典型锅炉结构详解

锅炉的分类锅炉结构是如何进化的？锅炉结构型式的进化是沿着两个方向进行的，发展简况如下图所示：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，这类锅炉有立式和卧式之分。火管锅炉，也称为锅壳式锅炉。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。但锅壳式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。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。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。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。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。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。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。常见锅炉结构详细介绍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。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。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。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。下面介绍目前常见的立式锅壳式锅炉：

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。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。

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。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。下面介绍常见的小型水管锅炉：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。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