燃油燃氣鍋爐的結(jié)構(gòu)和設(shè)計說明

1、WORD22/22第5章 燃油燃氣鍋爐的結(jié)構(gòu)和設(shè)計5.1 概述能源和環(huán)境目前已成為世界關(guān)注的焦點，我國能源的消費結(jié)構(gòu)遠遠跟不上國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高。而能源的消費結(jié)構(gòu)將從根本上影響我們所處的環(huán)境，特別是我國生活和工業(yè)鍋爐在80年代以前基本上燃用煤炭，平均運行效率在60%左右，能源的浪費和環(huán)境污染問題相當嚴重。雖然“六五”期間，對容量稍大的燃煤工業(yè)鍋爐進行了大規(guī)模地改造，但其改造的圍是很窄的，大多數(shù)的生活鍋爐并沒有得到根本的改進，致使我們國家環(huán)境污染問題日趨嚴峻，很多城市和地區(qū)變成了酸雨區(qū)。因此，現(xiàn)在已經(jīng)到了從根本上改變我們國家能源消費結(jié)構(gòu)的時候了。雖然我們國家以煤為主要能源的情況在

2、20年不會改變，但我們可以通過漸進的方式逐步改變，首先大型燃煤機組的發(fā)展和改造應(yīng)和先進發(fā)達國家的水平保持一致，提高效率和運行水平，降低SOx ，NOx 和CO2的排放量。在本世紀初，這一進程將大大加快。目前我們國家所面臨的最大難題是改造現(xiàn)有的工業(yè)和生活鍋爐，為此我們應(yīng)該大力開發(fā)節(jié)能產(chǎn)品和節(jié)能技術(shù)，以改造耗能和環(huán)境污染的大戶工業(yè)鍋爐。適當進口石油，放寬城市小型工業(yè)鍋爐和生活鍋爐燃用油品的限制，并開發(fā)燃用油、天然氣和城市煤氣的燃油和燃氣鍋爐，以取代那些耗能高、分布廣、污染嚴重的生活鍋爐和部分工業(yè)鍋爐。由于以前的能源的消費結(jié)構(gòu)使得我們在燃煤技術(shù)的研究上下了較大功夫，而忽略了對燃用油、天燃氣和城市煤氣

3、的燃油和燃氣鍋爐的研究和開發(fā)，使得我們在燃油和燃氣鍋爐的研究和設(shè)計制造方面存在很多盲目性。本章根據(jù)近幾年對燃油和燃氣鍋爐基礎(chǔ)理論方面的研究以與和多家鍋爐制造廠合作設(shè)計的實踐討論燃油和燃氣鍋爐結(jié)構(gòu)和設(shè)計。近幾年，我國各大中型城市積極推行集中供熱以解決小型燃煤鍋爐引起的局部環(huán)境污染問題，但集中供熱的熱源仍以燃煤為主，不能從根本上解決粉塵、廢水、廢渣、有害氣體的排放。因此，以燃用天燃氣、煤氣、液化石油氣以與液體燃料油等清潔燃料為主的環(huán)保型供熱系統(tǒng)在城市小區(qū)供熱系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。清潔型燃料燃燒充分，產(chǎn)生的有害氣體少，對城市小區(qū)而言，這種環(huán)保型的燃油燃氣鍋爐供熱系統(tǒng)還可使居民自行調(diào)節(jié)供熱的溫度和時

4、間。但這種環(huán)保型的燃油燃氣鍋爐供熱系統(tǒng)要求更高，已成為鍋爐和自動控制工作者聯(lián)合研究的課題?？傮w上看環(huán)保型燃油燃氣鍋爐是向減小體積和重量、提高效率、提高組裝化程度和自動化程度的發(fā)展方向。特別是近幾年采用一些新型燃燒技術(shù)和強化傳熱技術(shù)，燃油和燃氣鍋爐的體積比以前大為降低，鍋殼式蒸汽鍋的熱效率已高達92%93%。隨著工業(yè)的發(fā)展，人們對燃油和燃氣鍋爐的總體要求將更加嚴格。這種要求主要是解決經(jīng)濟性、安全性、可使用性的矛盾，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：鍋爐的高效率。燃油和燃氣鍋爐的高效率意味著可以節(jié)約日益緊和昂貴的能源。環(huán)保型燃油燃氣鍋爐的燃燒效率和大型工業(yè)鍋爐已基本相當。環(huán)保型燃油燃氣鍋爐，特別是蒸汽鍋爐，

5、由于采用了低阻力型火管傳熱技術(shù)和低阻力高擴展傳熱面的緊湊型尾部受熱面，環(huán)保型燃油燃氣鍋爐的排煙溫度基本上和大容量的工業(yè)鍋爐一樣，可達130140。結(jié)構(gòu)簡單。采用簡單結(jié)構(gòu)的受熱面，對鍋殼式鍋爐，采用單波形爐膽和雙波形爐膽燃燒，強化型傳熱低阻力火管，以與低阻型擴展尾部受熱面。除此之外還可根據(jù)具體要求配備低溫過熱器（250）受熱面。對水管式鍋爐，采用膜式壁型爐膛，緊湊的對流受熱面，可配備引風裝置，除此之外還可根據(jù)具體要求配備高溫過熱器（250）受熱面。使用簡易配套的輔機。給水泵、重油泵、重油加熱器（電氣-蒸汽兩用）、鼓風機和其它一些輔機要和鍋爐本體一起裝配，而且要保證運輸?shù)目煽啃浴?4)全智能化自動

6、控制并配有多級保護系統(tǒng)。不僅配有完善的全自動燃燒控制裝置，更配有多級安全保護系統(tǒng)，應(yīng)具有鍋爐缺水、超壓、超溫、熄火保護、點火程序控制與聲、光、電報警。(5)配備燃燒器（送風機）和煙道消音系統(tǒng)，降低鍋爐運行的噪音。(6)應(yīng)裝備自動加藥裝置，水處理裝置。(7)配備其它監(jiān)測和限制裝置，至少應(yīng)保證鍋爐24小時無監(jiān)督安全運行。5.2 鍋爐的參數(shù)、型號和技術(shù)指標5.2.1 鍋爐參數(shù)5.2. 1.1 工業(yè)鍋爐的參數(shù)系列（參見GB19211988，GB31661988） 鍋爐參數(shù)指鍋爐容量、工作壓力、工作溫度。工業(yè)鍋爐蒸汽的容量用額定蒸發(fā)量（D）表示。額定蒸發(fā)量（D）表明鍋爐在蒸汽壓力，蒸汽溫度，規(guī)定的鍋爐效

7、率和給水溫度下，連續(xù)運行時所必須保證的最大蒸發(fā)量，單位為t/h。工業(yè)熱水鍋爐以額定供熱量(Q)表示，其單位為MW。蒸汽鍋爐額定工作壓力和溫度是指末級過熱器出口集箱主蒸汽閥出口處的過熱蒸汽壓力和蒸汽溫度，對于無過熱器的鍋爐，可用主蒸汽閥出口處的蒸汽壓力和溫度來表示；熱水鍋爐額定工作壓力和溫度是指額定熱水出水閥處的熱水壓力和溫度。壓力的單位用Mpa，溫度的單位為。蒸汽鍋爐給水溫度是指進省煤器的水溫度，對無省煤器的鍋爐是指進入鍋爐鍋筒的水溫度；熱水鍋爐一般為額定進口水溫度。我國工業(yè)蒸汽鍋爐的參數(shù)系列如表5-1所示；熱水鍋爐的參數(shù)系列如表5-2所示。 HYPERLINK F:畢業(yè)設(shè)計圖片5-1.jpg

8、F:畢業(yè)設(shè)計圖片5-1.jpg HYPERLINK F:畢業(yè)設(shè)計圖片續(xù)5-1,5-2.jpgF:畢業(yè)設(shè)計圖片續(xù)5-1,5-2.jpg5.2.1.2 常壓熱水鍋爐的參數(shù)系列（參見/T 79851995）常見熱水鍋爐是以水為介質(zhì)，表壓力為零的固定式鍋爐。這種鍋爐本體開孔與大氣相通，在任何工況下鍋爐水位線處壓力為零。常壓熱水鍋爐的參數(shù)應(yīng)符合表5-3的規(guī)定。 HYPERLINK F:畢業(yè)設(shè)計圖片5-3.jpgF:畢業(yè)設(shè)計圖片5-3.jpg5.2.2 鍋爐型號5.2.2.1 工業(yè)鍋爐產(chǎn)品型號的編制方法（參見/T 16261992） 工業(yè)鍋爐產(chǎn)品型號由三部分組成，各部分之間用短橫線相連。表示如下： 型號的

9、第一部分表示鍋爐和燃燒設(shè)備的形式，共分三段。第一段用兩個漢語拼音字母代表鍋爐的總體形式（表5-4，表5-5），第二段用一個漢語拼音字母代表鍋爐的燃燒設(shè)備（表5-6），第三段用阿拉伯數(shù)字表示蒸汽鍋爐的額定蒸發(fā)量為若干t/h或熱水鍋爐額定熱功率為若干MW。型號的第二部分表示介質(zhì)參數(shù)，共分二段，中間以斜線相連。第一段用阿拉伯數(shù)字表示額定蒸汽壓力或允許工作壓力為若干Mpa；第二段用阿拉伯數(shù)字表示額定過熱蒸汽溫度或出口水溫度和進口水溫度，單位為。蒸汽溫度為飽和溫度時，型號的第二部分無斜線和第二段。型號的第三部分表示燃料種類。以漢語拼音字母代表燃料種類，同時以羅馬數(shù)字代表燃料品種分類與其并列（表5-7）。

10、如同時使用幾種燃料，主要燃料放在前面。工業(yè)鍋爐如為氣水（熱水、開水）兩用或三用鍋爐，以鍋爐的主要功能來編制產(chǎn)品型號。例如：WNS10-1.25-YCQT表示鍋殼式、臥式、燃、室燃，額定蒸發(fā)量為10t/h，額定工作壓力為1.25Mpa，蒸汽溫度為飽和溫度194（由飽和壓力確定），燃用輕柴油或天然氣兩用，以燃用輕柴油為主的蒸汽鍋爐；WNS4.2-1/115/70-QJ表示鍋殼式、臥式、燃、室燃，額定熱功率為4.2MW，額定工作壓力為1.0Mpa，熱水溫度為115，進水溫度為70，燃用焦爐煤氣的熱水鍋爐。5.2.2.2 常壓熱水鍋爐產(chǎn)品型號的編制方法參見（/T7985-1995）常壓熱水鍋爐的產(chǎn)品型

11、號也由三部分組成，和工業(yè)鍋爐產(chǎn)品型號的編制方法基本一樣，所不同的是型號的第一部分由常壓鍋爐的代號（C）、鍋爐總體型式和燃燒設(shè)備組成。例如：CWNS1.4-95/70-YZ表示常壓鍋殼式、臥式、燃、室燃，額定熱功率為1.4MW，額定工作壓力0.0Mpa，額定出口水溫度為95，額定進口溫度為70，燃用重油的熱水鍋爐。5.2.3 鍋爐的技術(shù)指標鍋爐的技術(shù)指標一般是指鍋爐的熱效率，鍋爐的熱效率是指送入鍋爐的全部熱量中被有效利用的百分數(shù)，表示熱能轉(zhuǎn)換的有效份額，目前工業(yè)和生活上使用的燃油燃氣鍋爐的熱效率一般為86%90%。新設(shè)計的環(huán)保型燃油燃氣鍋爐的熱效率可達91%93%。遠遠超過我國ZB98011-1

12、988工業(yè)鍋爐通用技術(shù)條件中給出的熱效率的規(guī)定值，標準規(guī)定值如表5-8所示，任何鍋爐的熱效率不應(yīng)低于表中規(guī)定。5.3 燃油燃氣鍋爐的結(jié)構(gòu)5.3.1 鍋爐發(fā)展簡介 鍋爐的產(chǎn)生是從人們對液體進行加熱的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。采用燃燒的方式對液體的加熱大體上可分為直接加熱和間接加熱。所謂間接加熱，就是高溫火焰或煙氣與被加熱的物料不直接接觸或用固定導(dǎo)熱體隔開。鍋爐就是采用間接加熱原理來加熱介質(zhì)的。對圓筒中的水進行直接火焰加熱，即把鍋筒直接放置在燃燒設(shè)備上方加熱，就是間接加熱的一種，這種簡單的加熱方式熱效率較低，為45%55%，一般只能用作廚房燃具。以后在此基礎(chǔ)上形成了火管式鍋爐和水管式鍋爐，如表5-9所示。

13、所謂直接加熱，就是高溫火焰或煙氣與被加熱的物料直接接觸。這種加熱方式一般有三類：一類是用短火焰或高溫煙氣直接烘烤固體，對固體進行局部性快速加熱，如熱處理爐加熱；二類是高溫煙氣和被加熱的氣體物質(zhì)進行混合，將低溫的氣體物質(zhì)加熱成加熱成高溫介質(zhì)，如直燃式的暖風機；三類是高溫煙氣和被加熱的液體介質(zhì)進行混合加熱，如浸沒燃燒加熱。對于一些小型的采暖鍋爐，當燃用比較清潔的氣體燃料時，也可直接將鍋爐尾部的煙氣和冷水相接觸，將水加熱以供應(yīng)熱水，同時最大限度地利用鍋爐尾部余熱。從鍋爐技術(shù)的發(fā)展史可以看出，鍋爐的發(fā)展可以歸納為兩個不同的地方，這兩個方向都是在對液體間接加熱基礎(chǔ)上演變而來。了解這一鍋爐的發(fā)展淵源，對我

14、們更好的開發(fā)新產(chǎn)品會有一定的作用。如表5-9表示。一個方向是在圓筒形鍋爐a)的基礎(chǔ)上，在圓筒部增加受熱面積，開始是在一個大圓筒增加了一個火筒b)，燃燒在火筒中燃燒。以后增加到兩個火筒c）。再以后從兩個火筒發(fā)展到很多小直徑的煙管（純煙管式d），開始是立式的煙管e)，f)，后來容量增大后發(fā)展為臥式火筒-煙管式g)，h)。這些鍋爐因為燃料燃燒后的高溫煙氣在火筒（爐膽）和煙管中流動，所以統(tǒng)稱為火管或者鍋殼式鍋爐。另一個方向是在圓筒形鍋爐i)的基礎(chǔ)上，在圓筒外部增加水筒的數(shù)目j)，燃料在筒外燃燒。和火管式鍋爐的發(fā)展相類似，水筒的數(shù)目不斷增加，發(fā)展成很多小直徑的水管（k，l，m，n，o）。也有一開始就采用

15、盤旋的一次直流水管直接快速地加熱工質(zhì)p)，q)。這些鍋爐因為水在管中流動，所以統(tǒng)稱為水管式鍋爐。燃油燃氣鍋爐就其本體結(jié)構(gòu)而言可分為火管鍋爐和水管鍋爐?；鸸苠仩t結(jié)構(gòu)簡單，水與蒸汽容積大，對負荷變動適用性好，對水質(zhì)的要求比水管鍋爐低，多用于小型的企業(yè)生產(chǎn)工藝和生活采暖上。水管鍋爐的受熱面布置方便，傳熱性能好，在結(jié)構(gòu)上可用于大容量和高參數(shù)的工況，但對水質(zhì)和運行水平要求較高。水火管鍋爐是在火管鍋爐和水管鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有兩者的優(yōu)點，對水質(zhì)要求和水管鍋爐相近?；鸸苠仩t因為容量較小，結(jié)構(gòu)緊湊，一般制成快裝式鍋爐，容量不大的水管鍋爐也可制成快裝鍋爐，以便于運輸和現(xiàn)場安裝。中小型燃油燃氣鍋爐的發(fā)展，

16、大體上可分為三個不同時期。1）從燃煤鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，鍋爐結(jié)構(gòu)仍然保留著燃煤鍋爐的特點。它只是去除了燃煤的燃燒設(shè)備，對爐膛稍加改裝后，加裝燃油、燃氣燃燒裝置而成的。如圖5-1 a）所示。2）第二次世界大戰(zhàn)后，小型燃油鍋爐得到了很大發(fā)展，這些鍋爐是按照油船用鍋爐的要求進行設(shè)計的，其結(jié)構(gòu)、形式的發(fā)展均受到船用鍋爐空間的限制，燃油、氣燃燒器也沒有進行標準化生產(chǎn)，在其它工業(yè)中的應(yīng)用受到限制。如圖5-1 b）所示。3）專門按照燃油燃氣的燃燒特點進行設(shè)計的燃油燃氣鍋爐。隨著工業(yè)化的發(fā)展，對燃油燃氣鍋爐的容量和參數(shù)提出了更高的要求。另外，鑒于城市大氣污染日趨嚴重，因此國家對鍋爐的排放物提出了日益嚴格的限

17、制，很多國家的能源消費結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。因此，70年代以來，發(fā)達國家中小型鍋爐燃用輕質(zhì)油、天然氣等清潔燃料的份額日漸增多，燃油燃氣鍋爐進入獨立開發(fā)的發(fā)展時期，（參見圖5-1 c）。5.3.2 鍋殼式（火管式）燃油燃氣鍋爐鍋殼式燃油燃氣鍋爐是環(huán)保型鍋爐的主要形式，鍋殼式可分為立式和臥式兩種類型。其中立式鍋爐容量較小，臥式鍋爐一般具有較大的容量。5.3.2.1 立式鍋殼式燃油燃氣鍋爐現(xiàn)代中小型燃油燃氣鍋爐趨向于快裝化、輕型化、自動化。立式鍋爐由于結(jié)構(gòu)簡單、安裝操作方便、占地面積小、應(yīng)用極廣。新型的立式鍋爐效率可達85%90%,一般為蒸氣鍋爐。立式鍋殼式燃油燃氣鍋爐容量一般在1.0t/h以下，蒸氣

18、壓力一般在1.0Mpa以下。用于熱水供應(yīng)系統(tǒng)的鍋爐容量可達1.4MW。比較常用的型式有燃燒器頂置式兩回程套筒式無管鍋爐（圖5-2 a）,b)），這種鍋爐較有特色，主要依靠爐膛的高溫輻射換熱和強烈旋轉(zhuǎn)氣流的對流換熱來加熱工質(zhì)，鍋爐本體為套筒式，一般在0.5t/h以下爐膛采用平直爐膽，0.5t/h以上爐膛采用波紋與平直組合爐膽。采用旋轉(zhuǎn)火焰沿爐膽下行，高溫煙氣沖刷焊在鍋筒筒體外側(cè)的擴散對流受熱面進行均勻的對流換熱，這種肋片均勻的焊在鍋筒四周整個長度上，充分利用了煙氣余熱，而且對流受熱面煙風阻力不大，一般可將排煙溫度降到合理的程度。該鍋爐占地面積小，操作維護簡便，對水質(zhì)的適應(yīng)能力強，沒有水管鍋爐爆管

19、的危險。這種鍋爐適宜制成蒸氣和熱水鍋爐，亦可制成氣水兩用爐。這種鍋爐的爐膽形狀和火焰形成相匹配，可得到完全展開式火焰，結(jié)構(gòu)簡單流暢，這種鍋爐在結(jié)構(gòu)上有很多的變種，無論是煙氣從側(cè)面進入鍋筒外側(cè)的擴展受熱面（圖5-2 a），還是煙氣從鍋爐下部沿整個鍋筒周長均勻沖刷受熱面（圖5-2 b），它們都是一些非常有代表性的燃油燃氣鍋爐。第二種立式鍋殼式燃油燃氣鍋爐為燃燒器下側(cè)置式（圖5-2 c），一般為熱水鍋爐，其容量一般為0.7MW以下，因為容量較小，燃燒器功率小，克服的煙氣阻力較小，火焰形狀受到爐膽的極大限制，得不到完全展開式火焰。垂直的第二回程煙管管徑較大，管程較短，煙氣流速較低，無論是爐膽還是對流煙

20、管都不是非常適合燃油燃氣特性的結(jié)構(gòu)，材料的利用率低。但是這種鍋爐燃燒器下置式比較適合家用的習慣，因而得到了很大發(fā)展，此種鍋爐的效率需待進一步提高。第三種為回焰式爐膛的強化傳熱和對流煙管的組合結(jié)構(gòu)（5-2 d）。這種結(jié)構(gòu)是在臥式中心回焰燃油燃氣鍋爐的基礎(chǔ)上，對煙管進行了符合蒸氣條件的改裝后而成，因為其煙氣的流動有兩程均為由上下行，因而此種鍋爐一般只能采用單回程煙管，而且煙管必須設(shè)置擾流子或采用強化傳熱式煙管。這種鍋爐的火焰亦可以自由伸展，且采用中心回焰燃燒，爐膛綜合輻射對流換熱比較強，其排煙溫度也比較合理，其缺點是對燃燒器所克服的背壓有一定的要求。另外，還有一些小型立式鍋爐制成板式受熱面，或采用

21、鑄鐵片式鍋爐，這兩種鍋爐在小型家用采暖爐的應(yīng)用上有很大發(fā)展，特別是鑄鐵片是采暖爐，耐腐蝕、造價低，使用壽命長，很受用戶歡迎。圖5-2 e）給出的是具有悠久歷史的板式受熱面鍋爐，這種鍋爐在對流受熱面的布置上有較大余度，比較適合燃用氣體的鍋爐。這類鍋爐在國外應(yīng)用較多，在我國也以有產(chǎn)品銷售。主要因為我國用于燃油燃氣的鑄鐵片型式的鍋爐尚處在研究開發(fā)階段，從未來的形勢看，鑄鐵片式采暖爐可以部分代替一些常壓的鋼制鍋爐。從理論上看，小型立式鍋爐要想達到較高的熱效率，必須具有特殊設(shè)計的燃燒器以強化爐膛和溫度的四次方成正比的輻射換熱和增強部分對流換熱，采用較大的輻射換熱面積，這樣才能最大限度地降低爐膛的出口煙溫

22、，對流受熱面一般只能采用煙風阻力較低的異形受熱面或直接采用光管管束，因而不能期望第二回程產(chǎn)生較大的降溫，如果設(shè)計不當，排煙溫度可能較高。對蒸氣鍋爐而言，熱效率一般為85%左右；對熱水鍋爐而言，熱效率一般為87%以上，這是小型立式鍋爐的矛盾所在。5.3.2.2 臥式鍋殼式燃油燃氣鍋爐隨著人們對節(jié)能和環(huán)保意識的增強，現(xiàn)代燃油燃氣小型鍋爐也向著組裝化、大型化，自動化方面發(fā)展，在這些方面，燃油燃氣鍋爐比燃煤鍋爐有突出的優(yōu)點。其中，臥式鍋殼式燃油燃氣受到很大重視，究其原因，有以下幾點：(1)高、寬度尺寸較小，適合組裝化對外形尺寸的要求，而鍋殼式結(jié)構(gòu)也使鍋爐的圍護結(jié)構(gòu)大大簡化，比組裝式水管鍋爐具有明顯的優(yōu)

23、點；(2)采用微正壓燃燒時，密封問題比較容易解決，而且火筒的形狀有利于燃油、燃氣鍋爐的火焰形狀；(3)由于采用了強化傳熱的異形煙管作為對流受熱面，其傳熱性能超過一般水管鍋爐的橫沖管束的水平，克服了煙管采用光管傳熱性能較差的缺點，使燃油燃氣鍋爐結(jié)構(gòu)更加緊湊；(4)這種鍋爐在燃油、燃氣爆炸時，鍋爐本體受破壞的可能性小，因為其煙氣通道的承壓能力比水管鍋爐高；(5)對水處理要求較低，水容積較大，對負荷變化的適應(yīng)性強。這種鍋爐近年來在結(jié)構(gòu)上有許多改進，特別是對火筒結(jié)構(gòu)上的改進。例如，采用濕背式火筒結(jié)構(gòu)代替干背式結(jié)構(gòu)，避免第一回程出口轉(zhuǎn)向煙室難以密封的問題，使這種鍋爐更適于微正壓燃燒。煙氣通道的密封問題，

24、也得到完善的解決。采用先進的隔熱保溫材料減少了散熱損失，進一步提高了現(xiàn)代燃油燃氣鍋爐的熱效率。臥式火管鍋爐常用的煙管結(jié)構(gòu)形式，主要區(qū)別是采用煙氣的回程數(shù)，生產(chǎn)實踐多是三回程的，此外還有用二回程和四回程，甚至五回程的。二，四回程的煙囪在爐前，安裝使用不方便；五回程的結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，一般少用。采用臥式鍋殼式鍋爐較易采用微正壓燃燒，密封問題比較容易解決，而且火筒的形狀比較符合燃油、氣燃燒器火焰形狀，爐膛和對流受熱面布置起來比較容易，可采用多回程?？梢圆贾眠m當?shù)奈膊渴軣崦嬉越档团艧煖囟?。臥式鍋殼式燃油燃氣鍋爐容量一般在1t/h以上，其最大容量可達20-25t/h，工作壓力可以達到1.6-2.5Mpa,熱負

25、荷?。?0MW）的鍋爐采用單爐膽布置，熱輻射大（10MW）的鍋爐采用雙爐膽布置。一般臥式鍋殼式鍋爐燃油燃氣蒸氣鍋爐的熱效率在87%左右，排煙溫度一般為250；環(huán)保型燃油燃氣鍋爐的排煙溫度基本上和大容量的工業(yè)鍋爐一樣，可達130140.其熱效率可達93%左右。臥式鍋殼式鍋爐燃油燃氣鍋爐的結(jié)構(gòu)比較固定，其變化主要是對前后煙箱、尾部受熱面的布置進行改革，主要結(jié)構(gòu)形式有干背式順流燃燒鍋爐、濕背式順流燃燒鍋爐和濕背式中心回焰燃燒鍋爐（圖5-3）。計算結(jié)果表明： 1t/h以下的鍋爐可以采用干背式順流燃燒鍋爐結(jié)構(gòu)（圖5-3 a）； 2t/h以下的蒸氣鍋爐可以采用濕背式中心回焰燃燒鍋爐結(jié)構(gòu)（圖5-3 c）。濕

26、背式中心回焰燃燒熱水鍋爐最大容量可達到2.8MW，而其最小容量往下延伸到0.05MW；是1.4MW以下臥式熱水鍋爐的最佳結(jié)構(gòu)。 2t/h以上的蒸氣鍋爐均可采用濕背式順流燃燒鍋爐結(jié)構(gòu)（圖5-3 b），大型的環(huán)保型燃油燃氣蒸氣鍋爐一般采用這種鍋爐結(jié)構(gòu)，這種鍋爐也使其它受熱面（過熱器、尾部受熱面）的布置更加靈活，而且可根據(jù)熱負荷的大小選擇單爐膽或雙爐膽結(jié)構(gòu)。臥式鍋殼式鍋爐總體上可分為干背和濕背式結(jié)構(gòu)，圖5-3 a)為干背式鍋爐簡圖?？梢钥闯?，由燃燒器噴出燃料點燃后生成的燃燒產(chǎn)物到達爐膽的另一端后，經(jīng)耐火磚隔成的煙式折轉(zhuǎn)進入煙管，多為二、三回程結(jié)構(gòu)。干背式鍋爐結(jié)構(gòu)的燃燒器噴出燃料點燃后生成的燃燒產(chǎn)物在

27、面積有限的爐膽換熱，爐膽出口的高溫煙氣直接和后煙箱蓋接觸和沖刷，后煙箱蓋多為耐火磚制成，容易損壞，不得不經(jīng)常停爐修理，縮短了鍋爐的正常運行周期。鍋爐容量越大，這一情況越嚴重。但隨著鍋爐容量的減少，爐膽的相對面積增加，爐膽出口溫煙大為降低，可明顯改善煙氣對后煙箱蓋的沖刷和破壞程度，經(jīng)過計算認為，1.0t/h以下的鍋爐可采用干背式結(jié)構(gòu)，而這一結(jié)構(gòu)顯然不適合容量較大的鍋爐。圖5-3 b）是全濕背式順流燃燒式結(jié)構(gòu)，這種濕背式結(jié)構(gòu)被較多地用于燃油和燃氣鍋爐，主要是因為該鍋爐的濕背式結(jié)構(gòu)避免了干背式結(jié)構(gòu)后煙箱蓋受高溫煙氣直接沖刷容易損壞，不得不經(jīng)常停爐修理的缺點，從而延長了鍋爐的正常運行周期，大大降低了維

28、護費用。另外經(jīng)過爐膽和第一回程煙管的換熱，至前煙箱時煙溫已較低，使得前煙箱門的制造簡單。但這以結(jié)構(gòu)的回燃室制造起來比較復(fù)雜，裝配起來也比較困難，要增加很多輔助部件，其制造成本包括一些模具的初投資較高。還有焊縫的數(shù)量較多，焊接工作量大，比較適合現(xiàn)代化大規(guī)模運作生產(chǎn)。這種鍋爐在熟練制造工藝的前提下，無論是燃燒過程還是結(jié)構(gòu)本身以與運行都具有最高的可靠性。這也是經(jīng)常采用這種結(jié)構(gòu)的一個主要理由。目前我國幾家專業(yè)的燃油燃氣鍋爐制造廠采用這一結(jié)構(gòu)已成功地制造出12t/h,15t/h,20t/h蒸汽鍋爐。圖5-3 c）是全濕背式中心回焰燃燒結(jié)構(gòu)，這種懸浮式全濕背爐膽是英國換熱器公司的一項技術(shù)革新，后來日本川崎

29、重工的KS型鍋爐和平川鐵工所的MP-800，東京煤氣公司的MP-2000，還有意大利NVA型熱水鍋爐也都相繼采用了這種結(jié)構(gòu)。這種類型的鍋爐若為蒸汽型一般采用軸對稱向下偏置，若為熱水鍋爐時則往往采用中心對稱。該結(jié)構(gòu)有如下幾個特點：(1)受熱面積的優(yōu)化利用。根據(jù)爐膛輻射換熱量和溫度的四次方成正比的原理，該爐爐膽空間大，有效方式受熱面大，爐膛輻射吸熱量占總吸熱量的比例大。表5-10示出了幾家鍋爐廠4t/h的燃油和燃氣鍋爐的爐膽輻射吸熱量和對流吸熱量份額的比較，可以發(fā)現(xiàn)這種鍋爐輻射受熱面的有效利用比較好。(2)爐氣流組織均勻。由于高速火焰對回流的卷吸作用，爐的溫度場極為均勻，且降低了火焰的溫度，可有效

30、的抑制Nox的生成，是一種利于環(huán)境（friendly-enviromental）的燃燒方式。同時由于回流的紊流作用，增加了氣流和壁面的對流換熱，特別當在火焰中心附近設(shè)置波紋爐膽時，對流換熱更加強烈。 煙管管束為單回程，有效地降低了本體的煙風阻力?？娠@著降低鼓風機的運行電耗，且該鍋爐不需要引風機，降低了對燃燒器所克服背壓的要求。 散熱損失少，可獲得比其它結(jié)構(gòu)更高的熱效率。和干背式比，沒有后煙箱的散熱，和其它濕背式鍋爐相比，因為本體的流阻小，其前煙箱蓋可采用夾層風冷的兩層結(jié)構(gòu)，燃燒用的空氣從耐火層外側(cè)進入，一方面起冷卻作用，降低煙箱蓋的表面溫度，另一方面被預(yù)熱的空氣可強化燃燒。根據(jù)鍋爐設(shè)計原理，燃

31、油和燃氣鍋爐總的熱損失為：對燃油和燃氣鍋爐q4,q6=0.0,q3在燃燒工況正常的情況下基本上為定值，q2在沒有鍋爐尾部受熱面的情況下，對特定的鍋爐參數(shù)也基本上是個定值，要提高鍋爐的效率只有減少q5，因此這項散熱損失的大小對鍋爐熱效率的影響不能低估，應(yīng)重視鍋爐的保溫隔熱結(jié)構(gòu)，盡量減小q5。目前國外的一些小型燃油和燃氣鍋爐，額定工況下的散熱損失已能達到1%以下，而要把一般的燃油和燃氣鍋爐在不增設(shè)尾部受熱面的情況下效率提高到90%以上，降低q5已成為一項關(guān)鍵措施。 結(jié)構(gòu)簡單，符合鍋爐制造廠制造工藝的要求，也符合用戶對對運行和維修的要求。 全濕背式中心回燃結(jié)構(gòu)也存在一些缺點：由于鍋爐容量太小時，爐膽

32、受熱面積的相對增加量比較大，輻射吸熱量很大，低溫回流的卷吸作用將影響燃燒的穩(wěn)定。故這種結(jié)構(gòu)不宜在容量太小的鍋爐上采用。另外這種結(jié)構(gòu)對前煙室的要求較高。國外這種鍋爐前煙室的耐火層都是異形澆注，密封和固定都比較好，特別是這類鍋爐中的中心對稱熱水鍋爐，加上異形澆注的耐火層，結(jié)構(gòu)緊湊，更具有特別的魅力。以上所談到的三種爐型都有一些各自的變種，如干背式可采用不同的二、三回程；濕背順流燃燒式爐膽可以偏置，也可以軸對稱布置；全濕背式中心回燃結(jié)構(gòu)的爐膽不僅可以軸對稱布置，可可以中心對稱布置，有時還可以偏置。這種偏置式的布置雖然在水循環(huán)方面有一些好處，但偏置時對燃燒氣流的流動有一定的影響，在這里提請設(shè)計者注意：

33、除非采用具有大動量的燃燒器噴出氣流，否則宜少用這種結(jié)構(gòu)。圖5-4示出了一臺某廠生產(chǎn)制造的典型的全濕背式順流燃燒式結(jié)構(gòu)的燃油和燃氣鍋爐。上述三種爐型的變化可以用圖5-5的示意圖進行說明。5.3.3 水管燃油燃氣鍋爐在中小型鍋爐的圍，水管鍋爐比鍋殼式鍋爐在如下幾個方面具有明顯的優(yōu)勢： 能適應(yīng)鍋爐參數(shù)（工質(zhì)溫度和壓力）提高的要求。從工業(yè)生產(chǎn)的角度講，更高的蒸氣溫度和壓力可降低工業(yè)生產(chǎn)機械的重量和尺寸，提高生產(chǎn)效率。而以爐膽和鍋殼為主要受壓元件的鍋殼式鍋爐當用于高的溫度和壓力時會顯著增大受壓件的壁厚，不僅增加鍋爐的鋼耗量，而且使鍋爐受熱面的布置和鍋爐的運行缺乏靈活性。(2)各種受熱面的布置比較靈活。不

34、僅能較方便地設(shè)置尾部的空氣預(yù)熱器和省煤器，還可以根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的需要，設(shè)置過熱器。(3)有更高的安全裕度。水管鍋爐的汽包不承受直接的輻射和火焰沖擊，安全性較高，另外其承受直接輻射和火焰沖擊的受熱面管件如果發(fā)生爆管事故也比鍋殼式鍋爐爐膽發(fā)生破裂的危害程度小。但是，水管鍋爐對水質(zhì)要求較高，生產(chǎn)時需要更大型、更先進的焊接、加工設(shè)備。中小型水管燃油燃氣鍋爐也有立式和臥式兩種。在2t/h以下的圍，立式水管鍋爐得到了很大程度的發(fā)展。5.3.3.1 立式水管燃油燃氣鍋爐 小型立式水管燃油燃氣鍋爐在國外獲得了廣泛應(yīng)用，形成了較有影響的且比較固定的幾種結(jié)構(gòu)形式。立式水管燃油燃氣鍋爐占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、獨特，制造

35、比較精巧，但所有這些立式水管鍋爐對水質(zhì)的要求比較高，對自動控制和輔助設(shè)施的要求同樣比較高，如這些鍋爐必須配備自動加藥器和自動給水軟化器，需要經(jīng)常的維護和檢查。立式水管鍋爐的結(jié)構(gòu)比較緊湊，爐體為燃燒器頂置式，上下矩形集箱之間焊有二圈水管，燃料在爐膛燃燒后經(jīng)側(cè)面出口進入二圈水管之間進行橫向沖刷后至煙囪，這樣鍋爐效率大大提高，排煙溫度降低。雖然大致結(jié)構(gòu)一樣，但還有一些類似的立式直流鍋爐在此基礎(chǔ)上作了很多改進，目前這種鍋爐自動控制程度高，一般容量特別小的鍋爐只有一圈水管，燃料在爐膛燃燒后經(jīng)下部微隙出口上行至煙囪；容量稍大的鍋爐有二圈水管，燃料在爐膛燃燒后經(jīng)側(cè)面出口進入二圈水管之間進行橫向沖刷后至煙囪，

36、具有較高的鍋爐效率。如圖5-6所示在茬原公司生產(chǎn)的兩種類型的立式水管鍋爐。圖5-7給出了三種比較常用的立式水管鍋爐的示意圖，其中圖5-7 a）和圖5-7 b）的差別主要是煙氣橫向沖刷煙管的方式不同。圖5-7 c）圖5-7 a)，b）的差別主要在于煙管周向節(jié)距的不同，圖5-7 c)采用了煙管和扁煙焊接而成的膜式水冷壁。還有兩種立式的鍋爐采用強制循環(huán)管盤式水管直流鍋爐，所謂的直流鍋爐是指鍋爐的給水依靠給水泵的壓力在受熱面中一次流過蒸氣發(fā)生鍋爐。這種設(shè)計結(jié)構(gòu)簡潔流暢，受熱面安排合理，需要比較高的制造和集成技術(shù)，對盤管的膨脹性能需作準確的計算。但由于直流鍋爐的工況不穩(wěn)定，沒有固定的氣水分界線，對鍋爐的

37、控制技術(shù)要求較高。一般直流鍋爐都用于大型發(fā)電機組，隨著控制技術(shù)的發(fā)展，目前開始用于小容器、低參數(shù)的燃油燃氣鍋爐，并獲得了推廣。圖5-8 a)是美國克雷登（Clayton）公司生產(chǎn)的立式盤管式的快速蒸汽發(fā)生器，該鍋爐結(jié)構(gòu)比較獨特，采用了一些比較先進的制造技術(shù)，設(shè)計比較考究，但同樣對水質(zhì)和操作管理提出了更高的要求；該鍋爐結(jié)構(gòu)比較簡單，主要受壓元件為盤管和氣水分離器。它采用單一的鍋爐盤管，自給水入口至氣水分離器出口為單一的螺旋形鍋爐管。即從鍋爐進水口到蒸汽出口只有一個通道。盤管是由一根螺旋形的、分段放大的、不同直徑的管子制成，以適應(yīng)當流體流經(jīng)盤管被加熱后密度的變化并達到控制流體的流速。同時強制循環(huán)的水高速通過管子可分散氣泡，以利于有效的熱交換。鍋爐受壓元件均采用焊接連接。由于采用盤管，受熱后能自由伸縮，所以鍋爐運行后產(chǎn)生的熱膨脹對鍋爐的影響較小。這種鍋爐的燃燒器位于鍋爐底部，燃燒火焰從下向上噴射，形成以心狀火焰，保證燃燒穩(wěn)定，火焰充滿度好，燃燒效率高（見圖5-9）鍋爐的煙氣流向和盤管水的流向采用逆流布置，鍋爐煙氣自下而上，水流自上而下，見圖5-10。由于盤管進口段的