后从前烟箱又流到左侧烟管前端，最后经烟管流到烟道，完成了第三回程。该锅炉具有不对称型锅炉水循环好的优点，同时回燃式结构也大大降低了制造成本。图111 杭州锅炉厂回燃式锅炉3德国ET劳斯半湿背锅炉与该品牌锅炉的湿背式锅炉相比，这种锅炉主要在回燃室结构上与之不同，其余结构基本一致，如图112所示。ET劳斯的半湿背结构一般用于2th(额定蒸发量)以下。图112 ET劳斯半湿背锅炉二、水管锅炉锅壳锅炉的受热面面积受到了锅筒(壳)大小的限制，因此额定蒸发量一般不超过35 th，而要产生更多的蒸汽则必须采用水管锅炉。锅壳锅炉的额定工作压力也受到结构的限制，也只能采用水管锅炉来解决。另外，水管锅炉的水循环好，结构更适应温度、压力的剧烈变化。但由于水管的壁薄、口径小，因此水管锅炉对水处理的要求要高于锅壳锅炉。燃油、燃气的水管锅炉可大体上分为小型立式水管锅炉、快装式水管锅炉和散装水管锅炉三类，下面分别介绍。1小型立式水管锅炉这种锅炉由上下集箱和中间的水管等部件共同组成本体，为全焊接结构，上下集箱之间还用外置的平衡管相连，平衡管上装有水位表，有的还装有汽水分离器，如图113所示。这种锅炉俗称贯流式锅炉，其水管有采用光管加两端缩口制成的，也有采用鳍片管的。这种锅炉的内圈水管靠炉膛侧的半周为辐射受热面，内圈管另外半周及外圈管靠炉膛侧的半周为对流受热面，因此辐射受热面积几乎占总受热面积的13。又因炉膛水冷度大，使炉膛温度较低，而对流受热面因烟气横向冲刷，扰动剧烈，既起到清灰作用，又具有较高的传热系数。图113 小型立式水管锅炉小型立式水管锅炉的水容量较小，因此锅炉启动速度较快；本体破损时的破坏威力也较小；但当外界负荷变化及间断给水时，蒸汽压力波动较大，受外界影响较大。这种锅炉对水质要求高，如水处理不当，水管下部缩口处泥垢易沉积后而堵塞、爆管，且除垢、清垢较困难。这种锅炉的燃烧器位于锅炉顶部，便于维护。2SZS型水管锅炉SZS型燃油、燃气锅炉是双锅筒水管锅炉，采用反“D”字形布置，如图114所示。这种锅炉上下锅筒纵向布置，左侧为炉膛，主要由水冷壁包围吸收热量，右侧为对流管束，参数高的还有过热器。锅筒与水冷壁管、对流管一般采用胀接连接。 在对流管束中，受热较强的管束为上升管，受热较弱的管束则为下降管。水冷壁管由于受到强烈的辐射热，管内汽水混合物的流向则始终向上。这种锅炉燃烧器置于前墙，采用微正压燃烧，炉膛四周密封性要求高，以强化燃烧，消除漏风，降低排烟热损失；全部水冷壁直接与上下锅筒连接，省去了集箱和下降管，减小了水循环阻力。这种锅炉还可快(整)装出厂。图114 SZS型水管锅炉1防爆门 2后墙水冷壁 3风道 4烟箱 5过热器3SHS型水管锅炉SHS型水管锅炉的上下锅筒为横向布置，本体由上下锅筒、水冷壁管、对流管束、过热器、下降管和集箱等部件组成，如图115所示。水冷壁管、对流管一般与锅筒胀接连接，集箱与水冷壁管、下降管以及下降管与锅筒则采用焊接连接。过热器布置在炉膛出口处。图115 SHS型水管锅炉燃烧烟气由布置在前墙的燃烧器喷出，经炉膛混合、燃烧，辐射水冷壁，到炉膛出口冲刷过热器后进入对流管束区。进入对流管束区后，烟气的流程视隔墙布置的不同而不同，有呈“S”形轨迹流动的，也有沿“U”形轨迹流动的，最后从上部折入尾部受热面，容量较小的锅炉一般不布置尾部省煤器，只采用空气预热器。这种锅炉增加了下降管，也就增加了水循环的可靠性，对流管束中的汽水混合物均向上流动。三、小型直流锅炉直流锅炉系指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的锅炉。在稳定流动时，给水量等于蒸发量，循环倍率为1。但由于水的加热、蒸发、过热过程之间没有明显的界限，因此对安全、参数控制的技术要求高，又因为对水质要求极高，所以以前低参数小型锅炉都不采用直流锅炉。但由于直流锅炉没有锅筒，可节省成本；水容量小，启停速度快，且科学技术已有了明显进步，目前已有几种小型直流锅炉被广泛应用。(一)小型立式直流锅炉1克雷顿锅炉目前，小型立式直流锅炉的典型代表是美国克雷顿(Clayton)锅炉，也叫蒸汽发生器。锅炉主要受压元件为盘管和汽水分离器，它的受热面是由单根逆流式布置的盘管组成，包括上部多层盘管组成的错排对流受热面和下部螺旋盘管围成的辐射受热面，如图116和图117所示，锅炉本体为全焊接连接。图116 上部对流受热面图117 逆流布置受热面给水总体上为上进下出，与烟气流向逆向布置，从而摆脱了蒸汽温度对降低排烟温度的限制，使锅炉排烟温度大为降低。通常情况下，特别是在低负荷的情况下，其排烟温度要低于锅壳锅炉。克雷顿锅炉盘管的管径并非是不变的，而是沿汽水流向逐渐增大，即进口处管径最小，以后逐渐增大，以适应汽水受热膨胀，减缓汽水流速，增加传热时间；其上部多层盘管受热面的管圈间距沿烟气流向逐渐变小。由于烟气冷却后体积会缩小，因此适当缩小流通截面积，能控制烟气以较稳定的速度流动，并起到对盘管冲刷清灰的作用，有助于传热效率的提高。克雷顿锅炉的主要优点是水容量小，启动升压速度很快；即使爆管，其威力也很小，安全性好。水处理设备、水箱与本体一起布置，结构紧凑，占地面积小)，安装极为方便。受热面设计独特、有效，排烟温度低；“心”形火焰设计，燃烧效率高；因此总效率很高。盘管受热面能自由膨胀，锅炉启动、停炉等引起的热应力小；盘管若膨胀过度，则通过测点控制其立即停炉。该锅炉产品目前的自控系统已采用了更为先进的模块结构，并有自检功能。但是，这种锅炉对水质(特别是含氧量和硬度两个指标)的要求高，对其配套的水处理设备和药剂有依赖性，水处理运行费用高。水泵基本不间断给水，耗电量较大。燃烧器位于锅炉底部，维修不便。2加利安尼立式锅炉意大利加利安尼锅炉为双套筒形式，即由单根盘管旋绕成两个直径不同的同心圆筒体，筒壁全由盘管组成，如图118所示。内筒盘管向内的一侧为辐射受热面，其余均为对流受热面。图118 加利安尼立式锅炉1盘管 2燃烧器 3烟气出口该炉烟气为三回程，燃烧烟气从上部燃烧器喷出后向下流动形成第一回程，到炉底后折返从内外筒之间的烟道流向锅炉上部成为第二回程，最后烟气折返向下流经外筒和外壳之间的通道后从下侧出口流出。给水从上方进入外筒，盘绕向下流至外筒下端后进入内筒下端，再盘旋向上流至内筒上端成为蒸汽流出。盘管管径采用内筒大、外筒小，也是为了适应汽水的受热膨胀，减缓汽水的流速。 加利安尼立式直流锅炉结构紧凑，占地面积小，安装简便。水容量小，升温、升压快，也无爆炸危险。由于三回程设计，受热面积大，烟气出口处盘管(即外筒下部)内汽水混合物温度较低等因素，排烟温度低，热效率高。受热面为盘管设计，承载压力变化和热膨胀的能力好。缺点为直流锅炉共有的：水质要求高，泵耗电量大。(二)小型卧式直流锅炉德国劳斯国际锅炉公司生产的DF型锅炉为直流锅炉，有立式和卧式之分，图119所示为卧式的结构示意图。图119 劳斯小型卧式直流锅炉1给水泵 2燃油燃气燃烧器 3安全温度限制器探头 4加热盘管 5低水位切断探头 6压力表 7电控箱 8排烟温度限制器 9安全温度限制器 10低水位切断装置 11压力开关 12蒸汽阀 13安全阀 14吹扫阀 15三回程布置 16排烟温度探头 17烟气接口 18耐火材料 19保温层 20底架其受热面亦是由单一盘管旋绕而成的“双套筒”式，后部有多层盘管组成的对流受热面，“外筒”盘管管径要小于内筒及多层受热面盘管的管径，以适应水受热膨胀的需要。烟气流程如图所示，为三回程设计，极其有效地利用了有限的空间，以求达到很高的效率。该锅炉采用三活塞水泵，可在给定压力下将水打入盘管。ET劳斯的卧式直流锅炉结构紧凑，安装容易。水容量小，启动、停炉速度快，热损失小，没有爆炸危险，安全性好。烟程为三回程设计并有后部对流受热面，热效率很高。燃烧器布置于炉前，更便于检修、操作。盘管可从炉前方便地抽出，克服了立式直流锅炉吊出盘管时锅炉房需有较大高度空间的弊端。弹性结构的设计减小了交变应力值。该锅炉与其他直流锅炉一样，泵耗电量大并应严格做好水处理工作。四、热水锅炉热水锅炉是锅内的工质(含出口)都是热水的锅炉。热水锅炉与蒸汽锅炉相比有运行操作简单，无需监视水位；工作压力低，安全性能好，热水直接采暖，无凝结水排放热损，输送管道的热损较小，节约大量燃料等优点，因此，不仅在北方，目前在南方的一些宾馆饭店、住宅群、办公楼等处也逐渐被应用。图120所示为电动循环泵热水采暖系统。在封闭的热水系统中，为防止水加热后体积膨胀而使压力升高并导致设备、管道损坏，热水系统的最高处常装有开口水箱作为膨胀水箱。调整膨胀水箱安装高度还常作为控制系统工作压力的一种手段。膨胀水箱上设有溢流管、定压管、检查管和补充水管。定压管一般接在循环泵人口附近的回水管道上，系统内水体积膨胀或水减少时，水都是由定压管来调节的。图120 电动循环泵热水采暖系统1热水锅炉 2膨胀水箱 3循环水泵 4排水池 5除污器 6自动跑风装置 7排气阀门 8供水管 9回水管 10定压管 11检查管 12溢流管 13补水管热水锅炉的主要缺点是：循环泵耗电量大；系统的热惯性大，启动和停炉后水温升降速度慢；低处的散热器和管道可能会随过高的水柱压差而破坏，特别对于高层建筑更应考虑安全问题。1杭州特种锅炉厂卧式热水锅炉杭州特种锅炉厂生产的卧式热水锅炉主要受压元件有锅壳、管板、波纹炉胆、回燃室、烟管等。其炉胆、回燃室结构与该厂生产的蒸汽锅炉相似，只是炉胆、回燃室和锅壳采用同圆心布置，如图121所示。图121 杭州特种锅炉厂的卧式热水锅炉该锅炉亦为三回程设计，燃烧系统、自控系统配套进口产品，厂内调试合格整装出厂。2德国ET劳斯热水锅炉德国ET劳斯国际锅炉公司生产的UT型热水锅炉是该公司生产的热水锅炉中的较典型的一种，它的主要受压元件有：锅壳、炉胆、管板、回燃室、烟管等。该锅炉的炉胆布置在锅筒的正中心，烟管围绕炉胆，并以炉胆圆心为中心圆形分布，第二回程的烟管直径比第三回程的烟管粗或第二回程采用两组较细的烟管。烟管与管板的连接全部采用焊接，前管板为平板，后管板则为凸形封头，前、后管板与筒体分别采用T形接头和对接接头结构焊接。该锅炉的回燃室由炉胆顶部的凸形