第五章 供热锅炉
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锅炉结构形式的演变
供热锅炉的炉型 辅助受热面 锅炉安全附件
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第五章 供热锅炉
5.1 锅炉结构形式的演变
随着蒸汽机的发明，18世纪末出现了工业用的圆筒型 蒸汽锅炉。由于当时社会生产力的迅猛发展，蒸汽在工业 上的用途日益广泛，不久就对锅炉提出了扩大容量和提高 参数的要求。于是，在圆筒形蒸汽锅炉的基础上，从增加
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5.2 供热锅炉的炉型
这种锅炉结构简单，制造方便，水容量相对其他立式 烟管锅炉大，能适应负荷变化，且对水质要求也不高，但 烟气流程较短，排烟温度较高。为提高锅炉热效率，这种 锅炉也有将外筒所带直形肋片改为螺旋形的，增加烟气扰
动和延长烟气流程以改善传热。
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5.2 供热锅炉的炉型
第五章 供热锅炉
5.1 锅炉结构形式的演变
在蒸汽锅炉发展的同时，由于城市建设的发展和节能的 需要，另一类用于直接生产热水的热水锅炉也得到较快的发 展。此外，为利用生产过程中产生的数量相当可观的余热， 余热锅炉应运而生，它作为余热回收利用设备受到世界各国 的普遍重视。
纵观锅炉发展历史，真正走上现代化道路才不过五六十 年的时间。随着现代工业的发展和科学技术的进步，现代锅 炉正朝着大容量、高参数方向发展。对于供热锅炉，为了提 高运行的经济性、保护环境和降低成本，锅炉正趋于简化结 构、改善燃烧技术、提高热效率、降低金属消耗和扩大燃料 适应范围。为确保锅炉运行的安全，又趋向于采用先进技术， 进一步提高设备的机械化、自动化和智能化。
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5.2 供热锅炉的炉型
的集箱则又通过粗大的短管与两侧水冷壁集箱接通，构成后 棚管的水循环系统。烟管构成了该锅炉的主要对流受热面， 水冷壁管和大锅筒下腹壁面则为锅炉的辐射受热面。 由于炉膛放置在锅筒外面，构成外燃炉膛，燃烧条件有 所改善。它采用轻型链带式炉排，由液压传动机构驱动和调 节。炉膛内设前、后拱，前拱为弧形吊拱，后拱为平拱，前、 后拱对炉排的覆盖率分别为25%和15%。炉排下设分区送风 风室，风室间用带有弹簧的钢板分隔。燃烧产生的高温烟气， 从后拱上方左侧出口进入锅筒中的下半部烟管，流动至炉前， 再经前烟箱导入上半部烟管，最终在炉后汇集经省煤器和除 尘装置，由引风机排入烟囱。烟气流动，经三个回程，燃尽 后的灰渣落入灰槽，由螺旋出渣机排出。
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5.2 供热锅炉的炉型
5.2.1.1 立式烟管锅炉
立式烟管锅炉有竖烟管和横烟管等多种形式。容量一
般较小，蒸发量大多在0.5t/h以下，可以配置燃煤、燃油和 燃气各种燃烧设备。对于燃煤锅炉，通常配置手烧炉，大 多采用双层炉排手烧炉。
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1. 立式套筒锅炉
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5.2 供热锅炉的炉型
为了克服上述缺陷，一种新型烟、水管卧式快装链条 炉排锅炉应运而生，如图5.8所示。它的锅筒偏置，烟气的 第二回程为水管对流管束，第三回程则由烟管束组成，尾 部布置有铸铁省煤器。燃烧设备采用大块炉排片链条炉排， 分仓送风，炉排传动则采用双速四档调速装置。同时，该 锅炉还配备有高、低水位警报和超压保护等安全保护装置。 经多年运行实践和热工复测结果表明：它结构较为合 理，安全可靠性好；燃烧稳定，能保证出力，运行热效率 可达77%～81%；排烟黑度和含尘浓度都符合国家有关规 定；煤种适应能力较强。不足的是金属耗量高，制造复杂， 故对其推广受到一定限制。
此型锅炉在锅筒外部增设左右两排63.5×4水冷壁管， 上、下端分别接于锅筒和集箱。左、右两侧集箱的前后两 端，分别装接一根大口径（133×6）的下降管，与水冷壁 管一起组成了一个较好的水循环系统。此外，在锅炉后部 的转向烟道内还布置了靠墙受热面——一排后棚管，其上 端与锅筒后封头相接，下端接于集箱，而后棚管
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5.1 锅炉结构形式的演变
图5.1 蒸汽锅炉形式的发展和演变示意图
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5.2.1 烟管锅炉
烟管锅炉，也称火管锅炉，它的特点是烟气在火筒和 烟管内流动换热。烟管锅炉按其锅筒放置方式，分为立式 和卧式两类。它们在结构上的共同特点是都有一个大直径 的锅筒，其内部有火筒和为数众多的烟管。
压力，又增加钢耗量，蒸发量也受到限制。当然，这类锅 炉也有优点，如结构简单，维修方便；水容积大，能较好 适应负荷变化；水质要求低等。因此有的结构形式至今仍 被广泛采用。
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第二个方向，是在锅筒外部发展受热面，形成水管锅 炉系列。大约到了19世纪中叶，锅炉开始在锅筒外面增设 几个直径较小的圆筒受热面。后来发现增加圆筒数目、减 小圆筒直径，甚至以钢管取代圆筒等做法有利于蒸汽参数 的提高和传热的改善，最后终于出现了水管锅炉。它的特 点是高温烟气在管外冲刷流动而放出热量，汽、水在管内 流动而吸热和蒸发。 水管锅炉的出现，是锅炉发展的一大飞跃。它摆脱了 火筒、烟管锅炉受锅筒尺寸的制约，无论在燃烧条件、传 热效果和受热面的布置等方面都得到了根本性的改善，为 提高锅炉的容量、参数和热效率创造了良好的条件，金属 耗量也大为下降。
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5.2 供热锅炉的炉型
此型锅炉除横烟管外，也有布置竖烟管和横水管的组 合方式。它们都有结构紧凑，占地少，不需要砖工，便于 安装和搬运等优点。但因炉膛内置为内燃式炉子，在燃用 低质煤时会因炉温较低，难以燃烧和燃尽，热效率和出力
都将有所降低。所以，此型锅炉只适宜燃用较好的烟煤。
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5.2 供热锅炉的炉型
这种锅炉结构更加紧凑，可组装出厂，因此，这种锅 炉俗称快装锅炉，容量有0.5t/h、1t/h、2t/h、4t/h等多种规 格，占我国供热锅炉相当大的比例。但此型锅炉毕竟是以 烟管为主体的一种锅炉，限于结构等多方面的原因，运行 中对煤种适应性差，出力不足，运行热效率偏低。炉拱形 式、分段配风、侧密封以及炉墙保温结构等还存在一定的 缺陷。
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5.2 供热锅炉的炉型
但是，卧式烟管锅炉因烟管多而长，刚性大，烟管与 管板的接口容易渗漏；烟管之间距离小，清除水垢困难。 又由于烟管水平设置，易积烟灰，妨碍传热，通风阻力大。 再则，因为是内燃式炉子，燃烧条件较差，不宜燃用低质
煤，炉排的装拆、维修也不甚方便。
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展到用小直径的烟管取代火筒以增加受热面，形成了烟管 锅炉和火筒烟管组合锅炉，烟管锅炉的燃烧室也由锅筒内 部移至锅筒外侧。这类锅炉，统称为烟管锅炉，其共同的 特点是高温烟气在火筒或烟管内流动放热，低温工质—— 水则在火筒或烟管外侧吸热、升温和汽化。
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5.1 锅炉结构形式的演变
显而易见，这类锅炉的炉膛一般都较矮小，炉膛四周 又被作为辐射受热面的筒壁所围住，炉内温度低，燃烧条 件较差，而且烟气纵向冲刷壁面，传热效果也差，排烟温 度很高，热效率低。此外，锅筒直径大，既不宜提高蒸汽
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5.2 供热锅炉的炉型
图5.7 KZL4-1.3-A型锅炉
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5.2 供热锅炉的炉型
图5.8 DZL2-1.3-AII锅炉
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5.2.3 水管锅炉
水管锅炉是水在管内流动，烟气在管外流动而进行换
热的锅炉。与烟管锅炉相比，水管锅炉在结构上没有特大 直径的锅筒富有弹性，弯水管替代直烟管，不但节约金属 材料，更为提高容量和蒸汽参数创造了条件。在燃烧方面， 可以根据燃用燃料的特性自如处置，从而改善了燃烧条件， 使热效率有较大的提高。从传热学观点来看，可以尽量组 织烟气对水管受热面作横向冲刷，传热系数比纵向冲刷的 烟管要高。
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5.2 供热锅炉的炉型
烟气在锅炉内呈三个回程流动，故也称三回程锅炉。 燃烧后的烟气在火筒内向后流动，为烟气第一回程。烟气 经后烟箱导入左、右侧烟管，向炉前流动，是第二回程。 烟气至前烟箱汇集后进入火筒上部的烟管向后流动，即为 第三回程，最后经省煤器由引风机排入烟囱。 这种锅炉的容量有2t/h和4t/h两种，水容量较大，能适 应负荷变化，对水质要求也低。由于采用机械通风，流经 烟管的烟速较高，强化了传热，锅炉热效率可达70%以上。 此外，这种锅炉的本体、送风机、链条炉排以及变速装置 等组装在底盘上整体出厂，结构紧凑，运输和安装较为方 便。
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5.1 锅炉结构形式的演变
早期出现的水管锅炉是整联箱横水管锅炉，后来改为 波形分联箱结构，制造工艺复杂，金属耗量较大，已不再 生产。 竖水管锅炉出现于20世纪初，最早采用的也是直水管 结构。后来，发现弯水管比直水管结构富有弹性，于是采 用许多只锅炉做成多锅筒弯水管锅炉。此后，由于传热学 的发展，对锅炉辐射换热规律有了进一步的认识，锅炉向 着减少对流受热面，增大辐射受热面的方向发展。于是， 演变成双锅筒、单锅筒锅炉，以至发展到现代的无锅筒锅 炉——直流锅炉。与此同时，蒸汽过热器、省煤器及空气 预热器受热面也相继被采用，使锅炉设备更趋完善。
5.2 供热锅炉的炉型
图5.2 立式套筒锅炉
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5.2 供热锅炉的炉型
Байду номын сангаас
图5.3 立式烟管锅炉
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5.2.1.2 卧式烟管锅炉
这类锅炉根据炉子所在位置，分炉子置于锅筒内的内 燃式和炉子置于锅筒外的外燃式两种。目前国产的多数是 内燃式，配置有链条炉、燃油炉和燃气炉等多种燃烧设备。 图5.4所示为一配置链条炉排的WNL4－1.3－A型卧式烟管 锅炉。 在卧置的锅筒内有一具有弹性的波形火筒，火筒内设 置了链条炉排。锅筒左、右侧及火筒上部都布置了烟管， 火筒和烟管都沉浸在锅筒内的水容积里，锅炉的上部约1/3 空间是汽容积，炉排以上的火筒内壁是主要辐射受热面， 而烟管为对流受热面。