工業(yè)鍋爐結(jié)構(gòu)詳解

工業(yè)鍋爐結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)稱(chēng)為鍋爐。鍋爐的分類(lèi)鍋爐結(jié)構(gòu)是如何進(jìn)化的？鍋爐結(jié)構(gòu)型式的進(jìn)化是沿著兩個(gè)方向進(jìn)行的，發(fā)展簡(jiǎn)況如下圖所示：一個(gè)方向是在圓筒形鍋爐基礎(chǔ)上，在圓筒內(nèi)部增加受熱面，先后出現(xiàn)了單火筒鍋爐（柯尼希鍋爐）、雙火筒鍋爐（蘭開(kāi)夏鍋爐）及各種煙火管鍋爐。根據(jù)圓筒體放置位置的不同，這類(lèi)鍋爐有立式和臥式之分?；鸸苠仩t，也稱(chēng)為鍋殼式鍋爐。其基本特點(diǎn)是在大圓筒（鍋殼）之內(nèi)裝設(shè)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(gè)鍋殼內(nèi)，因而這種鍋爐的蒸發(fā)量、蒸汽參數(shù)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(nèi)，使鍋殼及內(nèi)部構(gòu)件直接受熱，工作條件變差；鍋殼的承載能力被各種開(kāi)孔嚴(yán)重減弱，形狀和結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜。加上這類(lèi)鍋爐水容量較大，儲(chǔ)熱較多，一旦破壞釋放能量大，因而，這類(lèi)鍋爐安全性能較差，事故的破壞性較大。但鍋殼式鍋爐對(duì)負(fù)荷變動(dòng)的適應(yīng)能力較好，對(duì)水質(zhì)的要求較低，維護(hù)檢修較方便，煙風(fēng)阻力較小，一船采用自然通風(fēng)。因而在一些小型工業(yè)部門(mén)、交通運(yùn)輸及生活采暖部門(mén)中，目前還廣泛使用這種鍋爐。另一個(gè)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(shè)置燃燒室和受熱面，形成并發(fā)展“水管鍋爐”。沿著這個(gè)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(jiàn)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(xiàn)，是鍋爐發(fā)展史上的一次飛躍。它在結(jié)構(gòu)上為增大鍋爐蒸發(fā)量，提高蒸汽參數(shù)提供了可能，因?yàn)樵阱佂餐膺吙梢栽O(shè)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(yuǎn)比鍋殼式鍋爐復(fù)雜，但其元件結(jié)構(gòu)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(yuǎn)較筒體小。現(xiàn)代的高參數(shù)大容量鍋爐全部是水管鍋爐。在60年代中期，我國(guó)出現(xiàn)了同時(shí)具備水管鍋爐及殼式鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的水火管鍋爐——臥式快裝鍋爐。多年來(lái)，這種鍋爐在我國(guó)發(fā)展很快，目前成為國(guó)內(nèi)數(shù)量最大的一種鍋爐，但其結(jié)構(gòu)性能有待進(jìn)一步完善。鍋殼式鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1．“鍋”和“爐”都被包在一個(gè)殼體——鍋殼中。2．爐膛矮小，水冷程度大（整個(gè)金屬爐膛浸泡于水中），燃燒條件差，必須燒優(yōu)質(zhì)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(kāi)孔多，形狀不規(guī)則，內(nèi)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(duì)安全工作不利。5．系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，一般沒(méi)有磚砌爐墻及尾部受熱面，便于運(yùn)輸安裝、運(yùn)行管理及檢查維護(hù)。6．對(duì)水質(zhì)要求較低。水管鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(yù)熱、汽化（沸騰）及蒸汽過(guò)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(fù)雜，但一個(gè)個(gè)受壓部件的結(jié)構(gòu)卻比較簡(jiǎn)單。5、由于水的預(yù)熱、汽化及蒸汽過(guò)都是在管內(nèi)完成的，管子結(jié)垢堵塞難于清除，因而對(duì)水質(zhì)要求較高。對(duì)運(yùn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)界于以上二者之間，或者說(shuō)它兼有水管鍋爐及鍋殼式鍋爐的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。常見(jiàn)鍋爐結(jié)構(gòu)詳細(xì)介紹立式橫水管鍋爐立式橫水管鍋爐是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種鍋爐，立式多橫火管鍋爐是歷史較長(zhǎng)、有代表性的一種鍋爐。我國(guó)目前已不再生產(chǎn)這兩種鍋爐，但目前生產(chǎn)的立式鍋殼鍋爐基本上是由它們演變而來(lái)的。因此，我們以它們?yōu)槔f(shuō)明立式鍋殼鍋爐的結(jié)構(gòu)。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(gè)帶有凸形封頭或平封頭的圓筒體。鍋殼上開(kāi)有人孔、手孔、進(jìn)水孔、出汽孔及附件儀表連接孔等必要的門(mén)孔，封頭中央的開(kāi)孔連接沖天管，鍋殼下部則開(kāi)孔連接爐門(mén)圈，是一個(gè)被開(kāi)孔減弱的容納汽水承受內(nèi)壓殼體。爐膽是一個(gè)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(kāi)孔與爐門(mén)圈相連，爐門(mén)圈是燃料的進(jìn)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(wú)縫鋼管，交叉橫置在爐膽上部，其作用是增加受熱面，促進(jìn)水循環(huán)流動(dòng)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(guò)250毫米。鍋殼對(duì)應(yīng)橫水管的部位，開(kāi)有手孔供清理泥渣之用。沖天管自爐膽頂穿過(guò)鍋殼頂，上伸與煙囪連接，是煙氣的流出通道，其在鍋殼內(nèi)部分也是承外壓圓筒。沖天管下部周?chē)芩鋮s，上部在鍋殼內(nèi)部分則周?chē)佑|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(nèi)部襯有鑄鐵套管，下伸至水面之內(nèi)。下腳圈的結(jié)構(gòu)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(kāi)有手孔，一般為三個(gè)至四個(gè)，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(chǎn)物在爐內(nèi)停留時(shí)間很短，來(lái)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(gè)不規(guī)則的圓筒體，中段兩側(cè)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(kāi)設(shè)有各種必要的門(mén)孔。爐膽是半球形殼體，爐膽上連接有爐門(mén)圈和喉管，是兩段承受外壓的圓筒，分別為燃料進(jìn)口和煙氣流出通道。爐膽下部布置有爐排。整個(gè)爐膽也是一個(gè)承受外壓的燃燒室。管板上布滿開(kāi)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(wú)縫鋼管，煙氣由其內(nèi)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(qiáng)該平板對(duì)內(nèi)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(zhǎng)：煙氣由爐膽經(jīng)喉管進(jìn)入后煙箱，通過(guò)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(shí)它的水容量較大，易于操作。但這種鍋爐結(jié)構(gòu)形狀復(fù)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(chǎn)品。下面介紹目前常見(jiàn)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(guò)U形下腳圈與爐膽相連。爐膽是一個(gè)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(nèi)部及鍋殼外部。爐膽內(nèi)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?chē)画h(huán)形煙道所包圍。爐排在爐膽下部，高溫?zé)煔鈧鳠峤o爐膽壁及內(nèi)部彎水管后，經(jīng)喉管進(jìn)入鍋殼之外的環(huán)形煙道，分兩路各經(jīng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)鍋爐的彈性較好，熱應(yīng)力較小。但爐膽內(nèi)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(zhì)燃料。爐膽內(nèi)彎水管的水平段易于沉渣結(jié)垢、在水質(zhì)差時(shí)，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(gè)短圓筒殼，頂部為凸形爐膽頂。上下鍋殼相對(duì)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?chē)闹彼軜?gòu)成循環(huán)回路。煙氣由爐膽經(jīng)喉管進(jìn)入直水管區(qū)。直水管設(shè)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(jīng)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(jiàn)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(duì)流管束等部件組成（圖3-12）其蒸發(fā)量分2噸/時(shí)、4噸/時(shí)兩種，是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)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(duì)流管束。對(duì)流管束由外徑51毫米的無(wú)縫鋼管彎制而成，順排布置，管間設(shè)置折煙墻，使煙氣通過(guò)管束時(shí)呈“Z”形流動(dòng)。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(cè)下部。兩根下降管自上鍋筒兩端部引出，經(jīng)側(cè)墻外側(cè)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(dòng)爐排的層燃燃燒方式。這種鍋爐采用彎水管作水冷壁及對(duì)流管束，便于脹縮，整體結(jié)構(gòu)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(dòng)強(qiáng)度大；爐膛中布置受熱面少，尾部煙道沒(méi)有省煤器，排煙溫度高，效率低；對(duì)流管束下部易積灰等。近年來(lái)，針對(duì)這些問(wèn)題，不少單位對(duì)這種鍋爐進(jìn)行了技術(shù)改造。雙縱鍋筒彎水管鍋爐（D型鍋爐）D型布置是近年常見(jiàn)的一種小型水管鍋爐布置方式，它的基本特點(diǎn)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(cè)為爐膛及水冷壁，另一側(cè)為煙道及對(duì)流管束等受熱面，整個(gè)鍋爐呈“D”型。燃煤D型鍋爐燃燒設(shè)備可為鏈條爐排，振動(dòng)爐排，往復(fù)推動(dòng)爐排等。燃油鍋爐也常用D型布置。圖3-13