新型水火管锅炉的突出优点与冲刷高温管板的新方法.docx
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新型水火管锅炉的突出优点与冲刷高温管板的新方法
新型水火管锅炉的突出优点与冲刷高温
管板的新方法
许金明,孙宝泽,王宏伟,李晓丽
（涿州市凯伦锅炉制造有限公司，涿州072750）
摘要：
本文论述了新型水火管锅炉具有的八大优点与必须注意的一些问题，还介绍了利用侧墙水冷壁前边缘上升管冲刷高温管板的新措施。
关键词：
水火管锅炉；优点；注意问题；水冷壁前边缘上升管;高温管板冲刷
OutstandingAdvantagesandNewMethodofScouringHighTemperatureTubePlateofNewTypeWater-FireTubeBoilers
XUJin-ming,SUNBao-ze,WANGHong-wei,LIXiao-li
（ZhuozhouKailunBoilerManufactureLtd,company,Zhuozhou072750,China）
Abstract:
Inthispaperthe8advantagesandsomeproblemsneedingattentionarediscused,andthescouringhightemperaturetubeplateusedthefrontupwardtubeofsidewaterwallisintroduced.
Keywords:
Water-firetubeboiler;Advantages;Attentiveproblems;Scouringhightemperatureplate.
1前言
我公司是国家B级工业锅炉和D2级压力容器定点制造单位。
多年来一直生产新型水火管锅炉：
蒸汽锅炉由1蒸吨至40蒸吨，热水锅炉由兆瓦至29兆瓦，并正在准备生产更大吨位、更大容量新型水火管锅炉。
我公司与广大锅炉用户联系十分密切，深知此型锅炉被广为采用的原因，同时，也了解为使此型锅炉能够充分发挥其突出优点，制造单位、安装单位与用户必须注意的一些问题。
我公司深知科技领先的重要意义，为了高水平开发、生产新型高效的锅炉产品，先后聘请国内知名专家：
北京—BW锅炉公司研究所原所长丁仁荣高工；北京之光锅炉研究所李之光教授、王昌明高工；北京四季青锅炉厂、四博连锅炉厂总师刘连仲高工；北京环保局锅炉处原处长王祥清高工等指导设计、制造、检验、安装、运行等环节。
这些理论造诣颇深、实际经验丰富的知名专家，对我公司技术领先、攻破高水平技术难题及科技发展起了重要保证与推动作用。
2新型水火管锅炉的八大优点
在我国工业锅炉中，新型水火管锅炉是理论分析与实验研究最全面、数量最多、运行考验时间达20年之久的炉型。
20年来，数十万台此型锅炉的运行实践充分证实：
新型水火管锅炉具有因结构特点所决定的下述八大优点，这正是此型锅炉长期以来成为我国工业锅炉中“年产量”与“在用总容量”明显多于其它任何炉型的根本原因。
（1）出力足而且持续不变：
因采用高效传热螺纹烟管，并应用“哈工大—之光所”传热、流阻公式进行设计的，此型锅炉的实际出力一般约能超出铭牌出力10～15％；由于烟速选择合理，锅炉正常运行时，螺纹烟管不存在积灰现象且有相当好的弹性条件，因而锅炉出力与热效率不随运行时间延长而有所下降，具备理想的可持续锅炉运行效率和结构的安全性。
（2）外形尺寸小，锅炉房投资大幅度降低：
因采用高效传热螺纹烟管，所以出水温度≤130℃的热水锅炉与容量较小的蒸汽锅炉均可取消尾部受热面，而且锅炉高度在同容量炉型中明显偏低，故锅炉外形尺寸最小，安装条件优越，使锅炉房投资至少降低1/3。
（3）突然停电无需专门保护：
因热水型采用混合循环，而且锅炉水容大，当突然停电时，无需采取专门保护措施便可防止受热面与锅壳中介质可能汽化所导致的损坏事故。
（4）锅炉效率高：
因主要对流受热面——螺纹烟管设置于锅壳内，则不会向烟气侧漏入冷空气，另外，因取消尾部受热面也使锅炉漏入冷空气量减少，并减少散热损失，其次，热水型采用混合循环又取消了省煤器，则锅炉本体的水阻力损失不超过，使系统循环能耗大为下降，其下降值明显大于因采用螺纹烟管使锅炉烟气阻力损失的能耗增加值，则锅炉运行效率在各种炉型中居最高，可持续性最强。
（5）锅炉升温快：
由于锅炉钢材与耐热、绝热材料总重量少于其它锅炉以及大量高效传热螺纹烟管置于锅壳介质中，而且因近一半锅壳表面受热等原因，致使锅炉升温时间明显缩短——约比单锅筒水管锅炉缩短1/3。
（6）锅炉原始排尘浓度低：
由于炉膛后部设置灰尘粗分离转向室，而且炉膛容积大,则可确保锅炉原始排尘浓度低于标准允许值。
（7）制造、安装简单：
锅炉易制造，安装周期与安装费用比单锅筒水管锅炉约减少一半，一般从制造开始当年即可投入运行。
（8）钢耗少，造价明显降低：
由于采用自身支撑结构等原因，导致锅炉钢耗比单锅筒水管锅炉约减少一半，使锅炉造价明显降低。
以上特点中前6项使锅炉用户明显受益，后2项使制造单位受益。
3必须注意的问题
为使锅炉的优良性能完全实现，必须注意以下相关问题：
（1）制造
1）螺纹高度：
螺纹烟管由内壁起算的螺纹高度e必须严格保证，公差为+0mm,见图1。
应将螺纹烟管剖开直接测量e，并找出它与由外壁起算的螺纹深度e'的关系（由于滚压时产生塑性变形，则e'略大于e）。
一般检查时，由管外侧测量e'再根据e与e'的关系,判断内侧e是否满足设计要求。
如果螺纹高度e不能满足要求，则锅炉出力、效率均不能保证，故对螺纹高度应给予高度重视。
2）烟管端部结构：
我国强度标准规定高温管板烟气入口端应严格满足图2所示结构要求。
由于焊缝不可能十分平齐，则焊脚尺寸K沿周界不会一样。
如端头长度0～对应最长焊脚，则较短焊脚部位的端头长度将大于以上要求。
由于入口烟温很高，烟速也很大，则这些部位的壁温必然很高，多次启停后，可能开裂并逐渐波及焊缝与管板。
因此，端头的上述要求应该对应最短焊脚处，较长焊脚部位被切削去不会影响连接强度。
消除间隙也是防止管板开裂的有效措施十分必要。
由于全部完工后无法检查，故应在施工过程中不断进行监查，按经验及胀管率认真控制。
图2螺纹烟管入口端结构要求示意
3）引射喷口尺寸与安装位置：
喷口的内直径dp必须严格满足设计要求，公差为±2％。
喷口端部至下降管内壁距离Lc的公差如图3所示。
图3喷口与下降管及集箱管位置要求示意
下降管与最近上升管的外壁间距△L为稳定段，亦应满足不同容量锅炉图纸的设计要求，其次还应注意引射喷口展缩直段L′的尺寸及引射管与大口径集箱管中心的对正等。
4）后拱的落灰孔：
此型锅炉的炉膛具有明显分离灰尘能力，所分离出来的灰尘必须经后拱的落灰孔及时排至灰坑与炉排上。
否则，后拱积灰过多使拱上烟气流通截面减小，烟速增大，无法继续分离灰尘。
落灰孔的尺寸不宜过小，短边长度应不小于200mm，否则热灰搭桥不能落下。
（2）安装
1）热膨胀：
此型锅炉启动后，锅炉本体由下向上、由前向后膨胀。
在锅炉安装、砌筑炉墙时，必须结合本特点考虑此问题。
2）八字烟道与炉膛的隔墙：
此隔墙在制造单位装设后如在运输中震裂或破损，必须修补完好，否则，炉膛高温烟气经裂缝破损处短路，使高温管板入口烟温升高，影响管板安全性。
（3）运行
锅炉水质：
锅炉安全技术监察规程、锅炉运行规程对所有锅炉的水质均提出明确要求，用户应给予充分关注，否则，安全性难以得到完全保证。
个别用户对补水既不过滤，也不除硬度，更不除氧，则水冷壁爆管、高温管板开裂、锅壳底部鼓包、烟管入口穿孔等事故在所难免。
本公司生产的锅炉对这些事故的防范已作了细致考虑，但如果用户不积极配合，未能保证进炉水质，也难以完全奏效。
4下集箱后部回水引射与水冷壁前缘上升管冲刷高温管板
在下集箱后部利用回水引射下降管中的锅水，不仅使水冷壁上升管平均水速增加，而且由于“集箱效应”的有利作用，使热负荷最高的炉膛前部上升管水速进一步升高。
水动力实验与大量锅炉实践均得到证实参见文献[1]。
利用部分回水冲刷高温管板是防止可能开裂的一项有效措施。
当采用下集箱回水引射时，一般是由回水总管分出支管再引向高温管板，见图4中虚线a，使管路复杂并难以准确算出冲刷的水量。
本公司巧妙利用当采用下集箱回水引射时所产生的集箱效应，而借用水冷壁前缘上升管（适当加粗）冲刷高温管板，见图4中加粗线b使管路简化，也可按下列公式准确计算出冲刷的水量：
a—常规结构b—凯伦公司专利结构（专利号：
）
图4冲刷高温管板水动力系统示意
式中：
Gc——冲刷高温管板的水量，kg/h
u——引射系数
ηmax——最大水力不均系数
dc——最前上升管内直径，mm
ns——水冷壁上升管根数
ds——水冷壁上升管内直径
Gh——回水量,kg/h
上述公式以及u、ηmax值参见文献[2]。
本公司所生产的热水型水火管锅炉已全部采用这种水动力系统参见文献[3]。
此项技术已获国家专利（号）。
采用此技术的锅炉结构见图5。
其它容量锅炉结构特性见表1、热力特性见表2、实测结果见表3，并已向更大容量过渡。
1—炉排2—前缘上升管3—挡水板4—拱形管板
5—出水罩6—螺纹烟管7—八字烟道8—下降管
9—烟尘分离室10—回水引射装置11—尘降室12—下集箱
图5下集箱回水引射与水冷壁前缘上升管冲刷高温管板
新型水火管热水锅炉
表1～7MW新Ⅵ型水火管热水锅炉结构特性
项目
符号
单位
数据
锅炉容量
Q
MW
压力
P
MPa
炉
膛
炉排面积
R
m2
炉膛容积
V
m3
水
冷
系
统
水冷壁管
直径×壁厚
d×t
mm
51×3
冲刷管
直径×壁厚
d×t
mm
×
76×4
89×4
108×5
φ133×5
八字烟道排管
直径×壁厚
d×t
mm
51×3
下降管
直径×壁厚
d×t
mm
159×6
219×8
下集箱
直径×壁厚
d×t
mm
219×6
273×8
325×10
螺
纹
烟
管
直径×壁厚
d×t
mm
45×3
51×3
57×
×
70×
螺纹高度
e
mm
螺纹节距
s
mm
25
30
总根数
n
39
51
91
106
145
锅
壳
直径×壁厚
D×t
mm
1000×10
1200×10
1400×12
1600×12
1800×16
长度
Lq
mm
3280
3980
5235
5980
6390
外
形
尺
寸
长
L
mm
3900
4690
6450
7450
7000
宽
B
mm
1300
1740
2500
2600
9570
高
H
mm
3100
3540
3700
4000
5660
锅炉受压件总重
G
t
锅炉受压件钢水比*
t/（t/h）
z
1
1
1
1
1
*相当于1折算蒸吨（t/h）z。
表2～新Ⅵ型水火管热水炉热力特性
项目
符号
单位
数据
锅炉容量
Q
MW
热水/回水温度
tr/th
℃
95/70
压力
P
MPa
炉
膛
炉排面积热负荷
qR
KW/m2
580
炉膛容积热负荷
qV
KW/m3
烟
温
炉膛出口
t″l
℃
八字烟道
出口
t″b
℃
锅炉出口
（烟管出口）
tpy
（t″yg）
℃
175
168
吸
热
份
额
炉膛
gl
％
八字烟道
gb
％
烟管
gyg
％
受
热
面
炉膛
Hl
m2
八字烟道
Hb
m2
烟管
Hyg
m2
锅炉受热面
折算蒸发率*
kg/（h·m2）
41
42
烟
速
八字烟道平均值
Wb
m/s
烟管平均值
Wyg
m/s
锅炉设计效率
η
％
81
锅炉烟气侧、除尘器、烟道阻力损失
∑ΔPy
Pa
1996
2463
2426
2496
2773
＊相当于1000折算（kg/h）z。
表3新Ⅵ型水火管锅炉热工设计与热工环保实测结果
项目
符号
单位
设计值
测算结果
锅炉容量
Q
MW
热水/回水温度
tr/th
℃
95/70
90/65
排烟空气过剩系数
αpy
排烟温度
tpy
℃
186
排烟损失
q2
％
气体不完全燃烧热损失
q3
％
1
固体不完全燃烧热损失
q4
％
8
散热损失
q5
％
1
灰渣物理热损失
q6
％
反平衡效率
η
％
81
锅炉本体出口原始烟尘浓度
μYS
mg/m3
1159
烟尘浓度
μ
mg/m3
1432
SO2浓度
μso
mg/m3
林格曼黑度
级
＜1
参考文献：
[1]李之光，等。
回水引射改进式新型水火管锅壳锅炉[A]DZL新型水火管锅炉论文专辑[C]。
上海：
工业锅炉编辑部，2002，16-20。
[2]孙宝泽，李晓丽，李之光。
水冷壁前缘上升管冲刷高温管板结构与计算。
北京之光锅炉研究所，2003。
[3]许金明，孙宝泽，李晓丽，王宏伟。
设有前水冷壁管冲刷高温管板装置的水火管锅炉的实用新型专利（专利申请号：
。
涿州市凯伦锅炉制造有限公司，2004。
作者简介：
许金明：
涿州市凯伦锅炉制造有限公司董事长、总经理、经济师
技术交流电话：
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