锅炉的结构特点及分类

qimingxing

蒸汽锅炉被人们开始使用至今,已有二百多年的历史。在结构上从最简单的圆球形锅炉开始,随着社会生产力的不断发展,经过多次的改造、革新、演变成现在使用中的各种形式。
工业锅炉的一般分类简介如下:
  
从工业锅炉分类中可知,工业锅炉的结构演变大体沿着两个方向发展,基本形成了锅壳锅炉与水管锅炉两大类。
锅壳锅炉一一指蒸发受热面布置在锅壳内的锅炉(曾称火管锅炉)。一般包括立式锅壳锅炉、卧式锅壳锅炉和固定式机车锅炉。
水管锅炉一一指烟气在受热面管子外部流动,水或汽水混合物在管子内部流动的锅炉。一般包括横锅筒锅炉和纵锅筒锅炉。
   近三十年来,也发展了一些水火管组合式锅炉。如快装锅炉、组装锅炉等。
   快装锅炉一一指根据运输条件所允许的范围,在锅炉制造厂完成总装整台发运出厂的锅炉。
组装锅炉一一指在锅炉制造厂内将整台锅炉分成几个装配齐全的大件,运到安装工地后可以将它们方便地组合而成的锅炉(四)卧式外燃锅炉
   这种锅炉与卧式内燃快装锅炉比较,主要区别在于将炉排移到锅筒之外,即由内燃改为外燃,并在两侧加装水冷壁,属于多回程烟水管锅炉,又称水火管组合式锅炉。常用型号.有DZW(单、纵、往)型、DZL(单、纵、链)型等。图2-7为DZL型锅炉结构图。
这种锅炉由于采用具有水冷壁的外燃炉膛,炉膛可以适当加大,以改善燃料在炉内的燃烧条件,减少飞灰含炭量及气体未完全燃烧造成的损失。还可在炉膛内砌拱,以利于燃烧。
锅炉的辐射受热面由水冷壁管和锅筒的底部组成,比内燃锅炉增加很多。燃烧后的高温烟气从炉膛向后流人左侧的烟管(第一束烟管),由后向前流人前烟箱,在前烟箱内折人右侧的烟管(第二束烟管),再由前向后流人尾部交热面,最后通过引风机从烟囱排出,有些锅炉的烟管束是按照先下后上的顺序布置的。
水循环回路有两条。一条是锅筒下部的炉水经下降管流入两侧水冷壁管,吸收炉膛辐射热量后形成汽水混合物向上流入锅筒,构成独立的水循环回路。另一条是第一束烟管周围的炉水因吸热多而向上流动,第二束烟管周围的炉水因吸热较少而向下流动,构成锅筒内部的水循环回路。
当前这种锅炉的烟管,多采用螺纹烟管形式,即在烟管上加有约2mrn深的凹槽。当管内有烟气流动时,受沟槽影响产生紊流,增大了放热系数。相对可减少受热面积,减少管数,减少金属耗量。卧式外燃快装锅炉的结构特点是:
(1)锅筒底部应有单独的排污管,否则,筒体中部由于受热强烈和结垢严重,容易引起钢板鼓包和裂纹。
    (2)锅筒下部角板拉撑焊接处因受热应力影响,在锅筒上容易出现裂纹。
(3)两侧的水冷壁上升管,与锅筒应径向插入焊接,如果是斜插单面焊,在管口焊缝处应力集中,容易出现裂纹,以致泄漏。
(4)如果烟管与管板采用焊接连接,为了改善传热,应先胀后焊,管端在高温烟道内伸出管板的长度最好与焊脚高平齐。管端伸出太长,容易出现裂纹,并可能扩展到管板,引起漏水。
由于这种锅筒,容易因下部受热及积垢而引起鼓包,后管板受高温而易产生裂纹。目前一些锅炉厂,采用烟气出炉膛后,经过一侧或两侧新加的对流管束(又称翼形烟道),使烟气通过这一段放热至烟管管板时,温度已较低,而不再容易产生管板裂纹。又有些锅炉厂将受热面管子布置在锅筒的下部,使锅筒不受炉膛的高温辐射,而防止锅筒发生鼓包现象。也有在锅筒底部受高温区,采用绝热措施来解决鼓包问题。
图2-8为目前常见的采用拱形管板、螺纹烟管、两侧翼形烟道的热水锅炉简图。火焰和烟气离开炉膛后,由长后拱上方经挡烟墙进入两侧翼形烟道,至前转向烟室通过螺纹烟管管束,从后拱形管板排出。
卧式外燃式快装锅炉自诞生以来,进行了一系列改造,使其更加完善。这些改造主要是:
(1)取消小烟室,由湿背式改为干背式。
(2)取消水冷壁管间的鳝片。
(3)水冷壁与锅筒的连接由非径向孔改为径向孔。
(4)高温侧的烟管与管板的连接采用先胀后焊。
(5)取消后集箱与两侧集箱的连接,使其各自独立,并在两侧集箱中间位置增加排污装置。
(6)取消管板下部角板拉撑,改为圆钢长拉撑。
(7)采用拱形管板或凸形封头,取消拉撑。
(8)采用螺纹烟管,提高柔性,强化传热。
(9)采用偏锅筒、翼形烟道或前置炉膛,防止管板裂纹。(10)热水锅炉增大下降管尺寸,采用引射装置,增加水循环的可靠性,回水引向后管板,防止后管板过冷沸腾,造成裂纹。


二、水管锅炉,
(一)单锅筒水管锅炉
单锅筒水管锅炉主要有两种结构,一种是单锅筒纵置式水管锅炉,另一种是单锅筒横置式水管锅炉,而后一种结构往往锅炉容量都比较大。
1.单锅筒纵置式水管锅炉
单锅筒纵置式水管锅炉,常用型号如DZW(单、纵、往)型,工作压力为1.3MPa,蒸发量为4t/h,快装出厂的锅炉。燃烧设备为水平往复炉排。
这种锅炉的结构如图2-9所示。只有一个锅筒,纵向布置于锅炉顶部的中央,两组对流管束布置在炉膛的左、右两侧,构成了'人'字形。两侧对流管束和水冷壁管的上端与锅筒连接,下端分别与两侧下集箱连接,从而省掉了水冷壁的下降管。
烟气流程有两种情况。一种是如图2-9(a)烟气从炉膛后部燃尽室左侧的出口窗,折人左侧对流管束区,由后向前流动,横向冲刷对流管束,在左侧的前端,烟气向上经过锅筒前端的转向烟道,流人右侧对流管束区,再由前向后流动,最后从右侧后部离开锅炉本体,进入尾部烟道,经省煤器和空气预热器,再经除尘器由引风机送人烟囱排出。另一种是如图2-9(b)烟气离开炉膛后部的燃尽室,随即分成左、右两路,分别进入两侧对流管束区,由后向前流动,横向冲刷对流管束,然后汇合于锅炉前部的上烟箱,再由上向下流·经省煤器和空气预热器,-最后经除尘器和引风机由烟囱排出。
水循环回路比较简单,水从t锅筒流入两侧的对流管束,下降至下集箱,再经炉膛水冷壁管和一部分受热强的对流管束上升,回到锅筒内。
这种锅炉的优点是,在对流管束中没有隔墙,烟气是一次流过的,使锅炉结构很紧凑。采用单锅筒后,减少了钢耗量和制造工作量。缺点是,水容量小,运行时汽压波动较大,管理较困难。
2.单锅筒横置式水管锅炉单锅筒横向布置的水管锅炉多采用┌┐形布置,自然循环,燃烧方式多为链条炉排,或为循环流化床。锅炉压力一般为1.o~2.5MPa,锅炉出力一般为19~35t/h。图2-10示出了一台循环流化床锅炉。
沿炉膛上升,在炉膛上部的稀相区与四周的水冷壁进行换热,然后通过炉膛出口和对流过热器进入分离器。一部分飞灰被分离下来,通过落灰管和回灰阀送人炉膛的密相区再一次燃烧。燃烧形成的灰渣通过冷渣管和冷渣器排出炉外。冷渣器的作用是将800~900。C的热渣冷却到较低的温度,回收热量加以利用。
这种燃烧方式不仅可以燃烧劣质燃料,如上述锅炉就是燃用研石或石煤的。而且可以在给料时加入脱硫剂(如石灰石)有效地除掉烟气中的S02气体。同时,由于炉内燃烧温度较低,可以减少氮氧化物的生成,这对保护环境很有好处。
这种锅炉由于炉内飞灰量大,炉膛下部的密相区磨损比较严重,对流受热面的磨损也比较严重,在设计和运行中都应注意防磨。另外锅炉的排尘浓度比较大,应选择性能比较好的除尘器。
(二)双锅筒水管锅炉双锅筒水管锅炉也分为双锅筒纵置式和双锅筒横置式两种布置形式。

qimingxing

锅炉结构的基本 要求和基本构成
一、锅炉结构的基本要求锅炉的结构是根据所选用的锅炉出力、工作压力、工作温度、燃料特性和燃烧方式等参数,按照《蒸汽锅炉安全技术监察规程:》和《热水锅炉安全技术监察规程》等有关规定确定的。二台理想的锅炉,不论属于哪种形式,都应满足“节煤节电、消烟除尘、安全运行“的总要求。从安全的角度考虑,对锅炉结构的要求为:
   (1)选用合格的钢材,经过严格质量检验,保证各受压部件有足够的强度。
   (2)结构具有一定的强度,保证各部分在运行中能够自由膨胀。
   (3)水循环要合理可靠,保证各受热面在运行中能够得到良好的冷却。
(4)锅炉本身应有适当的人孔、检查孔和手孔,炉墙部位应有适当的检查孔、看火孔、除灰门等。保证能对锅炉方便地进行内外部检查、修理和清扫。
   从经济的角度考虑,对锅炉结构的要求为:
   (1)合理地布置炉体和受热面,最大限度地减少各种热损失,提高热效率。
   (2)合理使用钢材,尽量降低“钢汽比“(产生1t蒸汽所需要的钢材量),节约金属。
   (3)尽量采用适宜煤种的高效机械燃烧设备。
   (4)尽量降低鼓风机、引风机等与锅炉配套的辅机及出渣、运煤等辅助设备的耗电量。
   二、锅炉的基本构成-
锅炉的核心构成部分是“锅“和“炉“。“锅“是容纳水和蒸汽的受压部件,包括锅筒(也叫汽包)或锅壳、受热面、集箱(也叫联箱)、管道等,组成完整的水一汽系统J其中进行着锅内过程一一水的加热和汽化、水和蒸汽的流动、汽水分离等。“炉“是燃料燃烧的场所,即燃烧设备和燃烧室(也叫炉膛)。广义的“炉“是指燃料、烟气这一侧的全部空间。
锅和炉是通过传热过程相互联系在一起的。步和炉的分界面就是受热面,通过受热面进行着放热介质(火焰、烟气)向受热介质(水、蒸汽或空气)的传热。受热面从放热介质吸收热量并向受热介质放出热量。
同时、连续进行吸热和放热的受热面称为间壁式受热面,
放热介质和受热介质分别处于受热面的两侧。如果放热介质和受热介质分别轮流交替地、周期地与受热面相接触,在接触中向受热面放热或从受热面吸热,则这种受热面称为蓄热式(也叫再生式)受热面。
   主要以辐射换热的方式吸收放热介质放热量的受热面称为辐射受热面。辐射爱热面布置在炉膛内。
主要以对流换热的方式吸收放热介质放热量的受热面称为对流受热面。对流受热面布置在炉膛出口以后的、烟气温度较低的烟道内。布置对流受热面的烟道称为对流烟道。

受热面向受热介质的放热主要通过对流换热的方式进行。
根据水的加热、汽化过程的顺序,可以将受热面划分为水的预热受热面、汽化受热面(也叫蒸发受热面)和蒸汽过热器。水的预热受热面通常布置在低温烟气部位以回收排烟余热、节约燃料,因而一般称之为“省煤器“。
此外,排烟余热也可以回收利用于预热助燃空气,这种余热回收受热面叫做空气预热器。省煤器和空气预热器都布置在锅炉烟气流程的尾部,所以又统称为尾部受热面。
受热面按其结构又可分为板式和管式。烟气在管内流过的受热面称为烟管受热面,水在管内流过的受热面称为水管受热面。
容纳水和蒸汽并兼作锅炉外壳的筒形受压容器称为“锅筒“或“锅壳“。受热面主要布置在锅壳内部的锅炉称为锅壳锅炉(旧称火管锅炉)。
内燃式锅壳锅炉的炉膛设置在炉壳内,叫做“炉胆气炉胆本身也就是辐射受热面。布置在锅壳内的烟管为对流受热面。
外燃式锅壳锅炉的炉膛设置在锅壳之外,此时,锅壳的一部分表面(向火部位)为辐射受热面。烟管仍布置在锅壳内部。如果在外置炉膛内还布置水管受热面作为辐射受热面,则构成为水火管锅炉。外燃式锅炉的锅壳已不能完全起锅炉外壳的作用,因为外置炉膛是用炉墙作为外壳的。
以布置在炉墙砌体空间内的水管为主要受热面的锅炉称为水管锅炉。受热面与锅筒、集箱和炉外管道构成整个水一汽系统。
水管锅炉中的锅筒不兼作锅炉外壳,其内部也不布置受热面。锅筒的功用是:
   (1)作为省煤器、汽化受热面和蒸汽过热器的连接枢纽(指上锅筒);
   (2)内部布置锅内设备,进行汽水分离过程(指上锅筒);
   (3)作为连接多排并列管子的结合体以构成管束受热
(4)作为自然循环回路的组成部分;
(5)贮存锅水,形成一定的蓄热能力。元论锅壳或是锅筒,都是锅炉的最重要部件之一。
   由锅筒(或锅壳)、集箱、受热面及其间的管道等所组成
的整体习惯上称为“锅炉本体“。由锅炉本体,燃烧设备、出渣(除灰)设备、炉墙和构架(包括楼梯、平台)、锅炉范围内的水、汽、烟、风、燃料管道及其附属设备,测量仪表和其他附属机械等构成的整套装置称为“锅炉机组“。