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    工業鍋爐知多少?

      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,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。

      由于燃燒系統和汽水系統被限制在一個鍋殼內,因而這種鍋爐的蒸發量、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,是鍋爐發展史上的一次飛躍。它在結構上為增大鍋爐蒸發量,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由管子、集箱和鍋筒組成,其系統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越。直接受熱的管子即使爆炸,其危害性也遠較筒體小。

      現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,必須燒優質燃料。

      3.受熱面少,蒸發量低,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、燃燒系統及輔助系統比較復雜,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,我們以它們為例,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?;鸸苁浅惺芡鈮旱臒o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回路。

      煙氣由爐膽經喉管進入直水管區。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。這種鍋爐水循環安全可靠,熱效率較高,清垢方便,但在直水管區容易積灰。

      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其蒸發量分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。

      主要部件有上下鍋筒,對流管束,水冷壁系統,(水冷壁、下降管、集箱),省煤器等,有的鍋爐也有過熱器。

      上鍋筒直徑稍大于下鍋筒直徑,二鍋筒之間連接對流管束。

      對流管束由外徑51毫米的無縫鋼管組成,順列布置于對流煙道中,對流煙道沿縱向由耐火墻分為兩半區,煙氣沿對流煙道呈U形流動。

      爐膛四周都布置有水冷壁,各側水冷壁都配有下降管及下集箱,構成封閉的水循環系統。省煤器布置在尾部煙道中。

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