清华大学热能工程教学课件-第3章 锅炉蒸发受热面

Asj Al

d ln
snlx


S x d
式中： Asj一实际的水冷壁管子 面积; Al一炉膛有效辐射受热 面积 x一有效辐射系数， n一管子数; l一管子长度
膜式水冷壁

在大容量锅炉中，较多的采用了膜式水冷
壁，它将炉墙全部遮蔽。

膜式水冷壁的几种制作方式
的情况下布置更多的过热器受热面，通常这个部
位用以布置屏式过热器。

增加炉膛充满度，改善烟气流冲刷屏式过热器的
空气动力特性，增加横向冲刷的作用，增加烟气
流程，加强烟气混合，使烟气流沿着烟道高度分 布趋于均匀。

折焰角的结构
折焰角的突出部分一 般为为炉膛深度的30 ％左右。


一般取
图2-8 折焰角结构 a)HG-230/100-6型锅炉 b)HG-410/100-1型锅炉 1-上升管 2-集箱 3-连接管 4-三叉管 5-节流小孔 6-刚性管

水冷壁是指布置在 炉膛四周、炉墙内 壁面附近的平行并 列管，是一种管 式辐射受热面。管 子内有工质流动和 冷却。是一般水管 锅炉必须具备的受 热面。

在近代动力锅炉中，炉墙上均敷设了水冷壁。中 压锅炉的水冷壁是蒸发受热面。高压和超高压锅 炉的水冷壁主要是蒸发受热面，但炉膛顶部常布 置辐射过热器。在直流锅炉中，一部分水冷壁用 作加热受热面和过热受热面，但水冷壁仍然主要 是蒸发受热面。在超临界压力直流锅炉中，水冷 壁是用作加热水和过热蒸汽。因此在低于临界压 力的各种动力锅炉中，我们讨论蒸发受热面一般 即指炉膛水冷壁，这是一种辐射蒸发受热面。它 的传热方式主要是辐射换热。

从安全性来说，鳍片也不能过宽，否则 在同样向火面热负荷下，鳍端的金属温度 就增高，可能产生过烧。

膜式水冷壁的s/d一般选为1.3~1.35。目 前国内各锅炉制造厂对自然循环锅炉的膜 式水冷壁采用节距s=80mm，管径d=60mm, 管壁厚3、5、6mm。


膜式水冷壁管鳍片的要求
qg qo

采用管束结构可实现烟 气对受热面的横向冲刷， 在管束中用耐火砖把烟 道隔成几个流程，随烟 气温度的降低，各流程 通道截面积应逐渐减小， 以保证各流程的烟气速 度相近。
图2-12 锅炉管束流程布置图
3.3.2 凝渣管束

采用凝渣管束的原因
锅炉采用п型布置时， 后墙水冷壁要通过水平烟 道，通常节距S较小，易结 渣。为此，需把后墙水冷 壁通过水平烟道的管子节 距拉大，拉稀，形成凝渣 管束，以防渣。


水冷壁的作用
水冷壁一般作为蒸发受热面，是自然循环锅炉构成 水循环回路的重要部件，其作用主要包括： 对炉墙的作用 保护炉墙免受高温作用，使灰渣不易粘在炉墙上， 防止炉墙被冲刷磨损、过烧而损坏。装设水冷壁后， 炉墙的内壁温度大大降低，因此炉墙的厚度可以减小， 重量减轻。 吸热 火焰对水冷壁的辐射传热已成为锅炉传热重要方式。 由于炉内温度较高，且烟速很低，这种吸热主要通过 辐射方式。在炉膛出口处将烟气的温度冷却到足够低 的程度。 固定炉墙 对于敷在水冷壁管子上的炉墙，即敷管炉墙或管 承炉墙，水冷壁也起了悬吊的作用。


采取锅炉管束的原因
在低压小型锅炉中，由于 锅炉的工作压力低，水在 汽化过程中所吸收的热 量—汽化热所占比例较大， 仅靠炉膛水冷壁吸热量不 能满足蒸发吸热的要求， 因此在炉膛出口后面还要 装设较多的蒸发受热面即 锅炉管束。


锅炉管束的结构
锅炉管束是一种蒸发受热面，设置 在锅炉炉膛出口。通常采用上下双 锅筒结构，管子两端胀接或焊接在 上下锅筒上。 由于工作压力低，锅筒壁不太厚， 制造容易，采用双锅筒结构是比较 经济的。为简化制造工艺，在设计 时通常使管子形状尽量标准化，如 选用相同的弯管半径。
25 ~ 45, 45 ~ 75

水冷壁的热膨胀问题：
图2-10 水冷壁管的吊拉件示意图
a)安装时的位置 b)运行时的位置
1-水冷壁管 2-拉钩 3-膨胀间隙 4-支架 5-张力构件
3.3 锅炉管束型受热面

3.3.1 锅炉管束
3.3.2 凝渣管束

3.3.1 锅炉管束

受热面的分类
根据受热面的主要传热方式的不同分为辐 射受热面和对流受热面。
辐射受热面 是以辐射换热为主要换热方式的受热面。其 特点是传递热量的多少主要取决于辐射换热的 强弱。虽然也有对流换热，但换热的影响基本 上可忽略。传热的热流密度与加热介质和被加 热介质绝对温度的四次方差成正比。 主要包括 板式辐射受热面 ：如炉胆 管式辐射受热面 ：如水冷壁

锅炉炉膛出口管束布置简图
图2-14 锅炉炉膛出口管束布置简图 a)中压锅炉带凝渣管束的布置 b)高压锅炉带屏式过热器的布置 1-凝渣管束 2-过热器 3-后水冷壁吊挂管 4-屏式过热器
3.4 直流锅炉的水冷壁

3.4.1 水平围绕上升管带型 3.4.2 多次垂直上升管屏型 3.4.3 多弯道立式或水平式管带型 3.4.4 直流锅炉水冷壁的应用与发展
第3章 锅炉蒸发受热面
提纲




3.1 受热面 3.2 自然循环锅炉的水冷壁 3.3 锅炉管束与凝渣管束 3.4 直流锅炉的水冷壁
3.1 受热面


受热面 高温介质和低温介质进行换热的表面，对于 锅炉而言就是把烟气中的热量传给锅内低温 工质的表面。 受热面的作用 a: 传递热量 b: 隔离加热介质和被加热介质，是两种介质 的分界面。

目前，膜式水冷壁大多是由光管和鳍片
（扁钢条）焊接而成。

不用扁钢，而用埋弧焊接法将管子一起焊
成管排。
采用在钢厂轧制和挤压的鳍片管而制成的
膜式水冷壁（图2-6） ，只在大批量生产时
才比较经济。
图2-6 轧制鳍片管的焊接

膜式水冷壁管节距的选择
从经济的角度看，最好采用尽可能大的 管间节距，即采用尽可能宽的鳍片。可减 少金属耗量，并可降低贵重金属的耗量。

b
g

鳍片宽度不能过大，国内一般选 取b=10mm； 鳍片根部厚度δg不能过小，否则 容易使得管子过烧；鳍片根部厚 度δg不能过大，过厚会使它的向 火面与背火面的温差太大引起过 大的热应力。鳍片厚度一般选为 9mm。 鳍片端部厚度也不能太小（考虑 焊接），一般为6mm

膜式水冷壁的优点

炉膛密封性好，漏风量少，炉膛可采用微正压 燃烧。

凝渣管束的作用
防止后部受热面结渣（也 称防渣管束）； 可均匀炉膛出口处的烟气 速度场和温度场，减轻后
不受热面热偏差。
可吸收蒸发热量；
图2-13 国产120t/h中压煤粉锅炉凝渣管束

凝渣管束的结构
由后墙水冷壁拉稀而成。
采用大节距，所用的横向、纵向相对节距
多在以下范围内：
s1 3~5 d s2 3~5 d

应用 苏联最早采用这种水冷壁， 称兰姆辛型。国内SG-220-100 型和SG-400-140型直流锅炉水

冷壁都采用这种型式。

水平围绕上升管带型优缺点
优点 主要优点是不用中间集箱，从而没有不受热 的下降管道，因而可节约金属，便于滑压运行。 由于相邻管带外侧两根管子间的壁温差较小，适 宜于整焊膜式结构。

光管水冷壁一般贴
近炉膛四壁，互相
平行地垂直布置，
上部与锅筒或上集
箱连接，下部与下
集箱相连。
图2-3 整排水冷壁结构
光管水冷壁的结构




水冷壁一般贴近炉墙布置的平行并列管，上部与锅 筒或上集箱连接，下部与下集箱相连。 水冷壁通常是以外径d＝51（工业锅炉）～60（大锅 炉）mm的无缝钢管组成，材料为20A。 管壁壁厚δ视工作压力而定，一般为3~5mm。如： 中压锅炉管子尺寸为φ60×3，高压锅炉为φ60×5。 节距S：相邻两管中心线之间的距离。管墙距e：管 子中心线与炉墙之间的距离。 工业锅炉 S/d=2~2.5 e/d=0.5~0.8 电站锅炉 S/d=1.2~1.6 e/d=0.5~1.0

直流锅炉 工质在各受热面一次性强 制流过。给水由给水泵进 入省煤器，经炉膛蒸发受 热面、对流过渡区、过热 器，然后送往汽轮机。各 部分流动水阻力全由水泵 来克服。 直流锅炉和自然循环锅炉 在结构上的差异除了无锅 筒之外，主要在于炉膛部 分的水冷壁。

3.4.1 水平围绕上升管带型水冷壁
结构形式 水冷壁由许多根平行的管 子组成管带，然后是水平或微 倾斜地自下向上沿炉膛四周内 壁盘旋上升。为了盘旋上升， 至少有一个墙上的水冷壁是微 倾斜布置。
光管水冷壁的优缺点


光管式水冷壁优点：制造、安装简单。
缺点：保护炉墙的作用小，炉膛漏风 严重。
光管水冷壁S/d的选择

水冷壁布置的紧密程度S/d来表示。当S/d
增大时，即布置较稀时，管子背面受到炉
墙反射的热量较多，金属的利用率较高，
但对炉墙的保护较差，从保护炉墙的角度。
S/d不宜过小。
图2-11 小型锅炉蒸发管束简图


我国小型锅炉一般采用Ф51×2.5mm的管子 作锅炉管束，节距S1=100mm，S2=95mm， 管子弯曲半径R=160mm。

锅炉管束可以错列布置（用于小型水管锅炉 中机械通风时），其优点是传热效果好，节 约钢材。也可顺列布置（小型水管锅炉中自 然通风时），以便于吹灰与清灰，减少烟气 流动阻力

可降低锅炉的排烟热损失，从而提高锅炉的热
效率。

对炉墙保护好，炉墙温度大大降低，可使其厚
度减薄，减轻重量和简化炉膛结构。

可缩短起动和停炉时间。