強環(huán)熱水鍋爐的創(chuàng)新設計

王小旭 姚立強

摘要：水火管熱水鍋爐是冬季取暖供熱的重要設備，占有較大的市場比例。國內近年來研制開發(fā)的水火管鍋爐，多采用拱型管板、回水引射等多種先進技術，很好的克服了老式水火管鍋爐在運行過程中存在的各種弊病，但仍然存在一些諸如爐膛容積小、煙管入口熱負荷較高等問題。本文介紹了一種新型強環(huán)熱水鍋爐的創(chuàng)新設計思路，探索采用螺紋煙管、增加循環(huán)速度、煙管端部加裝套管等方法，是鍋爐整體性能達到了節(jié)約能源、出力良好的效果，為水火管熱水鍋爐研發(fā)提供了很好的思路。

關鍵詞：熱水鍋爐;水火管;創(chuàng)新設計

水火管鍋爐經多年更新，其整體結構布置、水循環(huán)、傳熱特性、制造加工工藝等不斷得到優(yōu)化和改進，鍋爐的綜合性能不斷完善和提高[1]。由于市場使用量大，故該類鍋爐在運行中的安全可靠性和熱工性能（出力、效率）如何，既牽涉經濟性，又在很大程度上影響到鍋爐能源利用和環(huán)保效果[2]。目前國內水火管鍋爐已經形成三大類：翼型煙道、偏鍋筒排管、強制循環(huán)，這三種鍋爐作為新型水火管鍋爐已取代老式鍋爐占領市場。

筆者通過對水火管鍋爐產品進行研究，認為市場上現(xiàn)行鍋爐仍然存在如下不足：一是爐膛容積小、熱負荷高水循環(huán)不可靠，同時不便于燃料燃盡和飛灰沉降，易沖刷煙管端部。二是同時受熱面管子熱強度較高，在水質較差時易發(fā)生爆管事故，影響正常運行;三是由于鍋簡直徑大，回水上升到鍋筒后水速迅速下降，系統(tǒng)中攜帶的泥沙懸浮物質沉降于鍋筒底部，使鍋筒下部絕熱造成底部鼓包;四是煙管入口溫度偏高，通常在750-850℃，較高的入口熱負荷，易使管板內側冷卻差造成結垢，以至管板開裂。為改善上述不足，筆者與長春市文教鍋爐廠共同研制了新一代新型強制循環(huán)熱水鍋爐。

一、新型強環(huán)熱水鍋爐主要設計參數(shù)

鍋爐結構采用調節(jié)拉桿，具有使用靈活的特點;爐拱設計分為優(yōu)質煤、劣質煤兩種，便于選用，進而降低熱損失;在后拱后部，管束出口處設置飛灰沉降孔，減少飛灰排放濃度。以此為基本結構遵循，設計一系列不同功率鍋爐，主要技術參數(shù)如表1所示。

二、新型強環(huán)熱水鍋爐技術創(chuàng)新

1.采用螺紋煙管，提高傳熱效率;增大爐膛容積，降低煙塵排放濃度。采用單回程煙管，傳熱效率是光管的1.7-1.8倍，有效的降低鋼材的耗量，縮小鍋筒直徑。煙管煙氣流速控制在15-20m/s之間，確保傳熱與阻力優(yōu)化選擇。螺距為20-30mm，槽深在1.8-2.2mm，入口煙溫控制在550-750℃。采用小鍋殼、提高爐膛溫度，爐膛容積增加25-30%左右，降低爐膛熱強度，可控制在280-330kw/m3。爐膛容積增加能使燃料在爐膛內有足夠的空間、時間充分燃燒，有利于飛灰燃盡、沉降。同時對爐墻、爐拱有保護作用，延長使用壽命。

2.增加循環(huán)速度，確保運行可靠;降低煙管入口溫度，嚴防管板裂紋。目前市場上運行的鍋爐，急需解決的問題就是防止水冷壁結垢后爆管[2]。該新型強環(huán)熱水鍋爐的鍋殼小、管子數(shù)量少，循環(huán)速度提高以后，有效的增加換熱量。主燃區(qū)上升水速控制在0.8-1.2m/s，下降水速控制在1.2-1.8m/s，可以保證管內不會結垢，有效的避免了水質差導致爆管事故發(fā)生。鍋爐煙管入口溫度控制在550-750℃，另外鍋內水速提高到0.1-0.2m/s，鍋內水速比大鍋殼鍋爐水速提高6-8倍，前管板內側得到可靠冷卻，足以阻止管板裂紋。

3.提高鍋爐水速，嚴防鍋筒鼓包;煙管端部加裝套管，防止管端磨漏。鍋筒底部鼓包的主要原因是用戶供熱系統(tǒng)的除污功能較差，導致系統(tǒng)中的泥沙、污物、雜質使循環(huán)水流到鍋筒，水速迅速下降到0.01-0.02m/s，無法將沉積物隨水帶走，沉積物不斷增加，使底部加厚、絕熱，使鍋爐底部鋼板超過鋼板屈服強度，造成突起、鼓包。該新型強環(huán)熱水鍋爐的鍋水后部縱向沖刷煙管，防止煙管結垢，前部鍋筒容積小，水速達到0.1-0.2m/s，足以保證將沉降物帶出鍋爐。在煙管入端加裝套管，管套管頭部為圓鋼圈，管壁較薄，并可以更換，同時可選擇局部或全部加裝套管。

4.優(yōu)化爐拱設計，確保燃料燃盡;優(yōu)化結構設計，降低鋼材耗量。鍋爐采用縱向分段、橫向均勻配風設計，風室為封閉式，以確保配風均勻，使燃料在足夠的風量、風壓下充分燃燒。爐排可選擇鏈條或往復兩種方式，往復爐排的托架選用鋼球托滾，減少運行阻力。爐拱選用雙人字爐拱，使燃料及時著火，充分燃燒。采用小鍋殼鍋筒，增大管子的受熱面積，采用螺紋煙管，合理布置對流排管，使鍋爐本體耗鋼量大大減少，比大鍋筒鍋爐降低20%左右，降低鍋爐成本。

三、新型強環(huán)熱水鍋爐運行總結

此新型強環(huán)熱水鍋爐，近年有百余臺運行在東北、華北地區(qū)，分布在北京、通化、義縣、撫順、白城、長春等到地。其中，北京密云開發(fā)區(qū)的兩臺7.0MW鍋爐，供暖面積18萬平方米;通縣路和中學一臺4.2MW鍋爐，供暖7萬平方米;通化市廣播電臺一臺1.4MW熱水鍋爐，供暖1.2萬平方米;磐石縣一臺7.0MW往復爐，供暖面積九萬平方米。以上在用鍋爐運行普遍表現(xiàn)出出力足、上溫快，水循環(huán)可靠的優(yōu)勢，從未發(fā)生爆管、管板裂紋、鍋筒鼓包現(xiàn)象，足以證明此新型強環(huán)熱水鍋爐實際工作能力達到了預期設計效果。

四、結論

文章介紹了新型強環(huán)熱水鍋爐的創(chuàng)新設計思路和主要技術創(chuàng)新，詳細闡述了如何通過采用螺紋煙管、增大爐膛容積、增加循環(huán)速度、降低煙管入口溫度、提高鍋爐水速、煙管端部加裝套管、優(yōu)化爐拱設計、優(yōu)化結構設計等先進設計思路，提升鍋爐整體使用性能，對類似產品的創(chuàng)新設計具有一定的指導和借鑒意義。

參考文獻

[1] 高玉芬，劉志起，姜玉峰.14MW水火管熱水鍋爐鍋筒內部裝置改進設計[J].研究與開發(fā)，2013，6（7）：31-33

[2] 佟海川，翟新海，車玉英等.有壓相變新型水火管熱水鍋爐[J].工業(yè)鍋爐，2014，2（9）：26-31

[3] 余曉穎，鄒耀宣，鄒海玲.新型水火管熱水鍋爐的性能與安裝要點[J].特設安全，2016，2（14）：80-82