工业锅炉5章51-52教材

第五章供热锅炉5.1锅炉结构型式的演变5.2蒸汽锅炉第一节锅炉型式的发展简况

锅炉从开始应用至今已有两百年的历史。自18世纪末叶出现圆筒形锅炉以来，随着生产发展的需要，工业锅炉由简单到复杂，由低级到高级，从单一产品发展到系列化产品，锅炉技术得到了迅速的发展。纵观锅炉的发展史，锅炉的型式和结构基本上是循着火管锅炉和水管锅炉两个方向发展的。火管锅炉发展简图

——〉火管锅炉圆筒锅炉—〉单火筒锅炉—双火筒炉

—〉火管-水管锅炉

——〉立式火管锅炉锅炉发展的两个方向

锅壳锅炉（也称烟管锅炉)方向：在圆筒形锅炉的基础上，在锅筒内部增加受热面积，开始是在锅筒内增加一个火筒，在火筒内燃烧燃料，即单火筒锅炉；尔后火筒增加为两个,即双火筒锅炉；为了进一步增加锅炉的受热面，发展到由数量较多，直径较小的烟管组成的锅炉或烟、火筒组合锅炉，锅炉的燃烧室也由锅筒内移到了锅筒外部。命名原因：这些锅炉因为有一个尺寸较大的锅壳，所以统称锅壳锅炉。还因烟气在管中流动，又称其为火管锅炉。缺点：

1由于结构上的限制，锅壳锅炉锅筒直径大，既不宜提高汽压，也使蒸发量受到了限制，耗钢量也大。

2烟气纵向冲刷受热面，传热效果差，热效率低。优点：具有结构简单，水质要求低，运行操作水平要求较低等优点，有些结构仍被小容量锅炉所采用。

水管锅炉方向：随着工业生产的发展，工业用汽的参数、容量增大，火管锅炉已不能满足生产发展的需要。于是锅炉开始向着增加锅筒外部受热面的方向发展，即水管锅炉的方向发展。水管锅炉最早采用的是横式水管锅炉，因其联箱强度低，联箱和手孔的制造较麻烦，金属耗量较大，也不利于锅炉的水循环。因此，这种锅炉目前已不再采用。之后，为增加受热面，出现了多锅筒锅炉。随着传热学的发展，人们把注意力集中到增大炉内辐射受热面而减少对流受热面，以及减少耗钢量方面。最后演变成目前采用最多的双锅筒式和单锅筒式水管锅炉。并且为了最大限度地利用热能，增设了蒸汽过热器、省煤器和空气预热器等受热面，使锅炉向日趋完善的方向发展。由于热水采暖系统的发展，直接用于生产热水的热水锅炉近些年来得到较快的发展，有些热水锅炉采用带有锅筒的结构，另一种取消锅筒的管架式热水锅炉近年来也有一定的发展。此外，为了利用生产过程中的余热，废热锅炉的应用也受到普遍的重视。随着现代工业的发展和科学技术的不断进步，工业锅炉正趋向于简化结构，降低金属耗量，扩大燃料的适应范围，提高锅炉的热效率，进一步提高设备的机械化和微机自动控制水平的方向发展。第二节蒸汽锅炉一、烟管锅炉锅壳锅炉有一个尺寸较大的锅壳，锅壳内布置有受热面，锅壳立放的称立式，横放的称为卧式。燃烧装置设在锅壳内的称内燃，设在锅壳外部，仅有烟气流经锅壳内部的称外燃。锅壳锅炉的受热面可以布置在锅壳内，也可以锅壳内外都布置受热面。受热面又分为火管（或烟管）及水管两种，凡烟气在管内流动，管外为水的称为火管，管内流水而管外走烟气的称为水管。无论水管还是火管，其受热面计算都以烟侧为准计算。也有锅炉是水、火管锅炉。目前国内生产的卧式锅壳锅炉有烟管锅炉（外燃锅炉）和烟火管锅炉（内燃锅炉）。立式锅壳锅炉又有立式直水管锅炉和立式弯水管锅炉。1、立式锅壳锅炉

锅筒竖立于地面设置的锅炉称为立式火管锅炉，又称立式锅壳锅炉。这种内燃式锅炉缺点是炉膛容积小，热效率低，金属耗量大。优点是它结构简单，占地面积小，安装和移动方便及操作也简单。因此，在临时工地、小型建筑、生活和采暖用热不多且蒸汽压力较低的场合，还有所应用。立式弯水管锅壳锅炉它是由锅壳、炉胆、弯水管等主要受压元件组成。燃料在炉排上燃烧后，加热了作为辐射受热面的炉胆和炉胆管区的弯水管。烟气由炉胆后上方的喉口进入外管区，分左右两路在锅壳外壁各绕半圈，横向冲刷锅壳外烟箱中的弯水管，然后在锅炉前面烟箱汇合，经烟囱排入大气。由于在炉膛内和锅壳外增设了弯水管作为辐射和对流受热面，排烟温度可降低到250℃左右，锅炉效率在60％左右。立式直水管锅壳锅炉该锅炉主要由锅壳、炉胆、上管板、下管板及直水管组成。燃烧室在炉胆内部，炉排采用蜂窝式。煤在炉排上燃烧后生成的烟气从炉胆侧上方的喉管进入上、下管板间的直水管管束空间。水管管束中间有大口径的下降管，并装有隔火板，使烟气绕下降管回旋一周，横向冲刷直水管后进入烟箱，由烟囱排入大气。这种锅炉水循环合理，蒸汽空间大，热效率达70％，其蒸汽压为0.7MPa，蒸发量为0.5～1t/h1-下炉排2-下炉门3-水冷炉排4-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-后上烟箱10-后下烟箱立式烟管锅炉特点：1.结构紧凑，占地小。2.受热面布置合理，效率η＝60％；3.水循环组织好。4.炉膛内置，只适宜燃用好煤。试问双层炉排炉为什么能消烟除尘？图为一配置双层炉排手烧炉的立式横烟管锅炉。辐射受热面：水冷炉排管和炉胆内壁的一部分。主要对流受热面：烟管。煤由工人通过上炉门加在水冷炉排上,在上、下炉排上燃烧后生成的烟气,经炉膛出口进入后下烟箱,而后纵向冲刷流经第一、二水平烟管管束，最后汇集于后烟箱再经烟囱排入大气。2、卧式锅壳锅炉

（1）外燃烟管锅炉外燃烟管锅炉没有火管，燃烧在锅筒外进行。这种锅炉与原始的纯火管锅炉不同之处是锅炉没有火筒，煤在锅管外部的炉排上进行燃烧，燃烧后的烟气冲刷锅筒外壁后，折入烟管流至前烟箱，再由烟箱上面的烟囱排出。烟管一般是φ57～φ76mm的钢管。这种锅炉的优点是炉排在锅筒外部，炉排面积和炉膛容积可视燃烧的需要而作适当增减，燃用燃料较广。缺点是锅筒底部受高温辐射，如果水质差，易使锅筒底部积水垢而过热变形，且燃烧热效率较低，目前这种锅炉已很少生产。

（2）内燃烟火管锅炉这种锅炉是生产最多、应用最广的卧式火管锅炉。该种锅炉结构紧凑、体积小、重量轻、产汽快且运行可靠。锅炉容量为0.5～20t/h，蒸汽压力在0.7～2.5MPa。二、卧式水火管锅炉卧式水火管锅炉是水管与火管组合在一起的卧式外燃锅炉。这种锅炉是20世纪60年代在卧式外燃回水管锅炉基础上发展起来的一种整装锅炉。目前在小型燃煤锅炉使用中占有较大比例。

锅炉的燃烧室在锅筒外侧，锅筒内部布置有两束烟管。锅筒两侧设有光管水冷壁，上下分别接于锅筒和集箱，组成锅炉的辐射受热面。并且在锅筒的前后各有一根绝热的大口径管（一般为φ133×6mm）接到左右集箱作为锅炉下降管。在锅筒的后管板上引出一排上端用大圆弧弯成直角的无缝钢管（后棚管），下端与横集箱相接，该集箱再通过大口径无缝钢管分别与水冷壁两侧集箱连接。如此后棚管及锅筒内的火管组成锅炉的对流受热面。炉内的前、后拱，两侧水冷壁，锅筒下部外壁及炉排构成燃烧室。煤在炉排上燃烧后，烟气被引入后棚管围成的后燃室，折入第一束火管由后向前流动，到前烟箱转，再折入第二束火管由前向后流动，纵向冲刷换热，经省煤器及除尘器由引风机送入烟囱排人大气。这种锅炉的锅筒及各受热面都支承在钢板焊成的底座上，炉排支架及通风装置全部在支座结构中形成。锅炉的墙壁采用蛭石砖绝热，外加薄铁皮，形成一整体锅炉。因此，又称这种锅炉为卧式快装锅炉。快装锅炉结构紧凑，运输方便，安装简单。相对其他烟火管锅炉，由于炉膛内可根据情况布置各种拱墙，炉内燃烧较好。同时由于炉内烟气流速较高，使火管传热系数提高，积灰减少。尤其在尾部增设省煤器时，使排烟温度降低，锅炉效率可达75％以上。缺点：但这种锅炉毕竟是烟火管式，由于结构的限制，造成燃料适应性较差，常常出力不足。行程回路曲折多，长期运行后易积灰，阻力增大，使原配风机抽力不够，造成正压燃烧，向锅炉房内冒黑烟及飞灰。三、水管锅炉

与火管锅炉相比，水管锅炉优点：由于在结构上没有特大直径的锅筒，富有弹性的弯水管代替了直的烟管，金属耗量大大降低，并且布置上可使烟气在管外横向流动，增强了传热效果，使锅炉的蒸发量和效率明显地提高。此外，由水管构成的受热面布置简便，水循环合理，可以根据燃料特性组织炉内的燃烧，提高锅炉对燃料的适应性。因此，水管锅炉得到了广泛的应用。

水管锅炉分类：按锅筒数目有单锅筒、双锅筒之分。工业锅炉多采用双锅筒水管锅炉，也有采用单锅筒的，但其对流管束布置困难，安装与检修也不方便。按锅筒放置的方式，锅炉可分为立置式、纵置式和横置式锅炉。目前国内常用的典型水管锅炉有以下几种：1.立置式水管锅炉（1）自然循环（2）强制循环直流锅炉

图5-10所示是一台双套筒直流燃油锅炉，由单根盘管旋绕成两个直径不同的同心圆筒体构成。内筒的内侧包围的空间为炉膛，其壁面为该锅炉的辐射受热面，内筒外侧面和外筒全部筒壁为对流受热面。2.纵置式水管锅炉（1）单锅筒纵置式锅炉单锅筒纵置式锅炉的锅筒纵向放置在锅炉上部中央，炉膛在其下面。炉膛两侧水冷壁的外侧为对流受热面。从正面看，两侧受热面与锅筒构成“人”字，又称其为人字型或A型锅炉。见图5-11锅炉受热面由锅筒（俗称汽包）、锅炉管束、水冷壁、集箱组成卧式布置分三种方式：D型、A型和O型，燃烧器水平安装，操作检修方便，宽度和高度尺寸较小，长度伸缩较大，其中D型在布置过热器和尾部受热面时更灵活，应用范围广。（2）双锅筒纵置式锅炉（见图5-12）

1）D型锅炉锅炉的上、下两锅筒可置于炉膛一侧或置于炉膛中间。上、下锅筒之间由许多成排且两端胀接于锅筒的弯水管连接。正面看，炉膛与锅筒管束各居一侧，在炉膛内壁各面均布有水冷壁，其中一侧水冷壁直接接入上锅筒，覆盖炉顶，如字母D形。因此，又称之为D型锅炉。双锅筒纵置式水管锅炉（D型锅炉）

2）O型锅炉

这是一种双锅筒纵置于炉膛中间的典型锅炉。正面看锅炉本体，上、下锅筒间的对流管束与上、下锅筒呈O形，有时又称此种锅炉为O型锅炉。双锅筒横置式水管锅炉（O型锅炉）

3、双锅筒横置式锅炉（见图5-13）两个锅筒横置于炉膛后部，或上锅筒在炉膛中间，下锅筒在炉膛后部，多数为容量大于6t/h的锅炉所采用。2.4热水锅炉根据热水在管道内流动方式不同，有：自然循环热水锅炉－水冷壁中汽水混合物的流动靠汽、水密度不同而产生的压差来实现机械循环热水锅炉－－水冷壁中汽水混合物的流动靠水泵所产的推力来实现。5.5辅助受热面锅炉的辅助受热面包括：省煤器蒸汽过热器空气预热器

根据具体情况，按实际需要选择增设一.蒸汽过热器

1.作用：把饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽的装置.2.位置：空气预热器设在尾部烟道内蒸汽过热器的结构如图：二.省煤器1.作用：a.预热给水温度，降低烟气温度,提高热效率，节约效率

b.减少蒸发受热面：以价格较低的省煤器代替价格较高的水冷(换热好

(低温、强制流动、逆流布置)c.减少给水与汽包壁的温差，降低热应力2.位置：设在尾部烟道内3.按制造材料不同，分为：铸铁省煤器（最普遍,压力<4MPa）和钢管省煤器按给水被预热程度，分为：沸腾式和非沸腾式(随着机组容量

，蒸发吸热量比例时,采用非沸腾式)三.空气预热器1.作用a.利用锅炉尾部烟气热量加热空气的换热设备，进一步降低烟气温度,提高锅炉热效率b.制粉系统干燥c、强化着火2.位置：设在尾部烟道内3.按传热方式不同，分为：导热式和再生式空气预热器将空气温度每提高50℃，大约可使排烟温度降低30～35℃，锅炉效率则可相应地提高2％。按传热方式分为导热式和再生式。前者烟气与空气各走不通的通道，通过管壁传热。分板式和管式；后者烟气与空气交替流经换热面，烟气将热量传给受热面并积蓄，随后将之传给空气，又称蓄热（回转）式预热器。管式空气预热器回转式空气预热器四.尾部受热面烟气侧的腐蚀

烟气中含有水蒸汽和硫酸蒸汽露点:水蒸汽或硫酸蒸汽开始凝结的温度1.低温腐蚀当烟温降低或接触到温度较低的金属受热面时，只要温度低于露点，水蒸汽或硫酸蒸汽就会凝结水蒸汽凝结：氧腐蚀硫酸蒸汽凝结：酸腐蚀2.低温腐蚀的减轻和防止燃料脱硫：分离黄硫铁矿低氧燃烧、减少漏风采用添加剂降低酸露点提高空预器入口温度暖风器(汽机抽汽)回转式空预器：高度方向分段，易更换5.6锅炉安全附件锅炉三大安全附件：