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鍋爐的分類及結(jié)構(gòu),第一節(jié) 鍋爐分類及結(jié)構(gòu)概述 一、鍋爐的分類 可以從不同角度對鍋爐進行分類。 按用途可以分為：電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、機車鍋爐和船舶鍋爐等。 按容量可以分為：大型鍋爐，中型鍋爐，小型鍋爐。習慣上，把蒸發(fā)量大于100噸/時的鍋爐稱作大型鍋爐，把蒸發(fā)量為20噸/時至100噸/時的鍋爐稱為中型鍋爐，把蒸發(fā)量小于20噸/時的稱為小型鍋爐。 按蒸汽壓力可以分為低壓鍋爐（壓力≤1.57MPa），中壓鍋爐（壓力為2.45MPa及3.82MPa），高壓鍋爐（壓力為9.81MPa）超高壓鍋爐（壓力為13.73MPa），亞臨界鍋爐（壓力為16.67MPa）和超臨界鍋爐（壓力超過22MPa，即高于臨界壓力）。 按燃料種類和能源來源可以分為燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、原子能鍋爐、廢熱（余熱）鍋爐。 按鍋爐結(jié)構(gòu)可以分為鍋殼式鍋爐（火管鍋爐）、水管鍋爐、水火管鍋爐（臥式快裝鍋爐）。 按燃料燃燒方式分：層燃爐、沸騰爐、室燃爐。,按工質(zhì)流動方式可以分為自燃循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐等。 電站鍋爐一般是壓力較高（中壓以上）、容量較大（中型以上），采用室燃方式的水管鍋爐，又可以分為許多種。 工業(yè)鍋爐一般容量較小（65噸/時以下），壓力較低（2.45MPa及以下），。大都采用層燃，結(jié)構(gòu)型式和燃燒設備種類繁多，主要用于工業(yè)生產(chǎn)用汽及采暖、生活等方面。 工業(yè)鍋爐分類見表3-1。,二、工業(yè)鍋爐參數(shù)系列及型號表示方法 在具體介紹鍋爐結(jié)構(gòu)之前，有必須介紹一下鍋爐參數(shù)系列和產(chǎn)品型號。 鍋爐參數(shù)和容量不是隨意的，而是特定的，這一方面體現(xiàn)了鍋爐參數(shù)與容量相互間的適應性，即一定的參數(shù)與一定的容量相對應，參數(shù)的提高與容量的增大相一致；另一方面也體現(xiàn)了鍋爐附屬設備對鍋爐的適應性及鍋爐對用汽設備的適應性。我國鍋爐的參數(shù)容量已形成系列并納入了國家標準。工業(yè)蒸汽鍋爐的參數(shù)系列如3-2所示。,表中所列額定出力系指鍋爐燃用設計燃料時，在設計參數(shù)下的鉻牌蒸發(fā)量。 在額定出力及額定出口蒸汽壓力之下，鍋爐出口過熱蒸汽溫度的偏差應不大于±20℃。 鍋爐的給水溫度分20℃、60℃、105℃三檔，由制造廠在設計時酌情取定。 工業(yè)鍋爐的產(chǎn)品型號，必須按照標準規(guī)定的方法編制。產(chǎn)品型號由三部分組成，中間用短線相連。其形式如下： 型號第一部分表示鍋爐型式、燃燒方式、額定蒸發(fā)量或額定供熱量。共分三段：前兩個“△”是兩個漢語拼音字母，表示鍋爐總體型式，各字母所表示具體意義見表3-3及表3-4；后一個“△”是一個漢語拼音字母，表示不同的燃燒方式，見表3—5；最后的兩個“××”是兩個阿拉伯數(shù)字，表示鍋爐額定蒸發(fā)量或額定供熱量。其中額定熱量用工程單位即以KJ/Kg表示。,表3－3 鍋殼鍋爐總體形式代號,表3－4 水管鍋爐總體形式代號,注：單鍋筒立式DL,表3－5 燃燒設備代號,注：倒轉(zhuǎn)爐排及拋煤機D；半沸騰爐B；旋風爐X；,表3-6 燃 料 種 類 代 號,表3-5鍋爐燃燒方式代號 型號的第二部分表示介質(zhì)參數(shù)，共分兩段，中間兩段。中間以斜線相隔開。第一段用阿拉伯數(shù)字表示介質(zhì)出口壓力（以工程單位表示即MPa）；第二段用阿拉伯數(shù)字表示過熱蒸汽溫度或出水溫度，蒸汽溫度為飽和溫度時，型號的第二部分無斜線和第二段。因飽和溫度取決于壓力，型號中的介質(zhì)壓力即間接表示了飽和溫度。 型號的第三部分表示燃料種類和設計次序。共分兩段，前面一個“△”是一個漢語拼音字母及相應的羅馬數(shù)字，表示燃料種類，見表3-6；第二優(yōu)以阿拉伯數(shù)字表示設計次序，如鍋爐系原型設計則無第二段。,為便于理解和掌握，對上述鍋爐型號表示方法舉例說明如下： WNG1-7-AⅡ 表示臥式內(nèi)燃固定爐排鍋殼式鍋爐，額定蒸發(fā)量為1噸/時，蒸汽壓力為0.69MPa，蒸汽溫度為飽和溫度，燃用Ⅱ類煙煤，原形設計。 SZS10-16/350-YQ2 表示雙鍋筒縱置式室燃水管鍋爐，額定蒸發(fā)量10噸/時，蒸汽壓力為 1.57MPa ，過熱蒸汽溫度為350?C，燃油燃氣并用，以油為主，系第二次設計的產(chǎn)品。 QXW360-7/95/70-A Ⅱ 表示強制循環(huán)往復爐排熱水鍋爐，額定供熱量為4.186MW，出水壓力為 0.69MPa ，出水溫度為95 ?C ，回水溫度為 70 ?C ，燃用Ⅱ類煙煤，原型設計。 不難看出，鍋爐型號給出了鍋爐的概貌，在了解鍋爐的基本概念和知識的基礎上，熟練掌握鍋爐型號的表示方法是十分有益的。,三、鍋爐結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展 鍋爐結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展是與工業(yè)生產(chǎn)的需要及科學技術(shù)的進步緊密聯(lián)系的。早期的工業(yè)鍋爐出現(xiàn)于18世紀后期的英國，由于產(chǎn)業(yè)革命，蒸汽開始在工業(yè)上得到應用，因而出現(xiàn)了生產(chǎn)蒸汽的鍋爐的設備。這種鍋爐是圓筒形的，結(jié)構(gòu)簡單，十分笨重，蒸汽量很小，蒸汽參數(shù)和蒸發(fā)效率都很低。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，要求增大鍋爐蒸發(fā)量，提高蒸汽壓力和溫度，提高鍋爐效率，降低金屬消耗量，鍋爐的結(jié)構(gòu)形式也相應不斷發(fā)展。 如圖3-1所示，鍋爐結(jié)構(gòu)型式的發(fā)展是沿著兩個方向進行的。 圖3-1 鍋爐型式發(fā)展簡況,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,1-圓筒型鍋爐；2-火管鍋爐；3-水管鍋爐；4-單火管鍋爐；5-雙火管鍋爐；6-煙管鍋爐；7-煙火管鍋爐；8-立式煙火管鍋爐；9-立式彎水管鍋爐；10-水筒鍋爐；11-整聯(lián)箱橫水管鍋爐；12-分聯(lián)箱橫水管鍋爐；13-直水管鍋爐；14-三鍋筒彎水管鍋爐；15雙鍋筒彎水管鍋爐；16-單鍋筒彎水管鍋爐,一個方向是在圓筒形鍋爐基礎上，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 鍋爐雙有立式和臥式之分。我國目前把這類火管鍋爐稱作鍋殼式鍋爐。其基本特點是在大圓筒（鍋殼）之內(nèi)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(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孔嚴重減弱，形狀和結(jié)構(gòu)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。 但對這類鍋爐對負荷變動的適應能力較好，對水質(zhì)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。當然，現(xiàn)代鍋殼鍋爐的具體結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、工作性能等，都遠非始鍋殼鍋爐所能比較的了。,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(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。燃燒技術(shù)、傳熱技術(shù)、冶金技術(shù)、制造工藝、水理技術(shù)及熱工控制技術(shù)的進步，使提高鍋爐量、參數(shù)的可能迅速變?yōu)楝F(xiàn)實，并使鍋爐的經(jīng)濟性、安全可靠性相應提出來高。 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(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，其危害性也遠較筒體爆炸為小。,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，我國出現(xiàn)了同時具備水管鍋爐及殼式鍋爐結(jié)構(gòu)特點的水火管鍋爐——臥式快裝鍋爐。20多年來，這種鍋爐在我國發(fā)展很快，目前成為國內(nèi)數(shù)量最大的一種鍋爐，但其結(jié)構(gòu)性能有待進一步完善。 綜上所述，鍋殼式鍋爐的結(jié)構(gòu)特點為： 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(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(zhì)要求較低。,水管鍋爐的結(jié)構(gòu)特點為： 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(jié)構(gòu)卻比較簡單。 5、由于水的預熱、汽化及蒸汽過都是在管內(nèi)完成的，管子結(jié)垢堵塞難于清除，因而對水質(zhì)要求較高。對運行操作管理的水平也要求較高。 6、水火管鍋爐的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特點。,第二節(jié)鍋殼式鍋爐 鍋殼式鍋爐有立式和臥式兩種。 一、立式鍋殼鍋爐 立式鍋殼式鍋爐的圓筒形鍋殼是立置的，其燃燒室（爐膽）和火管（或水管）都在鍋殼內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，整裝出廠，運輸安裝方便。占地面積小，便于使用管理。其蒸發(fā)量一般在1噸/時以下，蒸汽壓力一般在1.27MPa以下。全部是手燒固定爐排，燃燒空間小，水冷程度大，排煙溫度有時高達600~700?C，熱效率低，約為50~60%。 立式鍋殼爐下部鍋殼與爐膽相連接的部位，叫下腳圈，即盛水夾套的底部。該部位受力情況比較復雜；容易沉積水渣，嚴重時會影向爐膽下部的正常熱傳；外部接近地面，易受腐蝕。因而下腳圈是立式鍋殼鍋爐的一個結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，最易產(chǎn)生各種事故。,（一）立式鍋殼鍋爐的結(jié)構(gòu) 立式橫水管鍋爐是結(jié)構(gòu)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(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的。因此，我們以它們?yōu)槔?，說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，見圖3-2。 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(nèi)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。,圖3-2 立式橫水管鍋爐,,1-安全閥座 2-總汽閥座 3-封頭 4-沖天管（含鑄鐵夾套） 5-人孔 6-鍋殼 7-爐膽頂 8-橫水管 9-爐膽 10-爐門 11-下腳圈 12-手孔,,3,,4,,8,,9,,11,,,12,,5,,1,,2,,7,,6,,10,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(nèi)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(nèi)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(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(chǎn)物在爐內(nèi)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，如圖3-3所示。,圖3-3 立式多橫火管鍋爐,1-封頭 2-鍋殼 3-拉撐 4-后管板 5-火管 6-后煙箱 7-喉管 8-手孔 9-下腳圈 10-爐門 11-爐膽 12-前煙箱 13-前管板 14-煙囪 15-人孔,1,2,3,3,13,4,12,7,8,10,,,,,4,,5,,6,,,,9,,,11,,,,14,,15,,鍋殼是一個不規(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(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，為了增強該平板對內(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：煙氣由爐膽經(jīng)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(jié)構(gòu)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(chǎn)品。,(二)目前常見的立式鍋殼式鍋爐 1、立式彎水管鍋爐 它的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，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(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(nèi)部彎水管后，經(jīng)喉管進入鍋殼之外的環(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。,圖3-4 立式彎水管鍋爐,1-鍋殼；2-；爐膽； 3-爐排；4-彎水管； 5-外部彎水管；,,1,,2,,3,,4,,5,這種鍋爐結(jié)構(gòu)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(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，可能造成彎水管堵堵塞損壞事故 。,2、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，如圖3-5所示。 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(gòu)成循環(huán)回路。 煙氣由爐膽經(jīng)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(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。,圖3-5 立式直水管鍋爐,1-煙氣出口管（喉管） 2-下降管 3-直水管 4-擋煙隔墻板 5-鍋殼 6-檢查孔 7-半圓形爐膽 8-爐排 9-水位表接口 10手孔 11-前煙墻 12-后煙墻 13-爐門 14-底腳角鐵箍,,4,5,6,8,11,14,,1,,2,,3,,,,,,7,,,9,,,13,,,12,,10,二、臥式鍋殼鍋爐 臥式鍋殼鍋爐是平置的，具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，水位氣壓較穩(wěn)定，對水質(zhì)要求不高等特點，出力較立式鍋殼鍋爐為大，但也較立式鍋殼鍋爐笨重。其蒸發(fā)量一般不超過4噸/時，蒸汽壓力不超過1.27MPa。 目前國內(nèi)有代表性的臥式鍋殼鍋爐是臥式內(nèi)燃回火管鍋爐。這是取代臥式火筒式鍋爐而發(fā)展起來的一種新型鍋爐。 這種鍋爐主要由鍋殼、爐膽、前后管板、煙火管等主要部件組成。爐膽有兩種，一種和鍋殼等長，爐膽后部沒有煙管；一種長度短于鍋殼，爐膽后部有短煙管。兩種爐膽的兩側(cè)面，都設有和鍋殼等長的煙管組。前后管板連接在鍋殼兩端。,圖3-6所示為爐膽與鍋殼等長度的臥式內(nèi)燃回火管鍋爐。爐膽帶有膨脹補償結(jié)構(gòu)。目前常用的是波浪形爐膽及平直段圓筒與環(huán)形段交替連接的爐膽，可自行吸收大部分熱膨脹。兩管板與鍋殼之間都連有加強拉撐。拉撐裝于管板上部無管區(qū)。 爐排平置于爐膽前部，有固定爐排和鏈條爐排兩種。目前廣泛采用的是鏈條爐排。煙氣行程為三回程，即由爐膽（及短煙管）至后煙箱，折入兩側(cè)煙管返回到前部煙箱，再入兩組上部煙管至鍋殼后部排入煙囪。,圖3-6 臥式內(nèi)燃回火管鍋爐,1-鏈條爐排 2-煙火管 3-鍋殼 4-爐膽 5-后煙箱 6-前煙箱 7-煤斗,1,2,3,4,,,,,,5,,6,,7,這種鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，整裝或組裝出廠，運輸安裝方便，比起火筒鍋爐來，熱效率顯著提高，鋼材消耗量大大下降。缺點是結(jié)構(gòu)剛性較大，鍋殼、爐膽和煙管之間因熱膨脹不同而產(chǎn)生熱應力，有時造成煙管端部脹口泄漏；煙管外結(jié)水垢時不易清除；煙管及煙箱中易積灰。,第三節(jié)小型水管鍋爐 一、水管鍋爐的主要部件 水管鍋爐結(jié)構(gòu)型式和系統(tǒng)布置的種類繁多，但各種水管鍋爐所包含的主要部件大體相同：即汽水系統(tǒng)主要包括鍋筒（汽包）、集箱、水冷壁、對流管束、省煤器、過熱器等部件；燃燒系統(tǒng)主要包括燃燒器、爐膛和煙道、空氣預熱器等部件。此外，容量稍大一些的水管鍋爐，在爐膛和煙道旁邊都設置有鋼制構(gòu)架（柱、梁和框架），用于支承和吊掛汽水系統(tǒng)各部件及燃燒設備，布置樓梯平臺。 這里只介紹汽水系統(tǒng)的主要部件及空氣預熱器。 （二）鍋筒 鍋筒是水管鍋爐的心臟，是鍋爐中最重要的一個部件。目前的水管鍋爐多是雙鍋筒及單鍋筒的。雙鍋筒鍋爐的鍋筒分上下兩個，上鍋筒也叫“汽包”或“汽鼓”，里面容納汽水混合物，下鍋筒也叫“水包”或“泥包”，里邊全部容納水。單鍋筒鍋爐的鍋筒一般布置在鍋爐上部，相當于雙鍋筒鍋爐的“汽包”。,1、鍋筒（上鍋筒）的功用 水管鍋爐中的受熱面都是水管，水管中容納的水汽量有限，鍋筒則是水汽系統(tǒng)中容積最大的部件，它可以容納一定的水量，使鍋爐維持一定的水位，減少鍋爐水位和汽壓的波動；鍋筒上連接著很多蒸發(fā)受熱面管子，構(gòu)成循環(huán)回路，水在這些管子中一邊循環(huán)流動一邊汽化，鍋筒則是循環(huán)流動的起始點和結(jié)束點；進入蒸發(fā)受熱面的水吸熱后，部分變成蒸汽，流回鍋筒的是汽水混合物，這些汽水混合物在鍋筒中進入行汽水分離，蒸汽部分經(jīng)分離后進入導汽管，水則繼續(xù)進入蒸發(fā)受熱面循環(huán)流動，所以鍋筒是水與蒸汽的明確分界點。 2、鍋筒的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代水管鍋爐的鍋筒一般是卷焊結(jié)構(gòu)，由鋼板卷制焊接成的圓筒體，兩端焊上沖壓成型的凸形封頭。鍋筒直徑小的有數(shù)百毫米，大的可達2米左右。鍋筒外部連接各種受熱面管子，內(nèi)部則裝設有各種內(nèi)件、主要是配水裝置、汽水分離裝置、排污裝置等。鍋爐的主要安全附件—安全閥、壓力表、水位表等，也都裝設在鍋筒外部。,（二）水冷壁 在水管鍋爐的爐膛內(nèi)，貼墻布置的單排并列水管，叫水冷壁。水冷壁布置在爐膛四周，把火焰與爐墻隔開，由于水冷壁管子內(nèi)的水汽不繼流動，吸收火焰大量輻射熱，從而冷卻了爐墻,使爐墻的溫度不致太高?，F(xiàn)代水管鍋爐的水冷壁，冷卻爐墻的作用是次要的，作為蒸發(fā)受熱面使水吸收輻射熱汽化的作用是主要的，因而也叫輻射蒸發(fā)受熱面。水冷壁的形狀因爐膛形狀而異，假想把爐膛的爐墻拆除，則水冷壁就是由鋼管組成的包圍火炬的籠子。水冷壁管子上端或者直接連在鍋筒上，或者通過集箱連接到鍋爐上；水冷壁下端連接到下集箱上，下集箱與鍋筒間連接有下降管以構(gòu)成循環(huán)回路，從而使水在水冷壁系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán)流動。 根據(jù)相鄰的單排并列水冷壁管間的關(guān)系，可把水冷壁分成光管水冷壁與鰭片管水冷壁兩種，如圖3-7所示。光管水冷壁相鄰的管子間有一定間隙，互不接觸，水焰可以通過管間間隙，輻射到爐墻上一部分；鰭片管水冷壁也叫膜式水冷壁，相鄰的管間由鰭片相連在一起，使水冷壁管形成一個連續(xù)的金屬壁膜，完全隔開了火炬與爐墻的接觸，增加了爐膛的密封性能。小型鍋爐的鰭片是在相鄰兩根水冷壁管間焊上一塊扁鋼條形成的。,圖3-7 水冷壁結(jié)構(gòu),光管加扁鋼,扎制鰭片管,燒熔焊,焊接鰭片管,其他,（三）對流管束 對流管束是布置在爐膛出口之外對流煙道中的管群。從爐膛流出的高溫煙氣經(jīng)過煙道時，在管束外橫向沖刷管束，主要以對流換熱的方式將熱量傳給管束，使管束內(nèi)的水不斷汽化，因而對流管束是對流蒸發(fā)受熱面。 和單排貼墻布置的水冷壁不同，對流管束是以密集管束的形式布置在煙道空間里，管束兩端，分別焊接或脹接到上下鍋筒上，水在管束內(nèi)受熱不同的管子中循環(huán)流動。 對流管束是低壓水管鍋爐的主要受熱面之一。隨著蒸汽壓力的提高，水汽化時吸收的汽化潛熱減少，生產(chǎn)同樣蒸汽需要的蒸發(fā)受熱面減少，可以少要或不要對流管束，僅用水冷壁即可滿足生產(chǎn)蒸汽的需要，因而中壓以上鍋爐沒有對流管束。,（四）省煤器 顧名思義，省煤器是鍋爐中為節(jié)省燃料而布置在尾部煙道中的輔助受熱面。由水泵打入鍋爐的水，首先進入省煤器，省煤器外部受煙氣加熱，煙氣流過省煤器外部時不斷降溫，水流經(jīng)省煤器內(nèi)部時不斷升溫，最終結(jié)果是用煙氣的余熱提高了水溫，而使排放到煙囪中的煙氣溫度降低，從而提高鍋爐的經(jīng)濟性。由省煤器出來的水由管道送入鍋筒。 常用的省煤器有鑄鐵式省煤器和鋼管省煤器兩種。 鑄鐵式省煤器由帶肋片的鑄鐵直管連接以彎頭組成，見圖3-8。肋片有圓形及方形的兩種，有強化傳熱的作用。用鑄鐵材料作省煤器，可以耐腐蝕、耐磨損，而腐蝕磨損是低壓水管鍋爐省煤器經(jīng)常遇到的問題。但鑄鐵性脆，不能承受振動或沖擊，省煤器中的水如果受熱過多，產(chǎn)生蒸汽，出現(xiàn)汽水兩相狀態(tài)，就極有可能產(chǎn)生水擊，使省煤器強烈振動并導致?lián)p壞。因而對鑄鐵省煤器來說，使水在其中受熱升溫是可以的，但不能升溫到飽和溫度。必須與飽和溫度有一段溫差（低于飽和溫度40℃），明確地與飽和狀態(tài)分開，以免在省煤器中產(chǎn)生水擊，所以鑄鐵式省煤器也叫可分式省煤器。,圖3-8 鑄鐵式省煤器,與此相反，鋼管省煤器叫不可分式省煤器，鋼管不怕承受沖擊，水可以在其中汽化，不必嚴格把鋼管省煤器與飽和狀態(tài)及蒸發(fā)系統(tǒng)分開。鋼管省煤器由蛇形管束組成，見圖3-9。鋼管省煤器可以承受較高壓力和振動，但耐腐蝕、磨損的性能較差。在中高壓鍋爐上一般用鋼管省煤器。,（五）過熱器 工業(yè)用小型水管鍋爐中，僅有一部分設置過熱器，即當生產(chǎn)工業(yè)要求使用過熱蒸汽時，應采用帶過熱器的水管鍋爐。 過熱器的作用是將導出汽包的飽和蒸汽繼續(xù)加熱，使之具有一定的過熱度，即超過飽和溫度一定值，以滿足生產(chǎn)工藝需要。 小型水管鍋爐的過熱器一般布置在爐膛出口的高溫煙道內(nèi)，過熱器兩端分別連接在過熱器進口及出口集箱上，進口集箱以管道與鍋爐鍋筒相連，出口集箱以管道與鍋爐分汽缸或主汽閥相連。 過熱器與鋼管省煤器的結(jié)構(gòu)相似，由蛇形管束組成，根據(jù)蛇形管束布置方式，可把過熱器分作垂直式（立式）和水平式（臥式）兩種，見圖3-10。 過熱器與其他受熱面顯著不同之處是它內(nèi)部流通和加熱的全部是蒸汽，而不是水或汽水混合物，由于蒸汽的溫度較高且對流換熱能力較低，因而過熱器鋼材的工作溫度較高，必要時采用合金鋼制造。,圖3—10 過熱器放置方式 a)立式過熱器 b)臥式過熱器,（六）集箱 集箱也叫聯(lián)箱，它不是一個獨立的部件，而是水冷壁、省煤器、過熱器等部件的組成部分，即分別有水冷壁集箱，省煤器集箱，過熱器集箱等。集箱的作用是：匯集或者分配水汽工質(zhì)；減少工質(zhì)的輸送連接管道；減少鍋筒的開孔數(shù)從而有利于提高鍋筒的安全性能。 集箱實際上就是連接很多受熱面管子的粗直徑管子，它由無縫鋼管加工而成，兩端焊接封頭（端蓋），箱體上開很多管孔，用以焊接或脹接管子。省煤器及過熱器管子的兩端都連接到集箱上，水冷壁管的下端連接到集箱上，上端可以連接到集箱上，再由集箱引出少數(shù)管子（汽水引出管）接到鍋筒；也可以將水冷壁管上端直接接到鍋筒上。 在水管鍋爐的受壓元件中，集箱的重要性僅次于鍋筒，是安全監(jiān)督檢查的重點。,（七）空氣預熱器 空氣預熱器是煙氣與空氣之間進行熱量交換的換熱器，屬于燃燒系統(tǒng)?？諝忸A熱器通常布置在鍋爐尾部煙道中，利用煙氣的余熱加熱室溫下的空氣，使空氣升溫到燃料燃燒需要的溫度然后送入爐膛?？諝忸A熱器的作用之一是降低排煙溫度，減少排煙熱損失q2；作用二是保證燃料及時著火，穩(wěn)定和完善燃燒，提高燃燒效率，總的效果是提高鍋爐的熱效率。經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，供入鍋爐爐膛的空氣預熱升溫100℃，大約可節(jié)約燃料5%。 不同燃料，不同燃燒方式，對預熱空氣溫度的要求也不同。層燃爐燃燒有的可以直接供入室溫下的空氣，有的采用溫度不超過200℃的預熱空氣，即不是所有層燃爐都有空氣預熱器，燒無煙煤及劣質(zhì)煙煤時才需要采用空氣預熱器。室燃時，各種煤的燃燒都需要預熱空氣，有時甚至要求將空氣預熱到400℃的高溫。 目前常見的空氣預熱器有管式和回轉(zhuǎn)式兩種。,管式空氣預熱是最常見的預熱器，可用于各種鍋爐。小型水管鍋爐采用的預熱器幾乎全部是管式空氣預熱器。其結(jié)構(gòu)如圖3-11所示。即由許多直的有縫薄鋼管兩端連接到管板上，組成“管箱”，再由若干管箱組合起來構(gòu)成整個預熱器。運行時，煙氣一般由上至下從管內(nèi)流過，空氣由管外橫向掠過管束，二者通過管壁進行換熱。 回轉(zhuǎn)式空氣預熱器是一種邊轉(zhuǎn)動邊換熱的間斷換熱器，僅用于大型鍋爐。,圖3-11 管式空氣預熱器,二、常見的小型水管鍋爐 （一）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(jié)構(gòu)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(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(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(shù)改造。,1-水冷壁 2-爐墻 3-下降管 4-集箱 5-爐排 6-上鍋筒 7-對流管束 8-隔火墻 9-下鍋筒,1,2,3,4,5,6,7,8,9,（二）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(cè)為爐膛及水冷壁，另一側(cè)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所示為采用振動爐排的D型鍋爐。 主要部件有上下鍋筒，對流管束，水冷壁系統(tǒng)，（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?yún)^(qū)，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(cè)水冷壁都配有下降管及下集箱，構(gòu)成封閉的水循環(huán)系統(tǒng)。 省煤器布置在尾部煙道中。,圖3-13 雙縱鍋筒彎水管鍋爐（D形）,,,,,,,,,,,1-上鍋筒 2-下鍋筒 3-彎水管 4-左、右側(cè)水冷壁 5-爐頂水冷壁 6-集箱 7-爐排,,,,,,,,,1,3,2,4,,,5,6,,,8-省煤器 9-吹灰器,這種鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，整體結(jié)構(gòu)彈性好，水循環(huán)可靠。采用機械化爐排，配以適當?shù)臓t拱，不但減輕了勞動強度，還可以改善燃燒，提高效率。但這種鍋爐對水質(zhì)要求較高，有時燃燒調(diào)整較困難，易產(chǎn)生出力不足、結(jié)渣等問題。 這種鍋爐的蒸發(fā)量為2噸/時～10噸/時。,（三）雙縱鍋筒彎水管鍋爐（Д.Κ.Β德文字母“德卡維”） 這種鍋爐的結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。它主要由上下鍋筒、對流管束、水冷壁系統(tǒng)、省煤器、過熱器等部件組成，有的還配有空氣預熱器。 上下鍋筒沿爐膛縱向布置，且鍋筒的縱軸線與爐膛的縱軸線在同一豎直平面內(nèi)。下鍋筒布置在爐膛后部，上鍋筒比下鍋筒長一倍左右，其后端與下鍋筒對齊，前端伸至爐膛上方。 對流管束布置在兩鍋筒之間的對流煙道中，中間設置有折煙墻，使煙氣呈S形流動。 爐膛兩墻及后墻布置有水冷壁。 過熱器布置在對流煙部前部，第二對流煙道的入口。 省煤器布置在尾部煙道中。,圖3-14 雙縱鍋筒彎水管鍋爐（ Д.Κ.Β ）,1-上鍋筒 2-水冷壁 3-對流管束 4-機械風力拋煤機 5-手搖翻轉(zhuǎn)爐排 6-燃盡室 7-飛灰回收裝置 8-下鍋筒 9-省煤器 10-空氣預熱器 11-旁通煙道,整個汽水系統(tǒng)中工質(zhì)的流程是：給水經(jīng)省煤器預熱后進入上鍋筒，之后分別在水冷壁系統(tǒng)及對流管束中進行水循環(huán)，所產(chǎn)生蒸汽在上鍋筒內(nèi)經(jīng)汽水分離后導入過熱器，經(jīng)過熱器加熱為過熱蒸汽，匯集于集箱，由主蒸汽管引出。 燃燒系統(tǒng)采用拋煤機翻轉(zhuǎn)爐排或拋煤機倒轉(zhuǎn)鏈條爐排。爐膛后墻與第一折煙墻之間的空間，是一個燃燼室，高溫煙氣中未燃燼的固態(tài)及氣態(tài)可燃質(zhì)在此處進一步燃燒后，再進入對流煙道及尾部煙道。 這種鍋爐結(jié)構(gòu)合理，整體彈性較好，清垢檢修方便，加煤實現(xiàn)了機械化，減輕了勞動強度，鍋內(nèi)設備較齊全，對改善汽水品質(zhì)，減少腐蝕積垢有一定作用。 但因采用拋煤機，其煙氣中飛灰量大，含碳量高，既降低效率，又污染環(huán)境。對煤質(zhì)和煤的粒度都有較高要求。水質(zhì)要求也很嚴格。,由于上鍋筒前部受煙氣加熱，當水質(zhì)不良時，因水垢沉積會導致過熱鼓包。因而也有將上鍋筒前部截短，使上鍋筒稍長于下鍋筒，用上集箱代替上鍋筒前部連接兩側(cè)墻水冷壁的結(jié)構(gòu)型式。 該鍋爐的蒸發(fā)量有6.5噸/時及10噸/時兩種。 （四）雙橫鍋筒彎水管鏈條爐排鍋爐（Д型） 這是一種歷史比較悠久，應用十分廣泛的鍋爐，其容量較K型鍋爐大，最小4噸/時，最大達20噸/時。其結(jié)構(gòu)如圖3-15所示，主要由上下鍋筒，對流管束、水冷壁系統(tǒng)、省煤器、空氣預熱器等部件組成，有的還有過熱器。 上下鍋筒橫置于爐膛后部，兩鍋筒間連接對流管束。爐膛四周都布置有水冷壁。有過熱器時，布置在爐膛出口對流管束前部，省煤器及空氣預熱器布置在尾部煙道。 對流管束中設置有折煙墻，煙氣離開爐膛之后，幾次遇折煙墻轉(zhuǎn)向，充分沖刷過熱器和對流管束，最后進入尾部煙道。,圖3-15雙橫鍋筒鏈條爐排鍋爐,1-鍋筒 2-省煤器 3-空氣預熱器 4-鏈條爐排 5-水冷壁 6-對流管束,這種鍋爐采用鏈條爐排，減輕了司爐的勞動強度，爐膛較開闊，并有前后拱，二次風的配置，燃燒情況較好，熱效率較高。但整體結(jié)構(gòu)不夠緊湊，金屬消耗量較大。 （五）單鍋筒縱置式鍋爐（A型鍋爐） 小型單鍋筒水管鍋爐采用“A”型或“人”字形布置。即鍋筒沿爐膛縱向布置于爐膛上部中央，爐膛下部兩側(cè)沿縱向各布置一個直徑較大的集箱。在鍋筒與兩個集箱之間連接兩組鍋爐管束，分置于爐膛左右兩側(cè)，從爐膛端部看，鍋筒—管束—集箱形成“A”型或人字形布置（圖3-16）。,圖3-16 單鍋筒縱置式鍋爐（A型）,1-鍋筒；2-對流管束；3-集箱；4-振動爐排；5-主汽閥；6-安全閥；7-壓力表；8-水位表；9-省煤器；,兩組管束中最靠爐膛的一排管子與其他排管子用密封的耐火材料隔開，這些密封耐火材料即構(gòu)成爐膛的兩側(cè)爐墻，置于爐膛內(nèi)的第一排管形成鍋爐的水冷壁管，其余各排管則構(gòu)成鍋爐的對流管束。水冷壁管與對流管束形成封閉水循環(huán)回路。 燃燒裝置可為鏈條爐排或往復推動爐排等形式。煙氣流程有兩種情況，一種是，煙氣由爐膛后部進入左側(cè)對流管束，橫向穿過管束向爐前流動，在鍋爐前部經(jīng)轉(zhuǎn)向煙道進入右側(cè)對流管束，從右側(cè)后部進入尾部煙道，并經(jīng)過省煤器和空氣預熱器進入煙囪；另一種是，煙氣由爐膛后部分左右兩股分別進入左右對流管束區(qū)，流至爐前后匯合至上煙箱，再由上向下經(jīng)省煤器和空氣預熱器，排至煙囪。 這種鍋爐對稱性好，結(jié)構(gòu)緊湊，可以制成快裝形式，便于運輸安裝。,第四節(jié) 臥式水火管鍋爐 臥式水火管鍋爐通常也叫臥式快裝鍋爐。所謂快裝鍋爐是指鍋爐的本體，燃燒設備，爐墻，平臺樓梯和構(gòu)架等在鍋爐廠制造后全部組裝在一起，整體運往使用場所，只需接通輔機電源，煙風管道和汽水管道，鍋爐很快即可投入運行。快裝鍋爐不僅限于臥式水火管鍋爐，各種結(jié)構(gòu)的鍋爐，包括鍋殼式鍋爐和水管鍋爐，都可以采用快裝的形式；而臥式水火管鍋爐也并非全部是快裝形式的。,臥式水管鍋爐在我國出現(xiàn)于60年代后期，是在臥式外燃煙管鍋爐的基礎上，在鍋殼兩側(cè)及后部加裝水冷壁，組成外部爐膛，形成水火管組合的結(jié)構(gòu)形式（圖3-17）。其主要部件為：鍋殼，煙管，兩側(cè)水冷壁系統(tǒng)（水冷壁管，下降管，集箱）后排水冷壁系統(tǒng)及燃燒裝置。 爐排形式有固定爐排、鏈條爐排及往復爐排等種。煙氣通常有三回程：在鍋殼下部爐膛中后行，離開爐膛后由鍋殼后部一側(cè)進入第一對流煙管區(qū)，前行至鍋殼前部煙箱轉(zhuǎn)折180°進入第二對流煙管區(qū)，后行至鍋殼后部，排入煙囪。,圖3-17 臥式水火管鍋爐,1-鍋殼 2-煙管 3-風機 4-下降管 5-鏈條爐排 6-前煙箱 7-省煤器 8-排污管 9-煤斗 10-水冷壁管 11-檢查孔 12-下集箱 13-保溫層,臥式水火管鍋爐結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造及運輸安裝方便，使用時升火啟動快，便于調(diào)整負荷，熱效率較一般鍋殼式鍋爐為高。其特點是由于快裝的要求，爐膛高度低，相對水冷程度較大，燃料的著火困難，燃燒不穩(wěn)定，難于燃用貧煤及劣質(zhì)煙煤，影響鍋爐運行出力及熱效率；由于筒體和直煙管剛性強，后管板左右兩側(cè)的煙氣溫差大，熱應力常把后管板拉撐件的焊口拉斷，管接頭出現(xiàn)裂紋和滲漏；鍋殼下部直接受火焰輻射，又易沉積泥垢，在水質(zhì)不好，運行操作不當時，鍋殼下部常常出現(xiàn)過熱鼓包現(xiàn)象；鍋爐的蒸汽空間較小，高負荷時蒸汽帶水嚴重等。 目前，臥式水火管鍋爐是我國使用最普遍，數(shù)量最多的一種工業(yè)鍋爐，其品種和規(guī)格比較齊全，蒸發(fā)量0.5-4噸、時，壓力為0.78~1.27MPa。,