臥式水火管蒸汽鍋爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)

林密

摘 ?要：通過(guò)本體結(jié)構(gòu)對(duì)比體現(xiàn)新型臥式水火管鍋殼鍋爐與舊型臥式水火管鍋殼鍋爐有關(guān)顯著的區(qū)別，通常優(yōu)化設(shè)計(jì)使新型臥式水火管鍋殼鍋爐更安全、節(jié)能、高效。

關(guān)鍵詞：臥式水火管鍋殼鍋爐;設(shè)計(jì);高效節(jié)能

中圖分類(lèi)號(hào)：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）25-0085-03

Abstract： Through the comparison of the body structure， it shows that there is a significant difference between the new horizontal water-fire tube shell boiler and the old horizontal water-fire tube shell boiler. The optimal design usually makes the new horizontal water-fire tube shell boiler safer， energy-saving and efficient.

Keywords： horizontal water-fire tube shell boiler; design; high efficiency and energy saving

1 概述

水火管鍋爐是我國(guó)技術(shù)人員在1965年鍋爐行業(yè)淘汰“鋼老虎”（每蒸噸鍋爐受壓元件耗鋼材高達(dá)7t左右）、“煤老虎”（耗煤大，熱效率極低）鍋爐時(shí)，結(jié)合水管鍋爐的爐膛優(yōu)點(diǎn)和臥式內(nèi)燃三回程燃油氣鍋爐的煙管優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出有中國(guó)特色的水火管鍋殼鍋爐。這爐型由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、可燃煤種廣、容易加工、運(yùn)輸方便、便于快裝、檢修方便、省燃料、省鋼等優(yōu)點(diǎn)，立即風(fēng)靡全國(guó)各工業(yè)鍋爐廠生產(chǎn)這種鍋爐爐型，并且至今長(zhǎng)盛不衰。

2 臥式水火管鍋殼鍋爐的結(jié)構(gòu)與性能

為對(duì)比起見(jiàn)，首先對(duì)舊型臥式水火管鍋爐本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單介紹。

由圖1舊型臥式水火管鍋爐本體結(jié)構(gòu)圖可見(jiàn)，前平管板（3）、筒體（4）、后平管板（6）組成鍋殼，鍋殼內(nèi)布置有I回程光煙管（7）和II回程光煙管（8），兩端焊接在前后平管板上。為滿足強(qiáng)度要求，前后平管板間設(shè)置直拉撐管或桿（10）和焊接在前后平管板與筒體的角撐板（5）。鍋殼、下降管（1）、左右側(cè)集箱（13）、水冷壁管（2）組成一個(gè)水自然循環(huán)回路。后部設(shè)置后煙室，鍋殼、低溫區(qū)后棚管（9）、后集箱（12）、高溫區(qū)后棚管（11）形成第二個(gè)水自然循環(huán)回路。煙氣經(jīng)后煙室到I回程光煙管，再在前煙箱折向II回程光煙管。

舊型進(jìn)行幾次創(chuàng)新改進(jìn)，約歷經(jīng)十多年時(shí)間。舊型卻存在不少問(wèn)題，如I回程煙管入口區(qū)域高溫管板易產(chǎn)生煙管孔橋裂紋;爐膛高溫部水冷壁管積垢、爆管;鍋殼底部完全暴露在火焰上及水處理不重視頻出現(xiàn)鼓包等事故，因此不斷向新型過(guò)渡。新型臥式水火管鍋殼鍋爐（圖2）借鑒舊型鍋爐的形式，克服舊型的多種不足，我國(guó)鍋爐技術(shù)人員用多年的理論分析和試驗(yàn)，不斷研制、開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新而改進(jìn)形成，是一種自主創(chuàng)新的新產(chǎn)品。新型是對(duì)舊型的再創(chuàng)新、再發(fā)展改進(jìn)，至今已有三十多年。新型臥式水火管鍋殼鍋爐已由I型發(fā)展至VII型，結(jié)構(gòu)在不斷更新變化并已系列化。

由圖1舊型臥式水火管鍋爐本體結(jié)構(gòu)圖與圖2新型臥式水火管鍋爐本體結(jié)構(gòu)圖相對(duì)比，可見(jiàn)新舊兩型共有以下幾點(diǎn)共有的結(jié)構(gòu)特征：

（1）鍋殼是鍋爐本體結(jié)構(gòu)的核心，主要受壓元件如煙管、下降管、水冷壁管等都連接在鍋殼上。

（2）鍋殼中的煙管是鍋爐本體的主要對(duì)流受熱面，如一臺(tái)蒸發(fā)量為4t/h的鍋爐爐膛輻射受熱面積約25.2m2，煙管受熱面積約98.8m2，約占鍋爐本體總受熱面79.7%，同時(shí)傳熱量也占鍋爐總吸熱量的50%以上。

（3）鍋殼坐落在下降管、水冷壁管之上，鍋殼、煙管、爐水等的全部重量均由下降管和水冷壁管支撐，不用承重鋼架。

（4）水循環(huán)利用汽水密度差產(chǎn)生的自然循環(huán)，而水循環(huán)的樞紐都是鍋殼，幾個(gè)水循環(huán)回路都集結(jié)在鍋殼上。

3 技術(shù)設(shè)計(jì)改進(jìn)

新型臥式水火管鍋殼鍋爐在舊型結(jié)構(gòu)形式上，進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并經(jīng)多次基礎(chǔ)研究與理論分析后，在采用多種技術(shù)設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出來(lái)的。

3.1 無(wú)拉撐拱型管板

新型臥式水火管鍋殼鍋爐通常采用拱型管板，拱型管板由凸形和平管板兩部分構(gòu)成，見(jiàn)圖3。依據(jù)GB/T16508.3-2013《鍋殼鍋爐 第3部分：設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算》拱形管板的凸形部分同一般橢球形封頭元件公式計(jì)算，可取消剛性頗大的角撐板、斜拉撐、直拉撐管（桿）等拉撐件，并提高管板柔性，再配合與同樣柔性較好的螺紋煙管，基本可構(gòu)成“準(zhǔn)彈性體”，則不會(huì)明顯限制熱變形，降低溫度應(yīng)力，同時(shí)減少管端焊縫熱應(yīng)力，以達(dá)防止管板裂紋的一種主要措施。同時(shí)由于取消了拉撐件，簡(jiǎn)化主要受壓元件結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省鋼材及工時(shí)費(fèi)用等制造成本?，F(xiàn)拱型管板已成為我國(guó)新型臥式水火管鍋殼鍋爐所采用新技術(shù)中的重要一項(xiàng)。

3.2 螺紋煙管

螺紋煙管是我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始應(yīng)用于鍋爐受壓元件中，并經(jīng)多次熱工試驗(yàn)，驗(yàn)證螺紋煙管是一種高效傳熱元件。歷經(jīng)二十多年的研究發(fā)展，現(xiàn)已日臻成熟，而新型臥式水火管鍋殼鍋爐就是應(yīng)用這種先進(jìn)技術(shù)，在鍋殼內(nèi)布置單回程螺紋煙管，煙氣只通過(guò)一個(gè)回程便可大幅度降低煙氣溫度。現(xiàn)依據(jù)《工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)方法——層狀燃燒及流化床燃燒工業(yè)鍋爐熱力計(jì)算方法》對(duì)一臺(tái)DZL6-1.25-S蒸汽鍋爐分別采用φ70×4mm螺紋煙管和普通光管所組成的煙管管束進(jìn)行了熱力設(shè)計(jì)計(jì)算，比較螺紋煙管和普通光管的傳熱效果。

（1）相關(guān)參數(shù)

煙氣計(jì)算流速ω=18.53m/s

煙氣平均溫度θav=450℃