《鍋爐及鍋爐房裝置》
供熱鍋爐——學習報告
第五章供熱鍋爐
第一節鍋爐結構形式的演變
鍋爐的出現和發展迄今已有200餘年的歷史。期間，從低階到高階，由簡單到複雜，隨著生產力的發展和對鍋爐的容量、引數要求的不斷提高，鍋爐型式和鍋爐技術得到了迅速的發展。18世紀末出現了工業用的圓筒型蒸汽鍋爐。
在圓筒型蒸汽鍋爐的基礎上，從增加受熱面入手，對鍋爐進行了一系列研究和技術變革，從而推動了鍋爐的發展。從鍋爐的發展史來看，鍋爐型式的發展可歸為兩個方面。
發展方向一：在鍋筒內部增加受熱面，形成了煙管鍋爐系列。煤在火筒內燃燒，高溫煙氣在火筒或者煙管內流動放熱，水在外側吸熱、公升溫、汽化。
該鍋爐稱為煙管鍋爐，據其形狀可分為立式煙管鍋爐（立式煙管、立式水管）和臥式煙管鍋爐（單火管、雙火管、火筒煙管）兩種。
發展方向二：是在鍋爐外部發展受熱面，形成水管鍋爐系列。汽水在管內流動吸熱、蒸發。
擺脫了煙、火管鍋爐受鍋筒尺寸限制的約束，從燃燒條件、傳熱效果、受熱面積、金屬耗量等各方面都有所改善。
水管鍋爐：橫水管→整聯箱橫水管→分聯箱橫水管鍋爐→直水管→三管筒彎水管→雙鍋筒彎水管→單鍋筒彎水管→直流鍋爐。
第2節蒸汽鍋爐
蒸汽鍋爐按其煙氣與受熱面的相對位置，分煙管鍋爐，煙管水管組合鍋爐和水管鍋爐三類。
一、煙管鍋爐：也稱火管鍋爐。按其放置方式分立式和臥式兩類。它們結構上的共同點是都有乙個大直徑的鍋筒，其內部有火筒和為數眾多的煙管。
煙管鍋爐的特點：高溫煙氣在火筒或煙管內流動沖刷放熱（多為縱向沖刷），低溫工質，水在火筒或煙管外側吸熱、公升溫和汽化。
優點：小容量鍋爐仍廣泛採用。結構簡單，維修方便。水容積大，能適應負荷變化。水容積大，單位面積水垢沉積量少，對水質要求低。
缺點：不適應大容量、高引數鍋爐發展需要。爐膛一般較矮小，爐膛四周被筒壁圍住，爐內溫度低，燃燒條件較差，難於燃用低質煤。
煙氣縱向沖刷壁面，傳熱效果差，排煙溫度很高，熱效率低。鍋筒直徑大，不利於提高蒸汽壓力。增加鋼耗量。
蒸發量受到限制。結構剛性大、煙管排列緊密，清洗水垢困難，煙管內容易堵灰。
1.立式煙管鍋爐：受熱面布置受到鍋筒結構的限制，容量一般較小，蒸發量大多數在0.
5 t／h以下，結構緊湊，占地小，可以配置燃煤，燃油和燃氣各種燃燒裝置。包括立式套筒鍋爐和立式煙管鍋爐兩種鍋爐。
特點：結構緊湊、占地小、便於安裝，爐膛內建，爐溫低，適宜於較好燃料。
2.臥式煙管鍋爐：根據燃燒室是否在鍋筒內部可分為：內燃室和外燃式兩種。這類鍋爐的容量有2、4 t／h兩種，水容量大，能適應負荷變化。鍋爐熱效率可達70%以上。
二、煙管水管組合鍋爐：在臥式外燃煙管鍋爐的基礎上發展起來的一種新型鍋爐。具有兩者的優點，對水質要求和水管鍋爐相近。
煙管構成主要對流受熱面，水冷壁管和大鍋筒下腹壁面則為鍋爐輻射受熱面。
三、水管鍋爐：結構上沒有特大直徑的鍋筒，富有彈性的彎水管替代直煙管，節約金屬，蒸汽容量和引數提高。根據鍋筒的個數分為單鍋筒、雙鍋筒形式。
按鍋筒放置形式分類：縱置式、橫置式、立置式。
水管鍋爐的特點：燃燒條件得到改善，燃料適應性提高。煙氣橫向沖涮水管，傳熱效果好，熱效率高。
沒有大直徑鍋筒，富有彈性的水管代替煙管，金屬耗量少，為提高鍋爐容量和蒸汽引數創造了條件。鍋爐有良好的水迴圈。受熱面的布置簡便，清垢除灰條件較煙管鍋爐好。
缺點：結構較煙管鍋爐複雜。水質要求高，需要預先水處理。
1.立置式水管鍋爐：包括自然迴圈鍋爐和強制迴圈直流鍋爐。
（1）自然迴圈鍋爐：一種鍋立置、由環形的上、下集箱和焊接期間的直水管組成的燃油鍋爐。
（2）強制迴圈直流鍋爐：直流鍋爐是指給水在水幫浦壓頭作用下，順序一次通過加熱，蒸發和過熱各個受熱面便產生額定引數的蒸汽的鍋爐。
2.縱置式水管鍋爐：包括單鍋筒縱置式水管鍋爐和雙鍋筒縱置式水管鍋爐。
（1）單鍋筒縱置式水管鍋爐：此型鍋爐配置了機械風力拋煤機和倒轉鏈條爐排，新煤大部分拋向爐膛後部，並在此開始著火燃燒。爐內不設定前、後供，由於燃燒在拋灑過程中就已受熱焦化，燃料著火條件並不明顯變壞。
此型鍋爐要求配置有高效除塵裝置，不然將會對周圍環境造成較為嚴重的煙塵汙染。
（2）雙鍋筒縱置式水管鍋爐：包括雙鍋筒縱置式「d型」鍋爐和雙鍋筒縱置式「o型」鍋爐。
雙鍋筒縱置式「d型」鍋爐：此型鍋爐受熱面布置較為豐富，能保證出力，熱效率可達78%~80%。特點：積爐膛偏置,燃燒條件優越。
雙鍋筒縱置式「o型」鍋爐：爐膛在前,對流管束在後,對流管束正向呈「o」形。特點：結構緊湊,金屬耗量低,水容積大,水迴圈可靠。
3.橫置式水管鍋爐：鍋爐本體呈m型，所以這種鍋爐也稱為雙鍋筒橫置式「m型」水管鍋爐。
爐膛內壁布置水冷壁，充分利用輻射換熱。煙氣出口位置水冷壁被拉稀，形成防渣管。爐底由前、後牆水冷壁管延伸彎曲製成冷灰鬥。
從900℃降到300℃左右，這不僅提高了鍋爐的熱效率，而且還改善了出渣環境和操作條件。
4.角管式水管鍋爐：通常只設定乙個鍋筒，利用管路系統作為整台鍋爐的骨架（兼作鍋爐的下降管和上下集箱之用，並完成一定程度的汽水分離），由其承受鍋爐的全部負荷，所以也稱之為無構架鍋爐。
四角是四根大直徑下降管，前面兩根支撐鍋筒。汽水混合物經受熱麵進入上集箱在鍋筒的最高水位接入，進入鍋筒的蒸汽不通過水空間，並在進入鍋筒之前已進行汽水分離，蒸汽品質較高。上集箱中一部分水進入鍋筒迴圈,一部分直接通過後下降管迴圈。
膜式水冷壁構成乙個箱體成為爐膛，因此漏風少。熱效率一般高於82%，節能效果顯著。
第3節熱水鍋爐
在採暖工程中，熱媒有熱水喝蒸汽兩種。對於採暖來說，熱水採暖比蒸汽採暖具有很多優點，最大的特點是鍋內介質不發生相變，其出口水溫通常控制在比工作壓力下的飽和溫度低25 ℃左右。因此無需蒸發受熱面、汽水分離裝置甚至鍋筒，結構簡單。
由於傳熱溫差大、受熱面結垢少、熱阻小，所以熱效率高。既節約燃料又節約鋼材，耗鋼量比同容量蒸汽鍋爐降低30％一般統計熱水採暖可比蒸汽採暖節約燃料20～30％。
熱水鍋爐的分類：
按照煙氣流動分為煙管（鍋殼式）、水管、煙、水管組合式鍋爐。
按照出口溫度分低溫熱水鍋爐（小於95℃）和高溫熱水鍋爐（130℃以上）。
按照熱水在爐內流動方式，熱水鍋爐可分為強制流動（直流式）與自然迴圈兩類。
一、強制流動熱水鍋爐：強制流動熱水鍋爐是靠迴圈給水幫浦提供動力使水在各受熱麵中流動換熱。一般不設鍋筒，受熱面由管組與集箱構成。
結構緊湊，製造、安裝方便，鋼耗量少。水在鍋爐內只是作一次性流動並不迴圈，只有在整個供熱系統中熱水才是強制迴圈的。強制流動熱水鍋爐可以有鍋筒，也可以不設鍋筒，類似於直流鍋爐。
受熱面布置型式：根據水流與煙氣的流動方向受熱面分為順流、逆流、混合流三種布置型式。順流傳熱溫差小，換熱差，但是有利於防止尾部受熱面的低溫腐蝕和積灰，逆流恰恰相反，混流介於兩者之間。
由於煙氣側的低溫腐蝕是熱水鍋爐有待解決的嚴重問題之一，所以目前生產的強制流動熱水鍋爐一般採用順流式或混流式。
強制流動熱水鍋爐設計應注意的問題：
避免水汽化，防止受熱面結垢和發生水擊。
設計時，盡量使各迴路平行並列管受熱均勻。爐膛內熱負荷偏差是無法避免的，布置受熱麵時盡可能使同一迴圈迴路中平行的併聯管子直徑和長度基本相同、熱負荷基本一致。減少由於受熱不均勻及流量分配不均勻而引起的熱偏差。
正確選擇連線方式、減少流量偏差。熱水鍋爐因迴圈水量大，集箱中軸向速度高、沿集箱長度方向靜壓容易分布不均，應選擇正確的連線方式，如採用分散引入及分散引出系統、兩端引入中間引出系統等。盡可能加大集箱直徑，必要時可在受熱管子進口處加裝節流圈，以減少併聯管組各管子之間的流速和出口水溫偏差。
鍋爐總阻力大體控制在0.1~o.15mpa之間。
合理確定水的流程和流速。串聯布置：受熱面布置自由，水速容易保證，執行比較安全，不易發生水量和熱量分配不均勻問題，但行程長，流動阻力較大，增加迴圈水幫浦的功率。
併聯布置：在一般小容量熱水鍋爐中，採用全爐併聯布置較方便，但要保證一定流速及水量分配均勻。水量要按併聯各受熱面的吸熱量大小來分配，否則會造成受熱麵中的熱水汽化。
停電保護措施：採用其它辦法向鍋爐補水：採用汽動水幫浦補水；對低壓、低溫熱水鍋爐用自來水或高位水箱補水；對高壓、高溫熱水鍋爐用壓力罐或高位水塔補水，以降低鍋內水溫，減少產汽量。
設定放汽閥放汽：當鍋爐壓力公升高到一定值時，開啟安裝在鍋爐每一回路頂部的人工或自動放汽閥，使鍋內壓力降低，利於補水。恢復供電後，先開補給水幫浦充水，同時開放氣閥將餘汽排盡，再開啟迴圈水幫浦投入正常執行。
選用適當的管徑：選擇較大管直徑（水冷壁管不小於45mm，對流受熱面管不小於32mm），使得停電時管內水自身形成自然對流來冷卻管壁。
加快爐膛冷卻：停電時，送引風機也停止工作，應該立即開啟爐膛門孔、省煤器旁通煙道降溫，避免燒毀。層燃爐還可採取壓火。
二、自然迴圈熱水鍋爐：其鍋內水的迴圈主要靠下降管與上公升管的水溫不同引起的密度差異而造成的水柱重力差來驅動。但是因水的溫差不大，密度差很小，所以設計時要注意自然迴圈的可靠性。
根據理論實踐經驗，保證自然迴圈熱水鍋爐的安全可靠，首先合理設計迴圈管路，盡可能保證迴路簡單，降低迴路阻力。如水冷壁垂直布置、對流受熱面與水冷壁不使用同一集箱，加大下降管與上公升管截面比等。要合理配置爐內裝置，合理組織鍋內水的混合與分配。
如回水引入管、分配管等等，降低下降管入口水溫並使上公升管出口水溫均勻，以增加潛熱，防止產生過冷沸騰。盡量提高迴圈迴路高度和適當放大下降管和上公升管的截面比，提高迴圈壓頭，加快迴圈速度。
自然迴圈熱水鍋爐特點：自然迴圈熱水鍋爐由於設定了鍋筒，水容量較大，在突然停電，停幫浦時鍋爐仍能保持迴圈，鍋水不易汽化。近年來自然迴圈熱水鍋爐在我國發展較快。
自然迴圈的熱水鍋爐在水動力特性方面具有自補償能力(鍋爐負荷增加，迴圈流速自動提高)，即按照熱負荷的高低自動衡量在各平行上公升管中的分配能力。處於熱負荷較強區域的受熱面能自動提高迴圈流動速度以加強對管壁的冷卻，從而可有效地防止區域性管段發生過冷沸騰，提高了鍋爐工作的可靠性。
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