锅炉各受热面的结构及布置形式
锅炉各受热面的结构及布置形式
锅炉各受热面的结构及布置形式一、省煤器省煤器在锅炉中的主要作用是：①吸收低温烟气的热负以降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。
②由于给水在进入蒸发受热而之前先在省煤器内加热，这样就减少了水在蒸发受热面内的吸热量，因此可用省煤器替代部分造价较高的蒸发受热面。
也就是以管径较小、管壁较薄、传热温差较大、价格较低的省煤器来代替部分造价较高的蒸发受热面。
③提高了进入汽包的给水温度，减少于给水与汽包壁之间的温差，从而使汽包热应力降低。
基于这些原因，省煤器已成为现代锅炉必不可少的部件。
按照省煤器出口工质的状态省煤器可分为沸腾式和非沸腾式两种。
如出口水温低于饱和温度，叫做非沸腾式省煤器，如果水被加热到饱和温度并产生部分蒸汽，就叫做沸腾式省煤器。
省煤器按所用材质又可分为铸铁式和钢管式，铸铁式耐磨损和耐腐蚀但不能承受高压。
钢管省煤器应用于大型锅炉，它是由许多并列（平行)的管径为28～42mm 的蛇形管组成。
蛇形管可以顺列也可错列。
为使省煤器受热面结构紧凑，一般总是力求减小管间节距。
管子多数为错列布置。
错列布置省煤器的结构如图6—3所示。
蛇形管的两端分别与进口联箱和出口联箱相连，联箱一般布置在烟道外。
省煤器的管子固定在支架上，支架支承在横梁上而横粱则与锅炉钢架相连接。
省煤器管子一般为光管，为了强化烟气侧热交换和使省煤器结构更紧凑可采用鳍片管、肋片管和膜式受热面，它们的结构如图6—4所示。
焊接鳍片管省煤器所占据的空间比光管式大约少20％～25％，轧制鳍片管省煤器可使外形尺寸减少40％一50％。
鳍片管和膜式省煤器还能减轻磨损。
这主要是因为它比光管省煤器占有空间小，因此在烟道截面不变的情况下，可采用较大的横向节距。
从而使烟气流通截面增大，烟气流速下降磨损减轻。
肋片式省煤器主要特点是热交换面积明显增大，这对缩小省煤器的体积、减少材料消耗很有意义。
主要缺点是积灰比较严重。
省煤器蛇形管通常均取水平放置，以利于停炉时排水。
而且尽可能保持管内的水自下而上流动以利于强制流动的水动力特性和便于排除水被加热后所释放的空气，避免引起管内空气停滞产生内壁局部的氧腐蚀。
锅炉受热面的作用及结构
省煤器分类及布置特点
1、按制造材料：钢管式、铸铁式(压力 < 4 MPa) 2、按水的预热程度：非沸腾式、沸腾式(中压)
沸腾式：其出口水温不仅可达到饱和温度，而且可使 部分水汽化，汽化水量一般约占给水量的10％～15％， 最多不超过20％，以免省煤器中介质的流动阻力过大。 非沸腾式：其出口水温比相应压力下的饱和温度低。 3、错列减少积灰、换热强、磨损大 顺列利于吹灰、换热弱、磨损小
具有一定的蓄热能力，能较快 适应外界负荷变化；
内部装置可以提高蒸汽品质； 外接附件保证锅炉工作安全。
水冷壁的作用
水冷壁的类型及结构
光管式水冷壁 膜式水冷壁 销钉式水冷壁
膜式水冷壁的优点
直流锅炉水冷壁的布置
2.防渣管（凝渣管）
布置在锅炉燃烧室出口的加大横向节距的水冷 壁管子。多由后墙水冷壁上升管组成。
过热器中流动的工质温度最高，放 热系数小，工作条件最差；为了避 免使用贵重金属并保证传热温差， 供热锅炉的过热器一般布置在烟温 900℃左右的烟道中。
辐射式过热器
辐射式过热器指布置在炉膛中直接吸收炉膛辐 射热的过热器。辐射式过热器有多种布置方式。
墙式过热器—布置在炉膛内墙上，结构与水冷 壁相似；
过热器及再热器的形式
根据布置位置与传热方式，分为对 流式、半辐射式、辐射式三种。 供热锅炉采用的都为对流式过热器， 由蛇形管构成。
根据放置形式分为立式、卧式。对 流式过热器目前多为立式，支吊简 单可靠，不易积灰，但疏水排气性 差。
根据蒸汽和烟气的流向，分顺流、 逆流、混流，多采用混流。
3.对流管束
思考：高压锅炉 和低压锅炉在布 置受热面上有何 区别？
《锅炉原理》课件-第6章 锅炉受热面
蛇形管的结构
单管圈
双管圈
多管圈
过热器的蛇形管可以做成单管圈、双管圈或多管 圈，这与锅炉的容量和管内必须维持的蒸汽流速有关。 在烟气通路截面不变并保持烟气流速的情况下，可通 过改变管圈数目来改变蒸汽速度。如由单管圈变为双 管圈，蒸汽通路截面积增大一倍，蒸汽速度降为原来 的一半，而过热器若顺列布置，则管圈的增加不影响 烟气通路截面和烟气流速。
3. 水冷壁的固定： 在小容量锅炉中，水冷壁通常采用支撑下集箱的办法来固 定，热膨胀向上进行。大型电站锅炉水冷壁与上下集箱直 接焊接，采用上部固定下部自由膨胀的方法固定。即将水 冷壁的上集箱悬吊在锅炉钢架上，下集箱由水冷壁悬吊着。 凝渣管：布置在炉膛出口具有较大节距的蒸发受热面。早 期布置防渣管的目的是让这部分受热面吸收烟气热量，烟 温进一步降低，使飞灰凝固，防止布置在其后节距较小的 过热器管上结渣，而且凝渣管自身节距较大，结渣可能性 较小。凝渣管是由后墙水冷壁在炉膛出口位置拉稀形成。 现代大容易电站锅炉中的凝渣管用于联络上联箱至汽包， 及悬吊后墙水冷壁，故又称悬吊管。冷灰斗、折焰角也是 由水冷壁弯曲得到。
2. 膜式水冷壁：各光管之间用鳍片或扁钢焊接成一组管 屏，四壁连成一个整体。现代大型锅炉多采用此结构。 膜式水冷壁有两种结构，一种是光管与扁钢的焊接， 另一种是轧制鳍片管焊接。
绝 热 层
特点： 炉墙蓄热量少，炉膛升温快，缩 短启停时间，利于负荷调节。 防止水冷壁管壁超温，相邻管子 光管扁钢膜式水冷壁 可辅助冷却。
刚性较好，增强炉膛抗爆能力。
设计及制造工艺较复杂。
轧制鳍片管膜式水冷壁
3. 销钉式水冷壁：为保证燃烧器区域高温，利于低挥发 分煤的着火燃烧，可在光管式或膜式水冷壁管上焊接 销钉，用于敷设卫燃带。销钉可使铬矿砂耐火材料与 水冷壁牢固连1-水冷壁管 2-销钉 3-铬矿砂耐火材料
锅炉结构
锅炉结构锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。
一、锅是容纳水和蒸汽的受压部件，包括锅筒、受热面、集箱(也叫联箱)和管道等。
其中进行着水的加热，汽化及汽水分离等过程。
概括地说，锅炉是主要工作过程就燃料的燃烧、热量的传递、水的加热与汽化和蒸汽的过热等。
整个锅炉由锅炉本体和辅助设备两部分组成。
锅炉本体：锅炉本体是锅炉设备的主要部分，是由“锅”和“炉”两部分组成的。
“锅”是汽水系统，它主要任务是吸引收燃料放出的热量，使水加热、蒸发并最后变成具有一定参数的过热蒸汽。
它由省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器和再热器等设备及其连接管道和阀门组成。
(1)省煤器：位于锅炉尾部垂直烟道，利用烟气余热加热锅炉给水，降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料。
(2)汽包：位于锅炉顶部，是一个圆筒形的承压容器，其下是水，上部是汽，它接受省煤器的来水，同时又与下降管、联箱、水冷壁共同组成水循环回路。
水在水冷壁中吸热而生成的汽水混合物汇集于汽包，经汽水分离后向过热器输送饱和蒸汽。
(3)下降管：是水冷壁的供水管道，其作用是把汽包中的水引入下联箱再分配到各个水冷壁管中。
分小直径分散下降管和大直径集中下降管两种。
小直径下降管管径小，对水循环不利。
(4)水冷壁下联箱：联箱主要作用是将质汇集起来，或将工质通过联箱通过联箱重新分配到其它管道中。
水冷壁下联箱是一根较粗两端封闭的管子，其作用是把下降管与水冷壁连接在一起，以便起到汇集、混合、再分配工质的作用。
(5)水冷壁：位于炉膛四周，其主要任务是吸收炉内的辐射热，使水蒸发，它是现代锅炉的主要受热面，同时还可以保护炉墙。
(6)过热器：其作用是将汽包来的饱和蒸汽加热上成具有一定温度的过热蒸汽。
(7)再热器：其作用是将汽轮机中做过部分功的蒸汽再次进行加热升温，然后再送到汽轮机中继续做功。
二、“炉”是燃烧系统，它的任务是使燃料在炉内良好的燃烧，放出热量。
它由炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、烟风道及炉墙、构架等组成。
工业锅炉的构造及燃烧设备—锅炉的炉型
4.水管锅炉锅筒内不布置烟管，空间增大了，可布置汽水 分离装置，提高了蒸汽品质。
水管锅炉系列
➢ 水管锅炉是汽水在管内流动吸热，烟气在管外冲刷放热 的锅炉。
➢ 水管锅炉与火管锅炉相比具有下列优点： 1. 在结构方面：没有特大直径的锅筒和烟管； 2. 在燃烧方面：炉膛不再受锅筒限制，可根据燃料特性 自如布置，改善了燃烧条件，热效率有较大提高； 3. 在传热方面：可尽量组织烟气对水管的横向冲刷，与 烟管的纵向冲刷相比传热系数提高；
按锅筒数目分类：单锅筒及双锅筒。
按锅筒布置形式分类：纵置式、横置式及立置式。 按锅筒与受热面相对位置分类：D型、O型及A型。
水管锅炉分类
1.按锅筒数目分类
1.按锅筒数目分类
双锅筒锅炉：
对流管束
锅筒
两个锅筒（上锅筒和下锅筒），分别与对流管束上下端连接，
形成的对流受热面布置在炉膛的一侧。
2.按锅筒布置形式分类
第三回程：烟气在炉前水平转向左侧对流烟道（第二对 流烟道），由炉前向炉后流动，最后离开锅炉本体。
二、工作原理 2、煤灰流程
燃煤
链条炉排 炉前煤斗
灰渣
老鹰铁
灰渣斗
煤灰流程如图所示，煤由煤斗落到链条炉排上，煤层随炉排向后 移动，在移动过程中完成煤的燃烧过程的三个阶段，最后燃尽的灰渣移 到炉排末端，经老鹰铁落入灰渣斗。
二、工作原理
3、汽水流程
软化 除氧水
给水泵
省煤器
锅筒
水循环 回路
锅筒水 空间
水
汽水分 离装置
水循环 回路
锅筒
分气缸
蒸汽 过热器
饱和蒸汽
锅炉主要受热面
对于中压锅炉，也采用纯对流过热器，布置在炉膛出口 的水平烟道中。过热器分成两级，蒸汽的低温级布置在低 温部分，采用碳钢作为材料，常用逆流布置；蒸汽的高温 级布置在烟气的高温部分，部分或全部应用低合金钢作为 材料，常用顺流或混流布置，使蒸汽的最高温度处布置在 烟温比较适中的地方。在两级过热器之间用中间集箱连接， 使蒸汽混合，并作左右交叉。 在高压和超高压以上的锅炉中，广泛采用屏式过热器， 也有用辐射过热器，组成辐射—对流过热器系统。为减轻 热偏差的影响，常需把过热器分成更多的级数。 在大型锅炉中，一般均采用一次再热的系统，再热器的 布置与采用的保护方式有关。如果不设旁路保护，再热器 一般布置在过热器之后其烟温应低于850℃，在启动及汽轮 机甩负荷时，允许再热器短时间干烧。如设旁路时，再热 器一般与过热器交叉布置。
因此在炉膛出口还需要布置这样的对流受热面。通常在管束中 用耐火砖把烟道隔成几个流程，同时各流程的烟气流通截面随 烟气温度降低而逐渐缩小，以保持足够高的烟气流速。一般采 用Φ51*3的管子作锅炉管束，节距S1=100mm，S2=95mm，弯 管半径R=160mm。
凝渣管是布置在炉膛出口的对流管束。这个管束在结构上 横向和纵向节距都设计得很大，因此它本身不容易结渣，即使 在锅炉燃烧不正常时在凝渣管上结了一些渣也不容易把烟气通 道堵塞。同时烟气流过这个管束时，它的温度会降低几十度， 烟气中携带的飞灰就会因此而凝固，不致粘接在受热面上。凝 渣管可以保护后面密集的过热受热面不结渣堵塞，因此有时它 也称为防渣管束。一般锅炉中的凝渣管常由后墙水冷壁上部拉 稀组成。一般采用Φ60*3.5和Φ60*5的管子，节距S1/d=3-5， S2/d=3-5。现代高压锅炉及超高压锅炉一般不采用凝渣管的结 构，而以在炉膛出口的屏式过热器来代替，同时炉顶也布置顶 棚过热器。
第五章-1 锅炉受热面的作用及结构解析
第三节 省煤器及空气预热器
省煤器和空气预热器在尾部烟道的布置 管式空气预热器
省煤器和空气预热器在尾部烟道的布置 回转式空气预热器
一、 省煤器
省煤器的作用：
1、降低排烟温度，减少排烟热损失，节约燃料； 2、减少蒸发受热面，降低锅炉造价：
以管径小、管壁薄、价格较低的省煤器代替管径大、 管壁厚、价格较高的水冷壁 换热好(低温、强制流动、逆流布置)
下降管
作用：把汽包内的水连续不断地通过下联 箱供给水冷壁，以维持正常的循环。
布置在炉外不受热 有小直径分散型和大直径集中型两种
联箱
作用：汇集、混合、分配工质。 布置在炉外不受热 由无缝钢管两头焊接平封头构成。
汽包
汽包的作用
是加热、蒸发、过热三个过程 的连接枢纽和大致分界点；
具有一定的蓄热能力，能较快 适应外界负荷变化；
过热器及再热器的形式
根据布置位置与传热方式，分为对 流式、半辐射式、辐射式三种。 供热锅炉采用的都为对流式过热器， 由蛇形管构成。
根据放置形式分为立式、卧式。对 流式过热器目前多为立式，支吊简 单可靠，不易积灰，但疏水排气性 差。
根据蒸汽和烟气的流向，分顺流、 逆流、混流，多采用混流。
过热器中流动的工质温度最高，放 热系数小，工作条件最差；为了避 免使用贵重金属并保证传热温差， 供热锅炉的过热器一般布置在烟温 900℃左右的烟道中。
3、提高了给水温度，减少给水与汽包壁的温差，降低热 应力，延长使用寿命。
省煤器分类及布置特点
1、按制造材料：钢管式、铸铁式(压力 < 4 MPa) 2、按水的预热程度：非沸腾式、沸腾式(中压)
沸腾式：其出口水温不仅可达到饱和温度，而且可使 部分水汽化，汽化水量一般约占给水量的10％～15％， 最多不超过20％，以免省煤器中介质的流动阻力过大。 非沸腾式：其出口水温比相应压力下的饱和温度低。 3、错列减少积灰、换热强、磨损大 顺列利于吹灰、换热弱、磨损小
3锅炉受热面组合安装方案
3 锅炉受热面组合安装方案（1）本体受热面的吊装顺序1）锅炉受热面分炉膛和后水平烟道两个区域进行吊装。
○1炉膛部分：右墙水冷壁→左墙水冷壁→前墙水冷壁→第一隔墙水冷壁→灰斗前隔墙水冷壁→第二隔墙水冷壁→分流屏→后墙水冷壁○2水平烟道部分：右包墙水冷壁→左包墙水冷壁→蒸发器1→3级过热器→2级过热器→1级过热器→蒸发器2→3级省煤器→2级省煤器→1级省煤器→顶棚管。
（2）水冷壁安装方案：水冷壁采用膜式管排，分段制造供货，现场进行组合，分片吊装。
1）水冷壁组合水冷壁按各墙分别组合成片，上、下集箱与水冷壁进行组合，各层刚性梁与水冷壁一起组合吊装。
水冷壁在锅炉组合场进行组合，适当加固防止吊装变形。
2）水冷壁安装水冷壁组件采用20t平臂起重机和350t履带吊（一台主吊，一台配合）吊装，两侧墙和前墙直接从炉顶板梁间贯入，上部各组件直接穿装吊杆就位。
中间隔墙吊梁缓装，待两侧墙吊装后在进行隔墙吊梁的吊装，安装焊接牢固后再进行隔墙水冷壁的吊装，后墙水冷壁预先抛锚到后部钢架上，待过热器安装结束后，再就位安装。
○1水冷壁部分a做好设备开箱检查，外形几何尺寸校验，单侧水冷壁整体要在组合场预组合，重点保证整体的尺寸和对角线误差不超标。
b所有管排和散管要做管道通球试验及压缩空气吹扫，并做好管口封堵措施，保证管道内部清洁。
水冷壁组件起吊前做好起吊加固，以免管材变形。
c及时做好管排就位找正，水冷壁上联箱等要和钢架临时加固，临时加固不得与联箱母材焊接。
d膜式壁与散管的密封焊要分区落实责任人，不得错焊、漏焊，不得损伤管材，加强检查。
○2刚性梁部分a做好外观检查，保证刚性梁外形尺寸和外观质量。
b保证刚性梁安装后合理热膨胀，按设备图纸要求进行焊接，不错焊、不漏焊，与水冷壁管的连接铁件焊接时不得损伤管材。
c刚性梁角部正确安装，保证角度，膨胀自如。
d刚性梁的止晃装置按图安装好。
（3）蒸发受热面安装1）锅炉设置有两级蒸发受热面，悬吊结构，一、二级分别安装在水平烟道进口及省煤器前。
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锅炉各受热面的结构及布置形式
一、省煤器
省煤器在锅炉中的主要作用是：①吸收低温烟气的热负以降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。
②由于给水在进入蒸发受热而之前先在省煤器内加热，这样就减少了水在蒸发受热面内的吸热量，因此可用省煤器替代部分造价较高的蒸发受热面。
也就是以管径较小、管壁较薄、传热温差较大、价格较低的省煤器来代替部分造价较高的蒸发受热面。
③提高了进入汽包的给水温度，减少于给水与汽包壁之间的温差，从而使汽包热应力降低。
基于这些原因，省煤器已成为现代锅炉必不可少的部件。
按照省煤器出口工质的状态省煤器可分为沸腾式和非沸腾式两种。
如出口水温低于饱和温度，叫做非沸腾式省煤器，如果水被加热到饱和温度并产生部分蒸汽，就叫做沸腾式省煤器。
省煤器按所用材
质又可分为铸铁式和
钢管式，铸铁式耐磨
损和耐腐蚀但不能承
受高压。
钢管省煤器
应用于大型锅炉，它
是由许多并列（平行)
的管径为28～42mm 的
蛇形管组成。
蛇形管
可以顺列也可错列。
为使省煤器受热面结构紧凑，一般总是力求减小管间节距。
管子多数为错列布置。
错列布置省煤器的结构如图6—3所示。
蛇形管的两端分别与进口联箱和出口联箱相连，联箱一般布置在烟道外。
省煤器的管子固定在支架上，支架支承在横梁上而横粱则与锅炉钢架相连接。
省煤器管子一般为光管，为了强化烟气侧热交换和使省煤器结构更紧凑可采用鳍片管、肋片管和膜式受热面，它们的结构如图6—4所示。
焊接鳍片管省煤器
所占据的空间比光管式
大约少20％～25％，轧
制鳍片管省煤器可使外
形尺寸减少40％一
50％。
鳍片管和膜式省煤
器还能减轻磨损。
这主
要是因为它比光管省煤
器占有空间小，因此在烟道截面不变的情况下，可采用较大的横向节距。
从而使烟气流通截面增大，烟气流速下降磨损减轻。
肋片式省煤器主要特点是热交换面积明显增大，这对缩小省煤器的体积、减少材料消耗很有意义。
主要缺点是积灰比较严重。
省煤器蛇形管通常均取水平放置，以利于停炉时排水。
而且尽可
能保持管内的水自下而上流动以利于强制流动的水动力特性和便于排除水被加热后所释放的空气，避免引起管内空气停滞产生内壁局部的氧腐蚀。
此外，由于对流烟道中烟气往往从上而下流动。
这样既有利于吹灰又可使烟气对于水流作逆向流动，保持较大的传热温差。
省煤器管内水速应维持在一定范围内，水速过高增加给水泵耗电量，水速过低金属冷却难于保证，且引起蛇形管中的空气停滞。
特别在沸腾式省煤器中，管内会产生汽水分层，导致管子上部过热。
为此，在额定负荷下，对于非沸腾式省煤器要求水速不低于0．3m／s；对沸腾式省煤器要求水速不应低于1．Om／s。
省煤器的启动保护：省煤器在启动时，常是间断给水，如省煤器中的水不流动，就可能使管壁超温损坏，为此，启动时应进行保护。
一般保护方法是在省煤器进口与汽包下部之间连接一个再循环管，管上装有再循环门，停止进水时，再循环门开启，进水时再循门关闭。
哈尔滨锅炉厂2008t／h锅炉在省煤器进口导管和炉膛下部环形集箱之间装有再循环管，当压力达到4．14MPa时启用再循环管，在省煤器和汽包之间形成循环流动(该锅炉装有锅水循环泵)。
二、空气预热器
锅炉空气预热器是利用烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。
由于它工作在烟气温度最低的区域，可以回收烟气的热量，降低排烟温度，从而提高锅炉效率；同时也由于空气被预热，强化了燃料的着火和燃烧过程，减少了燃料不完全燃烧热掘失，进一步提高了锅炉效率；此外空气预热还能提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换。