锅炉结构.docx

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锅炉结构

锅炉结构

一、锅炉的分类

   锅炉按用途可分为：

电站锅炉、工业锅炉、采暖锅炉、机车锅炉和船舶锅炉等。

   按照锅炉产生的蒸汽压力和流量可分为：

高压锅炉、中压锅炉、低压锅炉及大容量（大型）锅炉、中容量（中型）锅炉、小容量（小型）锅炉。

工业锅炉一般是低压小容量锅炉。

   按照锅炉提供的载热物质（工质）可分为：

蒸汽锅炉、热水锅炉和特种工质（如某些有机物）锅炉。

   按照热能来源可分为：

燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气（天然气、石油气、煤气）锅炉、原子能锅炉、太阳能锅炉和废热（加热炉、冶金炉、窑炉排出烟气中的废热）锅炉。

   按照锅炉结构可分为：

火管锅炉、水管锅炉及水火管混合式锅炉。

   此外，燃煤锅炉又可按燃烧方式分类为：

层燃炉、沸滕炉、煤粉炉。

层燃炉又可分为手烧炉和机烧炉。

机烧炉又分为链条炉、往复推饲炉排炉、抛煤机炉、振动炉排炉以及下饲炉等。

此外还有双层燃烧炉、煤气及半煤气炉等。

   按照蒸发段工质循环动力可分为自然循环锅炉、多次强制循环锅炉和直流锅炉。

   工业锅炉的分类见下表1。

   表（略）

   表1工业锅炉类型

   二、锅炉的规格及型号

   锅炉的用途很广，型式又多，需要规定一些必要的规格，以便进行生产和管理。

锅炉的规格一般指蒸发量（D）、蒸汽压力（P）蒸汽温度（t）这几个参数。

   我国习惯以蒸汽压力为分类标准。

P≤1.6MPa（16kgf/cm＜sup＞2＜sup＞）为低压锅炉；P=2.5MPa（25kgf/cm＜sup＞2＜sup＞）、3.9MPa（39kgf/cm＜sup＞2＜sup＞）为中压锅炉；P=10MPa（100kgf/cm＜sup＞2＜sup＞）为高压锅炉；P=14MPa（140kgf/cm＜sup＞2＜sup＞）为超高压锅炉；P=17MPa（170kgf/cm＜sup＞2＜sup＞）为亚临界压力锅炉；P≥22.5MPa（225kgf/cm＜sup＞2＜sup＞）为超临界压力锅炉。

   工业锅炉一般为低、中压锅炉，容量也小。

   工业锅炉的规格型号：

   工业锅炉一般指容量小于65t/h的各种压力锅炉和压力等于或小于25at＜sub＞表压＜sub＞的各种容量的锅炉以及特殊用途的锅炉等。

主要用于工业生产用汽、采暖和生活方面。

   为了使工业锅炉规格统一，作到系列化和通用化，我国已制订出工业锅炉规范的国家标准，见表2。

   表（略）

   表2工业锅炉参数系列（GB1921-80）

   注：

对GB753-65国标中5和8表大气压和6.5吨/时容量的原有产品暂予保留。

   工业锅炉型号表示方法如下：

   △△　△　××　-××/×××-△×

   型式代号燃烧方式蒸发量工质出口压力过热蒸汽温度燃烧种类设计次序

    △△　　△××—××/×××—△×

   　设计次序    蒸发量过热蒸汽温度    燃烧方式燃烧种类    型式代号工质出口压力

（1）工业锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短线相连。

（2）型号的第一部分分为三段，表示锅炉的型式、燃烧方式和蒸发量：

第一段由两个汉语拼音字母组成，代表锅炉的整体型式（见表3及表4）；第二段由一个汉语拼音字母构成，代表锅炉的燃烧方式（废热锅炉无燃烧方式代号），（见表5）；第三段用阿拉伯数字表示蒸发量为××t/h（热水锅炉表示水在锅炉中的吸热量××kcal/h；废热锅炉表示锅炉的受热面面积××m＜sup＞2＜sup＞＝。

各段连续书写，互相衔接。

   表（略）

   表3火管锅炉的整体型式及代号

   表（略）

   表4水管锅炉的整体型式及代号

   表（略）

   表5燃烧方式及代号

    水管锅炉分快装、组装、散装三种型式。

为了区别快装与其它两种型式，在型号第一部分第一段用K（快）代替锅筒数量，组成KZ（快，纵）、KH（快，横）和KL（快，立）三个型式代号。

对纵横锅筒快装式也用KZ（快，纵）型式代号。

强制循环式用KQ（快，强）型式代号。

   （3）型号的第二部分表示介质参数。

共分两段，中间以斜线相连。

第一段用阿拉伯数字表示介质出口压力kgf/cm＜sup＞2＜sup＞（表压）。

第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度℃（热水锅炉为出口水温）。

当蒸汽温度为饱和温度时，型号的第二部分无斜线和第二段。

   （4）型号的第三部分表示燃料的种类和设计次序。

共两段，第一段用汉语拼音字母表示燃料的种类（见表6）。

   表（略）

   表6燃料的种类及代号

    如同时用几种燃料时，主要燃料放在前面（废热锅炉无燃料代号）；第二段以阿拉伯数字表示设计次序，和第一段连续书写，原型设计无第二段。

   三、火管锅炉

   火管锅炉是工业上用得最早的一种锅炉。

它的结构型式较多，有立式和卧式两种。

火焰和高温烟气加热炉胆、火管、烟管而把热量传给水。

   立式锅炉炉体上置，由炉胆、炉壳、烟管（或水管）组成。

占地面积小，安装移动方便，但炉体较高，金属耗量大，不适宜烧低质燃料，容量一般小于1t/h。

   卧式锅炉炉体卧置，由炉胆（也称锅筒），炉壳和烟管组成。

其效率高于立式锅炉，结构紧凑，安装移动方便，水质要求低，但蒸汽容积不大，烟管两端与平封头连接处刚性较大，热膨胀补偿能力较差。

   下面分别介绍立式多横火管锅炉（考克兰）、立式弯水管锅炉、卧式双炉胆锅炉（兰开夏），内燃回火管锅炉。

（一）立式多横火管锅炉

   这种锅炉又称考克兰锅炉，见图1。

它由锅壳、管板、火管和炉胆等四个主要部分组成。

      图1（略）立式多横火管锅炉

   1―封头2―筒身3―拉撑4―后管板5―火管6―后烟箱7―喉管8―手孔9―下脚圈10―炉门11―炉胆12―前烟箱13―前管板14―烟囱

   锅筒上、中、下三节筒体和上封头组成。

因为中节筒体装接有管板，所以它的横截面不是圆形，而且这一节的筒壳厚度也要比上、下节筒体厚一些。

锅壳的封头一般为半球形，以增大蒸汽空间。

半球形封头上开有人孔。

管板有前后两块，都是用整块钢板冲压制成，装接在中节筒壳上并与上、下节筒壳连接。

火管一般用直径为51mm或63mm的锅炉钢管制成，用胀接方法固定在前后管板上，伸出部分向外板成喇叭口。

只有一部分拉撑管用角焊的方式焊在管板上以增加管板刚度。

拉撑管的管壁要较其它火管厚些。

炉胆也是由整块钢板冲压制成，一般是半球形，因为半球形反射作用好，有利于煤的燃烧。

炉胆前部开有炉门孔，并扳边与炉门圈连接。

炉胆后上部也开有椭圆形孔并扳边，用喉管与后管板下部的月形部分相连接。

炉胆下部用S形或U形下肢圈与锅壳连接。

烟气由炉膛经喉管到后烟箱，通过火管（火管全部在水位线以下）到前烟箱，再由烟囱引出。

   这种锅炉的优点是传热较好，烟气流程较长，比立式横水管锅炉热效率高，最低安全水位在火线之上，没有干烧过热的部分。

存汽空间较大，蒸汽品质较好，检修比较方便，易于操作。

缺点是结构较复杂，制造困难，金属耗量大，造价高。

   考克兰锅炉的蒸发量有0.2~1.3t/h数种，常用的是0.4、0.7、1.0t/h三种。

蒸汽参数为7~8at＜sub＞表压＜sub＞，饱和温度。

锅炉重量在1.6~7.68t范围内。

（二）立式弯水管锅炉

   立式弯水管锅炉（图2）主要由锅壳、炉胆、弯水管等部件构成。

锅壳带有凸形封头，人孔开在封头的中部，锅壳中部外侧的烟箱内布有许多弯水管，上下两端胀接在锅壳上。

炉膛内也布置有弯水管，两端胀接在炉胆壳和炉胆顶上。

烟气由炉膛经喉管进入锅壳中部外侧的烟箱，然后分为两路水平回转，横向冲刷烟箱内的弯水管，最后集烟箱和烟囱排出。

      图2（略）立式弯水管锅炉

   1―锅壳封头2―锅壳简体3―炉胆顶4―弯水管5―炉胆6―U形下脚圈7―喉管8―外部弯水管9―炉门10―烟囱入口11―入孔

    立式弯水管锅炉已经系列化，蒸发量有0.2~1.5t/h数种，蒸汽参数为5~8at＜sub＞表压＜sub＞，饱和温度；每t/h蒸发量耗用金属约4~6t。

   （三）卧式双火筒锅炉

   卧式双火筒锅炉又称兰开夏锅炉，其结构如图3所示。

它主要由锅壳和两个炉胆（火筒

成。

锅壳是一个带有前后封头的圆筒形壳体，用锅炉钢板卷成后焊接或铆接。

前后封头有凸形和平形两种，均是板边后与筒体壳体焊接或铆接。

封头开有两个较大的孔，两孔向外或向内扳边，以便与两个炉胆连接。

两个人孔分别开在前封头的下部及筒壳的上部。

      图3（略）兰开夏锅炉

   1―锅炉2―前封头3―炉胆4―后封头5―人孔

   两个炉胆是与锅壳等长、并排放置在锅壳内的两个圆筒体。

由于它的工作温度较高、温度变化较大，必须具有膨胀被偿结构，最好制成波浪形。

但波浪形制造困难，一般都是在两节平直圆筒之间焊接或铆接一个波形环，用其自由伸缩来进行补偿。

也有采用“阿登生”环的，实际就是一副具有较大过渡圆弧和较大直径的扳边法兰。

由于炉胆承受外压，必须具有足够的刚度，所以每节炉胆的长度不宜过长，一般为其直径的1.2~1.3倍。

炉胆的壁厚不应小于7mm。

锅炉安装在两道五角砖上，外面砌以砖墙，构成一个下烟道、两个侧烟道和后烟室。

炉排装在两个炉胆的前部，烟气出炉胆后，经两侧烟道流向炉前，再经下烟道流到炉后。

   兰开夏锅炉的蒸发量为1—2.3t/h；蒸汽参数为7—8at＜sub＞表压＜sub＞，饱和温度。

   这种锅炉的优点是水容量和存汽空间大，汽压比较稳定，检修维护方便。

缺点是钢材消耗大，燃烧条件和传热效果差，热效率低，运输困难。

这种锅炉我国自1965年后已不再生产。

   （四）卧式内燃回火管锅炉

   卧式内燃回火管锅炉是当前应用较广的火管锅炉。

由锅筒、炉胆、前后管板、烟管等部件组成（见图4）。

燃料在炉胆内的链条炉排上燃烧，烟气沿炉胆向后流到后烟箱，然后沿锅壳向炉胆两侧的烟管折回前烟箱，再经锅壳上部烟管流到后烟箱（后烟箱上下部用耐火砖隔开），经省煤器、除尘器再由引风机排入烟囱。

      图4（略）WNL2-13型内燃回火管锅炉

   1―链条炉排2―烟管3―锅壳4―炉胆

   此锅炉锅壳内径2m，壁厚14mm，长3.44m，前后管板厚14mm，板边钻孔并与锅壳炉胆焊在一起。

炉胆由圆筒和波形环组焊而成，内径940mm，壁厚12mm，与锅壳长度相等。

烟管用φ51×3的无缝钢管分别与前后管板焊接或胀接在一起。

前后管板的上部都用斜拉撑加强。

   这种锅炉的优点是结构紧凑，套装出厂，运输方便。

安装时不需要特殊的加固基础。

水容积比水管锅炉小，点火升压比火管锅炉快，负荷稳定。

耗钢量较小，比兰开夏少一半。

烟气流程长，速度较快，传热系数较大，不积灰，但阻力也大，需配引风机。

主要缺点是刚性连接的部位较多，在温度应力长期作用下，易使拉撑开裂或在管板的扳边处及管孔等处产生裂纹，胀接处也容易泄漏。

对水质要求较高，积于烟管外的水垢不易清除，给水必须处理。

   卧式内燃回火管锅炉的容量有1~10t/h数种；蒸汽压力为8或13at＜sub＞表压＜sub＞，饱和温度；锅炉总重在6.2~19t范围内。

   四、水管锅炉

   火管锅炉的受热面基本上是在锅壳内部，因而其蒸发量和压力都受到很大限制。

水管锅炉可以突破这种限制，因而大、中型锅炉都在水管锅炉范畴内发展。

水管锅炉使受热面由锅壳内转移到锅壳外，利用火焰和烟气加热水冷壁、对流管束、过热器、省煤器等，把热量传给工质。

水管锅炉的出现给锅炉的发展带来了一个飞跃，使得锅炉的容量（蒸发量）和参数不断提高，结构和类型不断发展，热效率明显提高，金属耗量大为降低。

由于由锅壳炉胆受热转变为管系受热，锅炉的安全性能也显著提高。

   水管锅炉的结构型式很多，按锅筒数量和布置方式的不同分为单纵、双纵、双横等型式。

（一）分联箱横锅筒直水管锅炉

   分联箱直水管锅炉（拔伯葛锅炉）是水管锅炉中较老的，锅筒放置方式有纵横两种型式。

   分联箱横锅筒直水管锅炉的结构如图5所示。

      图5（略）分联箱横锅筒直水管锅炉

   1―前分联箱2―炉管3―过热器4―折烟墙5―锅筒6―分联管7―后分联箱

   “锅”的部分主要由锅筒、前后分联箱、炉管、蒸汽过热器等组成。

锅筒是一个两端带凸形封头的圆筒形壳体，装在锅炉后部的最高位置。

圆筒壳体的下部和侧面都开有管孔，以便胀接后联管与前联管。

筒体上部有饱和蒸汽管与蒸汽过热器相连。

两端的封头，一端开设人孔，另一端接进水管。

前后分联箱为波浪式，截面为矩形，由特制设备冲压而成。

后分联箱的上侧由后联管与锅筒下部相通，侧面装接直水管，与直水管对应位置开有椭圆形手孔。

锅炉容量的大小由分联箱的对数及每对分联箱接装的管数来决定。

炉管包括直水管和前后联管，直水管数量多，是锅炉的主要受热面，一般为φ102mm的无缝钢管，分别与前后分联箱连接，装置得前高后低，与水平面约成15°角，以利水循环。

分联是锅筒与分联箱之间的联通管道。

前分联管将汽水混合物导入锅筒，后分联管将锅筒中的水导入后分联箱。

蒸汽过热器水平装设在直水管的上部，由U形管胀接于方形联箱而成，它的进口联箱由饱和蒸汽管与锅筒相通，出口联箱接蒸汽口总管。

烟气由炉膛下部上升经过两道折烟墙上下翻腾冲刷炉管。

   近年来许多拔伯葛锅炉的炉膛内部加装了水冷壁，使其出力和效率有所提高。

   这种锅炉的优点是分联箱容易拆装，直炉管便于清除水垢，热效率比火管锅炉高。

缺点是联箱制造困难，易渗漏，超负荷时对水循环不好，下排炉管易发生汽阻。

   常用的分联箱横锅筒直水管锅炉的蒸发量为2~4t/h；过热蒸汽参数为13at＜sub＞表压＜sub＞，250℃。

（二）双横锅筒弯水管锅炉

   双横锅筒弯水管锅炉又称K型锅炉，其结构如图6所示。

      图6（略）SHH4-13型双横锅筒弯水管锅炉

   1―水冷壁厚2―炉墙3―下降管4―联箱5―炉排6―上锅筒7―对流管束8―隔火墙9―下锅筒

   此种锅炉构造简单，使用较广。

“锅”的部分主要由上、下锅筒、对流管束、水冷壁管、联箱、下降管等组成。

每个锅炉有两个横置的锅筒，上锅筒略向前倾，两锅筒中心连线与垂直线约成10°角。

锅筒是两端都带有凸形封头的圆筒形壳体，上锅筒直径比下锅筒略大，上锅筒的下半部与下锅筒的上半部对应开孔，以便胀接对流管束。

锅筒一侧封头开有扳边人孔。

对流管束一般采用φ51mm的无缝钢管两端弯成适当的弧度，使管端能垂直胀接在上、下锅筒上。

水冷壁管也是φ51mm的无缝钢管，它按前墙与顶棚的夹角弯成角度不小于105°的弯管，构成前水冷壁与顶棚水冷壁，水冷壁一端胀接在上锅筒侧壁的管孔上，另一端与横置在前墙外面的水冷壁联箱连接。

水冷壁联箱是方形和圆形的，方型联箱一般是一侧开管孔，对侧开手孔，水冷壁管是胀接的。

圆形联箱不在管孔对侧开手孔，水冷壁管是焊接的。

下降管是两根φ102mm的无缝钢管，上端分别胀接在上锅筒两端，下端与前联箱连接。

锅筒及全部炉管的重量由下锅筒底下的两个铁座（一个固定，一个滑动）支承。

   锅炉前面是炉膛，对流管束由三道隔火墙隔成三个烟道。

燃煤在活动炉排上燃烧，烟气从炉膛左侧进入第一个烟道，按“Z”字形流动，横向冲刷管束。

   这种锅炉的优点是结构紧凑、弹性好，制造安装都很方便，金属耗量小热较率高。

缺点是汽水容量小，运行中易发生缺水事故，对水质处理要求高，手工加煤时体力劳动强度大。

   双横锅筒弯水管锅炉的蒸发量为2、3、4t/h；蒸汽参数为13at＜sub＞表压＜sub＞，饱和温度（或250℃的过热蒸汽）；锅炉热效率约为70~75%。

   （三）双横锅筒煤粉锅炉

   双横锅筒煤粉锅炉是我国生产的一种新炉型，如图7所示。

      图7（略）双横锅筒煤粉锅炉

   1―上锅筒2―对流管束3―省煤器4―下锅筒5―空气预热器6―联箱7―炉膛8―水冷壁

   此种锅炉的结构特点主要表现在风煤烟系统上。

“锅”的部分仍然是上、下锅筒，水冷壁管和对流管束。

上、下锅筒横向布置，中心位于同一垂直线上，上锅筒直径较大（φ1200mm），它的重量通过对流管束由下锅筒（φ900mm）支承。

水冷壁管为φ51mm的无缝钢管，沿炉膛的四壁铺设，但在后墙上部排列较稀，形成防渣排管。

对流管束直径为38mm，在其间布置有隔火墙。

尾部烟道内布置有省煤器和空气预热器。

   两个煤粉燃烧器对称地布置在侧炉墙的中下部（图7炉膛中下部空白处）。

火焰通过辐射将热量传给水冷壁管；高温烟气由炉膛上升，经过防渣排管，沿隔火墙隔成的回路流过对流管束，通向尾部的省煤器和空气预热器，最后经除尘器由排风机排入烟囱。

   双横锅筒煤粉锅炉目前使用的有SHS20-13及SHS20-25/400两种。

这种锅炉的体积比较小、金属耗量较低、热效率较高，但系统较复杂（比一般小型锅炉增加了热风系统和煤粉制备系统），运行操作要求较高。

   水管锅炉的结构型式非常多，如双纵锅筒抛煤机型锅炉（SZP型，又称Д、К、В型）、双横锅筒链条炉排锅炉等都是常用的炉型，其本体结构都大致相同。

   五、水火管锅炉

   水火管锅炉是带有水汽壁的卧式外燃锅炉，也就是近年通常讲的卧式快装锅炉。

它由卧式外燃回火管锅炉发展而来，是当前国内应用数量最多的一种锅炉。

   快装或整装是指在制造厂组装好，整体运往使用单位，所以要求它结构紧凑、尺寸小、重量轻，以便于运输和迅速安装。

卧式快装锅炉主要由锅壳、烟管、水冷壁管、下降管和前后烟箱等部分组成。

锅壳是一个两端带有平形封头（管板）的圆筒形壳体，筒壳两侧中部开有一排连接水冷壁管的管孔，中下部开有连接下降管的管孔，上部开有人孔。

前后管板向内板边与筒壳连接，它的中下部开有许多用以胀接烟管的管孔。

烟管一般φ57×3的无缝钢管，与前后管板胀接后板边成喇叭形。

水冷壁管（上升管）一般采用φ63.5×4的无缝钢管，上端与锅壳、下端与联箱（φ159×6无缝钢管制成）焊接。

下降管（φ133×6）也是上端与锅壳、下端与联箱焊接。

这种锅炉采用外燃炉膛，燃煤在锅筒下面的炉排（固定炉排或链条炉排）上燃烧，火焰经后拱上部的燃烬室向上进入烟室，由烟室进入第一束烟管到前烟箱，再折回到第二束烟管通往省煤器，然后由引风机抽到烟囱排出。

   这种锅炉的主要优点是：

结构紧凑，体积小，整装出厂便于运输安装，金属耗量小；烟速较高，传热效果较好，热效率高，生火启动较快。

主要缺点是：

锅壳受热部位沉积泥渣时传热恶化，易过热鼓包变形；排污系统布置不够合理，影响排污效果；前后管板与筒体间的角板拉撑系全焊结构，受力情况复杂，易于被拉裂或导致筒体出现裂纹，甚至酿成大事故；烟管外面的水垢不易清除；水容积小，水位下降快，需保证连续供水。

   卧式快装锅炉的蒸发量有1~4t/h数种；蒸汽压力为8at＜sub＞表压＜sub＞或13at＜sub＞表压＜sub＞，饱和温度；重量在7.8~26t的范围内（包括铁皮外壳和底座）。