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工業(yè)鍋爐結構詳解鍋爐鍋爐是由鍋和爐組成的，上面的盛水部件為鍋，下面的加熱部分為爐，鍋和爐的一體化設計稱為鍋爐。鍋爐的分類鍋爐結構是如何進化的？鍋爐結構型式的進化是沿著兩個方向進行的，發(fā)展簡況如下圖所示：一個方向是在圓筒形鍋爐基礎上，在圓筒內部增加受熱面，先后出現了單火筒鍋爐（柯尼希鍋爐）、雙火筒鍋爐（蘭開夏鍋爐）及各種煙火管鍋爐。根據圓筒體放置位置的不同，這類鍋爐有立式和臥式之分。火管鍋爐，也稱為鍋殼式鍋爐。其基本特點是在大圓筒（鍋殼）之內裝設小圓筒、管子或其他形狀的殼體，并把大圓筒與小圓筒、管子等之間完全隔絕，形成夾套，夾套之中容水，而小圓筒、管子等充作燃燒室和煙道容納火陷或煙氣。由于燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)被限制在一個鍋殼內，因而這種鍋爐的蒸發(fā)量、蒸汽參數都受限制，燃燒效果和傳熱效果差，鍋爐效率很低。從安全角度看，燃燒系統(tǒng)布置在鍋殼內，使鍋殼及內部構件直接受熱，工作條件變差；鍋殼的承載能力被各種開孔嚴重減弱，形狀和結構趨于復雜。加上這類鍋爐水容量較大，儲熱較多，一旦破壞釋放能量大，因而，這類鍋爐安全性能較差，事故的破壞性較大。但鍋殼式鍋爐對負荷變動的適應能力較好，對水質的要求較低，維護檢修較方便，煙風阻力較小，一船采用自然通風。因而在一些小型工業(yè)部門、交通運輸及生活采暖部門中，目前還廣泛使用這種鍋爐。另一個方向是在圓筒外部增加受熱面積。即突破鍋殼筒體的限制，在鍋筒之外設置燃燒室和受熱面，形成并發(fā)展“水管鍋爐”。沿著這個方向，人們先后造出了水筒鍋爐、直水管鍋爐、彎水管鍋爐。目前常見的是雙鍋筒彎水管鍋爐及單鍋筒彎水管鍋爐。水管鍋爐，特別是彎水管鍋爐的出現，是鍋爐發(fā)展史上的一次飛躍。它在結構上為增大鍋爐蒸發(fā)量，提高蒸汽參數提供了可能，因為在鍋筒外邊可以設置足夠大的爐膛，布置足夠多的受熱面。而管式受熱成直徑較小，可以承受更高的壓力，彎水管彈性較好，可以承受熱脹冷縮。水管鍋爐的汽水系統(tǒng)由管子、集箱和鍋筒組成，其系統(tǒng)遠比鍋殼式鍋爐復雜，但其元件結構卻很筒單。其鍋筒不直接受熱，工作條件較鍋殼鍋爐的筒體優(yōu)越。直接受熱的管子即使爆炸，其危害性也遠較筒體小?，F代的高參數大容量鍋爐全部是水管鍋爐。在60年代中期，我國出現了同時具備水管鍋爐及殼式鍋爐結構特點的水火管鍋爐——臥式快裝鍋爐。多年來，這種鍋爐在我國發(fā)展很快，目前成為國內數量最大的一種鍋爐，但其結構性能有待進一步完善。鍋殼式鍋爐的結構特點1．“鍋”和“爐”都被包在一個殼體——鍋殼中。2．爐膛矮小，水冷程度大（整個金屬爐膛浸泡于水中），燃燒條件差，必須燒優(yōu)質燃料。3．受熱面少，蒸發(fā)量低，常裝水管或煙火管以增加受熱面。4．殼體直徑較大，開孔多，形狀不規(guī)則，內部受熱部分與不受熱部分連接在一起，溫度不一致,熱膨冷縮程度不同，對安全工作不利。5．系統(tǒng)比較簡單，一般沒有磚砌爐墻及尾部受熱面，便于運輸安裝、運行管理及檢查維護。6．對水質要求較低。水管鍋爐的結構特點1、爐膛置于筒體之外，“爐”不受“鍋”的限制，體積可大可小，可以滿足燃燒及增加蒸發(fā)量的要求。2、以容納水汽的管子置于爐膛、煙道中作主要受熱面，鍋筒一般不受熱。傳熱性能及安全性能都顯著改善。3、水的預熱、汽化（沸騰）及蒸汽過熱在不同的受熱面中完成。4、汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)比較復雜，但一個個受壓部件的結構卻比較簡單。5、由于水的預熱、汽化及蒸汽過都是在管內完成的，管子結垢堵塞難于清除，因而對水質要求較高。對運行操作管理的水平也要求較高。水火管鍋爐水火管鍋爐的結構特點界于以上二者之間，或者說它兼有水管鍋爐及鍋殼式鍋爐的基本結構特點。常見鍋爐結構詳細介紹立式橫水管鍋爐立式橫水管鍋爐是結構最簡單的一種鍋爐，立式多橫火管鍋爐是歷史較長、有代表性的一種鍋爐。我國目前已不再生產這兩種鍋爐，但目前生產的立式鍋殼鍋爐基本上是由它們演變而來的。因此，我們以它們?yōu)槔?，說明立式鍋殼鍋爐的結構。立式橫水管鍋爐由鍋殼、爐膽、橫水管和沖天管等主要部件組成。鍋殼是一個帶有凸形封頭或平封頭的圓筒體。鍋殼上開有人孔、手孔、進水孔、出汽孔及附件儀表連接孔等必要的門孔，封頭中央的開孔連接沖天管，鍋殼下部則開孔連接爐門圈，是一個被開孔減弱的容納汽水承受內壓殼體。爐膽是一個錐形殼體，頂部為凸形或平形爐膽頂，爐膽頂中央連接沖天管，爐膽下部也開孔與爐門圈相連，爐門圈是燃料的進口，是一段承受外壓的圓筒殼，爐膽則是承受外壓的燃燒室，爐排即布置在爐膽下部。橫水管系無縫鋼管，交叉橫置在爐膽上部，其作用是增加受熱面，促進水循環(huán)流動和增加爐膽承載能力。橫水管有1~4根，因容量而異。直徑不越過250毫米。鍋殼對應橫水管的部位，開有手孔供清理泥渣之用。沖天管自爐膽頂穿過鍋殼頂，上伸與煙囪連接，是煙氣的流出通道，其在鍋殼內部分也是承外壓圓筒。沖天管下部周圍受水冷卻，上部在鍋殼內部分則周圍接觸蒸汽，冷卻情況不佳，為了避免煙氣加熱變形和腐蝕，沖天管內部襯有鑄鐵套管，下伸至水面之內。下腳圈的結構主要有U形和S形兩種，本爐采用U形下腳圈，分別與爐膽及鍋殼焊接在一起。在鍋殼下部靠近下腳圈處，開有手孔，一般為三個至四個，沿圓周均布，供清除下腳泥渣之用。不難看出，這種鍋爐煙氣流程很短，燃燒產物在爐內停留時間很短，來不及充分燃燒和傳熱，排煙溫度高，熱效率低。立式多橫水管鍋爐立式多橫火管鍋爐即所謂考克蘭鍋爐，主要由鍋殼、管板、火管、爐膽等部件組成。鍋殼是一個不規(guī)則的圓筒體，中段兩側沿軸向各被平截去一部分筒殼，連接以平板形成所謂管板，鍋殼上部連接有半球形封頭。鍋殼上開設有各種必要的門孔。爐膽是半球形殼體，爐膽上連接有爐門圈和喉管，是兩段承受外壓的圓筒，分別為燃料進口和煙氣流出通道。爐膽下部布置有爐排。整個爐膽也是一個承受外壓的燃燒室。管板上布滿開孔，火管脹接也或焊接在兩塊管板之間。火管是承受外壓的無縫鋼管，煙氣由其內部流通。下腳圈為U形。值得注意的是，管板上部與鍋殼相連處，有兩塊月形平板，為了增強該平板對內壓的承載能力，在平板與圓筒體之間焊以三角的拉撐板。這種鍋爐的煙氣流程較長：煙氣由爐膽經喉管進入后煙箱，通過火管到前煙箱，再由煙囪排出。傳熱效果較好，在立式鍋爐中熱效率較高。同時它的水容量較大，易于操作。但這種鍋爐結構形狀復雜，加工困難，比較笨重，管間水垢不易清除，脹管容易泄漏,因而也是淘汰產品。下面介紹目前常見的立式鍋殼式鍋爐：立式彎水管鍋爐它由鍋殼、爐膽、彎水管等主要部件組成。鍋殼為圓筒殼，頂部焊接有凸形封頭。下部通過U形下腳圈與爐膽相連。爐膽是一個小的圓筒殼，頂部焊接有凸形爐膽頂。彎水管分兩組，分別沿周向布置在爐膽內部及鍋殼外部。爐膽內部的彎水管，上部連接在爐膽頂上，下部連接在爐膽上；鍋殼外部的彎水管，上下兩端都連接在鍋殼上，周圍被環(huán)形煙道所包圍。爐排在爐膽下部，高溫煙氣傳熱給爐膽壁及內部彎水管后，經喉管進入鍋殼之外的環(huán)形煙道，分兩路各經半圓路徑，橫向沖刷外部彎水管，然后合流入煙囪。這種鍋爐結構簡單緊湊，易于制造；受熱面多，傳熱情況較好；水循環(huán)可靠。整個鍋爐的彈性較好，熱應力較小。但爐膽內彎水管的布置縮小了燃燒室容積。增加了水冷程度，使燃燒條件惡化，所以這種鍋爐只能燒優(yōu)質燃料。爐膽內彎水管的水平段易于沉渣結垢、在水質差時，可能造成彎水管堵堵塞損壞事故。立式直水管鍋爐立式直水管爐由鍋殼、爐膽、上下管板，直水管等主要部件組成。鍋殼分上下兩部分，中間以直水管相連通。上鍋殼頂上有凸形封頭，下鍋殼下部以U形下腳圈和爐膽連在一起。爐膽是一個短圓筒殼，頂部為凸形爐膽頂。上下鍋殼相對的端部是兩塊平管板，直水管連接于平管板上。直水管中心部位是一根直徑粗大的下降管，下降管與周圍的直水管構成循環(huán)回路。煙氣由爐膽經喉管進入直水管區(qū)。直水管設有折煙墻，煙氣只能繞中部下降管沿圓周方向橫向沖刷直水管，最后經煙囪排出。這種鍋爐水循環(huán)安全可靠，熱效率較高，清垢方便，但在直水管區(qū)容易積灰。下面介紹常見的小型水管鍋爐：雙橫鍋筒彎水管鍋爐（K型鍋爐）這種鍋爐主要由上下鍋筒、水冷壁、集箱、下降管、對流管束等部件組成（圖3-12）其蒸發(fā)量分2噸/時、4噸/時兩種，是結構最簡單、容量最小的水管鍋爐。上下鍋筒橫置于爐膛后部，兩鍋筒中心不在一條豎直線上，上鍋筒略向前傾，兩鍋筒之間脹接有對流管束。對流管束由外徑51毫米的無縫鋼管彎制而成，順排布置，管間設置折煙墻，使煙氣通過管束時呈“Z”形流動。水冷壁沿爐膛前墻和頂棚布置。水冷壁下部集箱布置于前墻外側下部。兩根下降管自上鍋筒兩端部引出，經側墻外側連接到水冷壁下集箱上。水冷壁管上端直接引入上鍋筒。采用固定爐排或手搖活動爐排的層燃燃燒方式。這種鍋爐采用彎水管作水冷壁及對流管束，便于脹縮，整體結構彈性較好；有足夠的爐膛容積，適于燃用多種燃料。但采用工人加煤，勞動強度大；爐膛中布置受熱面少，尾部煙道沒有省煤器，排煙溫度高，效率低；對流管束下部易積灰等。近年來，針對這些問題，不少單位對這種鍋爐進行了技術改造。雙縱鍋筒彎水管鍋爐（D型鍋爐）D型布置是近年常見的一種小型水管鍋爐布置方式，它的基本特點是，雙鍋筒中心在同一豎直線上，雙鍋筒軸線與爐膛軸線平行，鍋爐的一側為爐膛及水冷壁，另一側為煙道及對流管束等受熱面，整個鍋爐呈“D”型。燃煤D型鍋爐燃燒設備可為鏈條爐排，振動爐排，往復推動爐排等。燃油鍋爐也常用D型布置。圖3-13