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1、锅炉的分类及结构,第一节 锅炉分类及结构概述 一、锅炉的分类 可以从不同角度对锅炉进行分类。 按用途可以分为：电站锅炉、工业锅炉、机车锅炉和船舶锅炉等。 按容量可以分为：大型锅炉，中型锅炉，小型锅炉。习惯上，把蒸发量大于100吨/时的锅炉称作大型锅炉，把蒸发量为20吨/时至100吨/时的锅炉称为中型锅炉，把蒸发量小于20吨/时的称为小型锅炉。 按蒸汽压力可以分为低压锅炉（压力1.57MPa），中压锅炉（压力为2.45MPa及3.82MPa），高压锅炉（压力为9.81MPa）超高压锅炉（压力为13.73MPa），亚临界锅炉（压力为16.67MPa）和超临界锅炉（压力超过22MPa，即高于临界压力
2、）。 按燃料种类和能源来源可以分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、原子能锅炉、废热（余热）锅炉。 按锅炉结构可以分为锅壳式锅炉（火管锅炉）、水管锅炉、水火管锅炉（卧式快装锅炉）。 按燃料燃烧方式分：层燃炉、沸腾炉、室燃炉。,按工质流动方式可以分为自燃循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。电站锅炉一般是压力较高（中压以上）、容量较大（中型以上），采用室燃方式的水管锅炉，又可以分为许多种。工业锅炉一般容量较小（65吨/时以下），压力较低（2.45MPa及以下），。大都采用层燃，结构型式和燃烧设备种类繁多，主要用于工业生产用汽及采暖、生活等方面。 工业锅炉分类见表3-1。,二、工业锅炉参数系列及型号表示
3、方法 在具体介绍锅炉结构之前，有必须介绍一下锅炉参数系列和产品型号。 锅炉参数和容量不是随意的，而是特定的，这一方面体现了锅炉参数与容量相互间的适应性，即一定的参数与一定的容量相对应，参数的提高与容量的增大相一致；另一方面也体现了锅炉附属设备对锅炉的适应性及锅炉对用汽设备的适应性。我国锅炉的参数容量已形成系列并纳入了国家标准。工业蒸汽锅炉的参数系列如3-2所示。,表中所列额定出力系指锅炉燃用设计燃料时，在设计参数下的铬牌蒸发量。 在额定出力及额定出口蒸汽压力之下，锅炉出口过热蒸汽温度的偏差应不大于20。 锅炉的给水温度分20、60、105三档，由制造厂在设计时酌情取定。 工业锅炉的产品型号，必
4、须按照标准规定的方法编制。产品型号由三部分组成，中间用短线相连。其形式如下： 型号第一部分表示锅炉型式、燃烧方式、额定蒸发量或额定供热量。共分三段：前两个“”是两个汉语拼音字母，表示锅炉总体型式，各字母所表示具体意义见表3-3及表3-4；后一个“”是一个汉语拼音字母，表示不同的燃烧方式，见表35；最后的两个“”是两个阿拉伯数字，表示锅炉额定蒸发量或额定供热量。其中额定热量用工程单位即以KJ/Kg表示。,表33 锅壳锅炉总体形式代号,表34 水管锅炉总体形式代号,注：单锅筒立式DL,表35 燃烧设备代号,注：倒转炉排及抛煤机D；半沸腾炉B；旋风炉X；,表3-6 燃 料 种 类 代 号,表3-5锅
5、炉燃烧方式代号 型号的第二部分表示介质参数，共分两段，中间两段。中间以斜线相隔开。第一段用阿拉伯数字表示介质出口压力（以工程单位表示即MPa）；第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度或出水温度，蒸汽温度为饱和温度时，型号的第二部分无斜线和第二段。因饱和温度取决于压力，型号中的介质压力即间接表示了饱和温度。 型号的第三部分表示燃料种类和设计次序。共分两段，前面一个“”是一个汉语拼音字母及相应的罗马数字，表示燃料种类，见表3-6；第二优以阿拉伯数字表示设计次序，如锅炉系原型设计则无第二段。,为便于理解和掌握，对上述锅炉型号表示方法举例说明如下：WNG1-7-A 表示卧式内燃固定炉排锅壳式锅炉，额定蒸发
6、量为1吨/时，蒸汽压力为0.69MPa，蒸汽温度为饱和温度，燃用类烟煤，原形设计。SZS10-16/350-YQ2 表示双锅筒纵置式室燃水管锅炉，额定蒸发量10吨/时，蒸汽压力为 1.57MPa ，过热蒸汽温度为350C，燃油燃气并用，以油为主，系第二次设计的产品。QXW360-7/95/70-A 表示强制循环往复炉排热水锅炉，额定供热量为4.186MW，出水压力为 0.69MPa ，出水温度为95 C ，回水温度为 70 C ，燃用类烟煤，原型设计。 不难看出，锅炉型号给出了锅炉的概貌，在了解锅炉的基本概念和知识的基础上，熟练掌握锅炉型号的表示方法是十分有益的。,三、锅炉结构形式的发展 锅炉
7、结构形式的发展是与工业生产的需要及科学技术的进步紧密联系的。早期的工业锅炉出现于18世纪后期的英国，由于产业革命，蒸汽开始在工业上得到应用，因而出现了生产蒸汽的锅炉的设备。这种锅炉是圆筒形的，结构简单，十分笨重，蒸汽量很小，蒸汽参数和蒸发效率都很低。随着工业生产的发展，要求增大锅炉蒸发量，提高蒸汽压力和温度，提高锅炉效率，降低金属消耗量，锅炉的结构形式也相应不断发展。 如图3-1所示，锅炉结构型式的发展是沿着两个方向进行的。 图3-1 锅炉型式发展简况,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,1-圆筒型锅炉；2-火管锅炉；3-水管锅炉；4-单火管锅炉；5-
8、双火管锅炉；6-烟管锅炉；7-烟火管锅炉；8-立式烟火管锅炉；9-立式弯水管锅炉；10-水筒锅炉；11-整联箱横水管锅炉；12-分联箱横水管锅炉；13-直水管锅炉；14-三锅筒弯水管锅炉；15双锅筒弯水管锅炉；16-单锅筒弯水管锅炉,一个方向是在圆筒形锅炉基础上，在圆筒内部增加受热面，先后出现了单火筒锅炉（柯尼希锅炉）、双火筒锅炉（兰开夏锅炉）及各种烟火管锅炉。根据圆筒体放置位置的不同，这类 锅炉双有立式和卧式之分。我国目前把这类火管锅炉称作锅壳式锅炉。其基本特点是在大圆筒（锅壳）之内装设小圆筒、管子或其他形状的壳体，并把大圆筒与小圆筒、管子等之间完全隔绝，形成夹套，夹套之中容水，而小圆筒、管
9、子等充作燃烧室和烟道容纳火陷或烟气。,由于燃烧系统和汽水系统被限制在一个锅壳内，因而这种锅炉的蒸发量、蒸汽参数都受限制,燃烧效果和传热效果差，锅炉效率很低。从安全角度看,燃烧系统布置在锅壳内，使锅壳及内部构件直接受热，工作条件变差；锅壳的承载能力被各种开孔严重减弱，形状和结构趋于复杂。加上这类锅炉水容量较大，储热较多，一旦破坏释放能量大，因而，这类锅炉安全性能较差，事故的破坏性较大。 但对这类锅炉对负荷变动的适应能力较好，对水质的要求较低，维护检修较方便，烟风阻力较小，一船采用自然通风。因而在一些小型工业部门、交通运输及生活采暖部门中，目前还广泛使用这种锅炉。当然，现代锅壳锅炉的具体结构、材料
10、、制造质量、工作性能等，都远非始锅壳锅炉所能比较的了。,另一个方向是在圆筒外部增加受热面积。即突破锅壳筒体的限制，在锅筒之外设置燃烧室和受热面，形成并发展“水管锅炉”。沿着这个方向，人们先后造出了水筒锅炉、直水管锅炉、弯水管锅炉。目前常见的是双锅筒弯水管锅炉及单锅筒弯水管锅炉。 水管锅炉，特别是弯水管锅炉的出现，是锅炉发展史上的一次飞跃。它在结构上为增大锅炉蒸发量，提高蒸汽参数提供了可能，因为在锅筒外边可以设置足够大的炉膛，布置足够多的受热面。而管式受热成直径较小，可以承受更高的压力，弯水管弹性较好，可以承受热胀冷缩。燃烧技术、传热技术、冶金技术、制造工艺、水理技术及热工控制技术的进步，使提高
11、锅炉量、参数的可能迅速变为现实，并使锅炉的经济性、安全可靠性相应提出来高。 水管锅炉的汽水系统由管子、集箱和锅筒组成，其系统远比锅壳式锅炉复杂，但其元件结构却很筒单。其锅筒不直接受热,工作条件较锅壳锅炉的筒体优越。直接受热的管子即使爆炸，其危害性也远较筒体爆炸为小。,现代的高参数大容量锅炉全部是水管锅炉。 在60年代中期，我国出现了同时具备水管锅炉及壳式锅炉结构特点的水火管锅炉卧式快装锅炉。20多年来，这种锅炉在我国发展很快，目前成为国内数量最大的一种锅炉，但其结构性能有待进一步完善。 综上所述，锅壳式锅炉的结构特点为： 1“锅”和“炉”都被包在一个壳体锅壳中。 2炉膛矮小，水冷程度大（整个金
12、属炉膛浸泡于水中），燃烧条件差，必须烧优质燃料。 3受热面少，蒸发量低，常装水管或烟火管以增加受热面。 4壳体直径较大，开孔多，形状不规则，内部受热部分与不受热部分连接在一起，温度不一致,热膨冷缩程度不同，对安全工作不利。 5系统比较简单，一般没有砖砌炉墙及尾部受热面，便于运输安装、运行管理及检查维护。 6对水质要求较低。,水管锅炉的结构特点为： 1、炉膛置于筒体之外，“炉”不受“锅”的限制，体积可大可小，可以满足燃烧及增加蒸发量的要求。 2、以容纳水汽的管子置于炉膛、烟道中作主要受热面，锅筒一般不受热。传热性能及安全性能都显著改善。 3、水的预热、汽化（沸腾）及蒸汽过热在不同的受热面中完成。
13、 4、汽水系统、燃烧系统及辅助系统比较复杂，但一个个受压部件的结构却比较简单。 5、由于水的预热、汽化及蒸汽过都是在管内完成的，管子结垢堵塞难于清除，因而对水质要求较高。对运行操作管理的水平也要求较高。 6、水火管锅炉的结构特点界于以上二者之间，或者说它兼有水管锅炉及锅壳式锅炉的基本结构特点。,第二节锅壳式锅炉 锅壳式锅炉有立式和卧式两种。 一、立式锅壳锅炉 立式锅壳式锅炉的圆筒形锅壳是立置的，其燃烧室（炉胆）和火管（或水管）都在锅壳内，结构紧凑，整装出厂，运输安装方便。占地面积小，便于使用管理。其蒸发量一般在1吨/时以下，蒸汽压力一般在1.27MPa以下。全部是手烧固定炉排，燃烧空间小，水冷
14、程度大，排烟温度有时高达600700C，热效率低，约为5060%。 立式锅壳炉下部锅壳与炉胆相连接的部位，叫下脚圈，即盛水夹套的底部。该部位受力情况比较复杂；容易沉积水渣，严重时会影向炉胆下部的正常热传；外部接近地面，易受腐蚀。因而下脚圈是立式锅壳锅炉的一个结构薄弱环节，最易产生各种事故。,（一）立式锅壳锅炉的结构 立式横水管锅炉是结构最简单的一种锅炉，立式多横火管锅炉是历史较长、有代表性的一种锅炉。我国目前已不再生产这两种锅炉，但目前生产的立式锅壳锅炉基本上是由它们演变而来的。因此，我们以它们为例，说明立式锅壳锅炉的结构。 立式横水管锅炉由锅壳、炉胆、横水管和冲天管等主要部件组成，见图3-2
15、。 锅壳是一个带有凸形封头或平封头的圆筒体。锅壳上开有人孔、手孔、进水孔、出汽孔及附件仪表连接孔等必要的门孔，封头中央的开孔连接冲天管，锅壳下部则开孔连接炉门圈，是一个被开孔减弱的容纳汽水承受内压壳体。 炉胆是一个锥形壳体，顶部为凸形或平形炉胆顶，炉胆顶中央连接冲天管，炉胆下部也开孔与炉门圈相连，炉门圈是燃料的进口，是一段承受外压的圆筒壳，炉胆则是承受外压的燃烧室，炉排即布置在炉胆下部。,图3-2 立式横水管锅炉,1-安全阀座 2-总汽阀座 3-封头 4-冲天管（含铸铁夹套） 5-人孔 6-锅壳 7-炉胆顶 8-横水管 9-炉胆 10-炉门 11-下脚圈 12-手孔,3,4,8,9,11,12
16、,5,1,2,7,6,10,横水管系无缝钢管，交叉横置在炉胆上部，其作用是增加受热面，促进水循环流动和增加炉胆承载能力。横水管有14根，因容量而异。直径不越过250毫米。锅壳对应横水管的部位，开有手孔供清理泥渣之用。冲天管自炉胆顶穿过锅壳顶，上伸与烟囱连接，是烟气的流出通道，其在锅壳内部分也是承外压圆筒。冲天管下部周围受水冷却，上部在锅壳内部分则周围接触蒸汽，冷却情况不佳，为了避免烟气加热变形和腐蚀，冲天管内部衬有铸铁套管，下伸至水面之内。 下脚圈的结构主要有U形和S形两种，本炉采用U形下脚圈，分别与炉胆及锅壳焊接在一起。在锅壳下部靠近下脚圈处，开有手孔，一般为三个至四个，沿圆周均布，供清除下脚泥渣之用。 不难看出，这种锅炉烟气流程很短，燃烧产物在炉内停留时间很短，来不及充分燃烧和传热，排烟温度高，热效率低。立式多横火管锅炉即所谓考克兰锅炉，主要由锅壳、管板、火管、炉胆等部件组成，如图3-3所示。,图3-3 立式多横火管锅炉,1-封头 2-锅壳 3-拉撑 4-后管板 5-火管 6-后烟箱 7-喉管 8-手孔 9-下脚圈 10-炉门 11-炉胆 12-前烟箱 13-前管板 14-烟囱 15-人孔,
