集中供热用大型链条炉排热水锅炉容量配置及炉型选择

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【内容提示】本文对目前常用的大型链条炉排热水锅炉的炉型特点进行了分析，提出了对于集中供热用大型链条炉排热水锅炉的炉型选择原则及容量配置原则，并介绍了为解决近年来大型链条炉排热水锅炉存在的运行问题和最新开发的大型链条炉排热水锅炉新炉型。
      集中供热用大型链条炉排热水锅炉型式的选择原则
        1.锅炉的水动力安全性好
　   大容量热水锅炉是城市集中供热的热源，如果出现运行事故而导致停炉，不仅会对供热机组造成重大的经济损失，而且有可能对整个采暖系统，甚至相关的社会单位造成不可估量的间接损失。水动力安全性是保证热水锅炉安全运行的最主要问题，也是供热企业最为关心的问题。因此，选择大容量热水锅炉的原则应当是不仅保证在锅炉水质达标的情况下能够保证水动力的安全，而且在水质稍差时也能保证锅炉的安全运行。
      2.煤种适应性好
      近年来，我国煤炭供应日趋紧张，锅炉很难保证燃用设计煤种运行，因此，集中供热用大型热水锅炉必须具有较宽的煤种适应性。目前我国集中供热用大型链条炉排热水锅炉的炉排形式是鳞片式链条炉排和横梁式链条炉排。若要提高锅炉的煤种适应性，除要保证相应的炉排面积外，应当保证燃烧系统一次风的温度。锅炉加装空气预热器的作用不仅是为了降低锅炉的排烟温度以相应提高锅炉的热效率，同时也是为了提高一次风的温度，保证燃料、特别是低质燃料能够被适时点燃，并高效率的燃烧及燃尽。因此，认为热水锅炉工质温度低，排烟温度容易得到保证，大型链条炉排热水锅炉可以不加装空气预热器的观点是片面的。运行实践表明，对于容量大于14MW的热水锅炉则应当设计加装空气预热器。
       3.受热面清灰方便可靠
　　冬季的室外气温是逐渐降低后又逐渐升高的，因此，集中供热用大容量热水锅炉会较长时间的低负荷运行，这是大容量热水锅炉重要的运行特点。对于燃煤锅炉，烟气中含有飞灰和水蒸汽是不可避免的，而长时间的低负荷运行会造成烟道和受热面，特别是尾部受热面的积灰，甚至结露，严重时会使尾部对流受热面烟气流道堵塞，降低锅炉出力和热效率，因此，在锅炉设计方面，必须考虑设计有可靠的清灰措施。
      4.锅炉热效率高
      集中供热用热水锅炉的容量大，因此煤耗也大，提高锅炉的热效率对降低煤耗、节约运行费用有着重要意义。
      5.锅炉总高度低
      由于集中供热用热水锅炉的大型化，相应提高了锅炉房的造价，因此在保证锅炉良好运行性能的前提下，锅炉的总高度低，就会较大幅度地节约锅炉房的基本建设费用。
      集中供热用大型链条炉排热水锅炉容量的选择原则
      区域集中供热锅炉房的多台锅炉容量配置也是供热企业所关心的主要问题。目前，一些供热企业通常采用供暖峰值热负荷来确定锅炉的容量，并采用同容量的锅炉备用，造成了投资和运行费用的浪费。对于我国北方地区，整个供暖期能达到室外设计温度值的小时数仅占总供暖小时数的2%～5%，也就是如果按照供暖峰值热负荷来确定锅炉的容量，在整个供暖期内锅炉只在2%～5%的时间是满负荷运行，其余时间都是低负荷运行，造成锅炉热效率降低，浪费了燃料和电能。
      根据对我国北方地区室外温度延续时间的分析得知，我国北方地区室外计算平均温度时的供暖热负荷约为其供暖峰值热负荷的70%。因此应该按照以下原则选择大型链条炉排热水锅炉的容量与配置。
      1.对于采用两台锅炉配置时，单台锅炉的容量应按照供暖峰值热负荷的70%确定；
      2.对于采用三台和三台以上的锅炉配置，应按照如单台锅炉事故停机后，锅炉房的所余锅炉的供热总容量不低于供暖峰值热负荷的70%的原则确定；
      3.综合考虑采用锅炉不同配置时的锅炉、辅机系统和锅炉房的综合造价，以及运行和维护费用，以总费用最低为确定原则。
      常用大容量链条炉排热水锅炉的炉型特点分析及新炉型介绍
      目前，大型链条炉排热水锅炉的炉型主要有单（双）锅筒水管式热水锅炉、水火管锅壳式热水锅炉和角管式热水锅炉三大系列，尽管这些炉型在运行中也都程度不同地出现过各种问题，但目前仍然是我国集中供热锅炉的主要炉型。
      单（双）锅筒水管式热水锅炉的结构是继承了原同型式蒸汽锅炉的结构，其优点是运行可靠，但缺点是锅炉钢耗大，成本高，现场安装工作量大，特别是锅炉高度高，造成锅炉房的造价高。
     大型复合循环水火管锅壳式热水锅炉炉型适宜于容量为28MW（含28MW）以下的热水锅炉。对于容量为14MW（含14MW）以下的热水锅炉为单锅筒纵置式锅炉，对于14MW以上的热水锅炉为双锅筒纵置式锅炉。
      大型复合循环水火管锅壳式系列热水锅炉具有如下特点：
      （1）锅炉采用锅壳式烟火管受热面和水管受热面组合结构，充分发挥了两种受热面的技术优点。锅筒采用拱型管板、螺纹烟管准弹性组合结构，不仅使锅炉结构紧凑，而且锅炉抗低周疲劳性能好。锅炉侧水冷壁与水管对流受热面采用并联结构，并与上下侧集箱相连接，不仅传热效率高，而且作为锅炉本体的支撑结构，保证锅炉在工作状态下可自由向上热膨胀，锅炉运行安全可靠；
      （2）锅炉全部采用对流管束受热面作为炉膛后的烟气流程，保证前管板烟箱的烟气温度低于650℃，消除了烟管端部区域产生局部的过冷沸腾并结垢的可能型，也就消除了管板产生裂纹的事故隐患，从根本上解决了采用翼型烟道结构的原水火管锅壳式热水锅炉前管板孔桥区时有发生的裂纹事故；
      （3）锅炉工质采用复合循环技术。锅炉的前拱管与前墙受热面，以及后拱管与后墙受热面采用工质自然循环方式，侧水冷壁管和侧对流管束则在正常运行时则强制循环方式，保证侧水冷壁管和对流管束中的水速不仅高于其所受热负荷的安全水速，而且保证回水所携带的泥沙不在下集箱产生沉积，彻底消除侧水冷壁管爆管的可能；
      （4）锅炉侧水冷壁与水管对流受热面采用并联结构，如果在运行中发生停电事故，烟风系统停止工作，侧水冷壁管与水管对流管束就会自动构成工质自然循环回路，而且与上、下侧集箱相连接的侧水冷壁与水管对流受热面的水容量很大，及时打开排汽阀，侧水冷壁管和水管对流管束的安全有充分保证；
      （5）锅炉的回水以强制循环方式通过侧水冷壁管和水管对流受热面后，全部被送入锅筒内底部，通过所设计的射流扰动装置，在运行过程中可以使锅筒底部的杂质和泥沙不发生沉积，使其容易被送出锅炉的热水带走，或被安装在锅内底部的排污管排出。这不仅保证了锅筒的运行安全，彻底消除了由于锅壳底部泥垢沉积导致该部位锅壳鼓疱的事故，而且更加有效安全地利用了锅筒底部受热面；
     （6）前部烟室具有足够的空间，使烟气中的尘粒得到沉降，降低了锅炉的烟尘的初始排放浓度；
      （7）锅炉本体可分为锅筒和螺纹烟管组合结构、与上下侧集箱连接的侧水冷壁和水管对流受热面组合结构等独立部件，可以在制造厂里进行整体部件生产，现场安装工作量小。
      大型复合循环水管式热水锅炉的炉型适宜于容量为28MW（含28MW）以上的热水锅炉。
      大型复合循环水管式热水锅炉具有如下特点：
      （1）前墙水冷壁、前拱管、后墙水冷壁、后拱管均采用自然循环方式，并在每个回路上采用较大的下降管与上升管的总截面比，保证了这些循环回路在运行时或事故停电时的水动力安全性；
    （2）侧水冷壁管和水管对流管束采用工质强制循环技术，在正常运行时以强制循环方式保证侧水冷壁管和水管对流管束中的水速高于该热负荷的安全水速，使水冷壁下集箱不能存留任何固相沉积物，彻底消除侧水冷壁管爆管的可能。如果在运行中发生停电事故，烟风系统停止工作，侧水冷壁管与水管对流管束会自动构成自然循环回路，即时打开排汽阀，侧水冷壁管和水管对流管束的安全有充分保证；
     （3）炉膛被包覆在对流受热面内侧，由于两侧及前部对流受热面烟道内的烟气温度低，本型锅炉可不采用膜式水冷壁或重型炉墙结构，因此，对炉墙的保温材料的要求大大降低，仅采用轻型炉墙结构即可；
     （4）锅炉本体设计成框架结构，采用侧水冷壁与水管对流管束并联组合结构作为整个锅炉的支撑部件。在工作状态下，锅炉受热面可以自由向上热膨胀，消除了热应力。相对于同容量现有炉型锅炉，本炉型锅炉不仅大幅度地降低了钢材耗量和锅炉的高度，而且运行稳定安全可靠；
     （5）锅炉对流受热面全部采用烟气横向冲刷方式，不仅受热面传热效率高，出力大，节省钢材，而且可以在各对流受热面烟道合理地设计布置除灰门和检修门，非常便于运行管理和检修；
    （6）经与其它炉型锅炉测算对比可知，容量为28MW～70MW的新型大容量复合循环水管式热水锅炉比同容量的其它炉型锅炉节约钢材25％～35％。而且新型大容量复合循环水管式热水锅炉可以根据链条炉排技术的发展，设计开发至更高的容量等级；
      （7）由于采用水管式受热面和下支撑式本体结构，相对同容量的其它炉型锅炉，新型大容量复合循环水管式热水锅炉的高度大大降低，并且容量越大，其高度降低的幅度越大,这会大大降低锅炉房的造价，为用户节约基本建设投资；
      （8）锅炉本体主要由锅筒和大直径集箱以及与其相联的水冷壁管排和对流管束构成，制造工艺简单，锅炉本体可在制造厂内分部件预制，现场安装工作量小。
      结束语
      随着集中供热事业的发展，更多的大型链条炉排热水锅炉将被用于集中供热系统的主热源或调峰热源，如何选择大型链条炉排热水锅炉的结构形式和对锅炉容量进行合理配置，对于供热企业的节能安全运行及节能降耗具有重要的现实意义。
      文/董   （哈尔滨工业大学能源科学与工程学院博士、教授）
　　E-mail:dongp@hit.edu.cn

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