WNS型鍋爐保溫結構的改造

楊占杰 （四川重慶第三軍醫大學西南醫院 重慶400038）

韓偉 （天津寶成機械制造股份有限公司 天津300352）

張杰 （天津市經濟技術開發區科技局 天津300456）

WNS型鍋爐保溫結構的改造

楊占杰 （四川重慶第三軍醫大學西南醫院 重慶400038）

韓偉 （天津寶成機械制造股份有限公司 天津300352）

張杰 （天津市經濟技術開發區科技局 天津300456）

WNS型燃油氣鍋爐是國內中小型（20 t/h以內）環保工業鍋爐使用量最大的產品，在樓宇采暖、工礦企業蒸汽制備、醫療衛生單位蒸汽消毒等各行業得到廣泛應用。分析WNS型油鍋爐煙箱過熱現象，提出保溫結構改進的建議。

鍋爐 局部外表過熱 內部煙氣密封 高鋁硅酸鋁纖維板 耐高溫水泥膠 煙箱

0 引言

WNS型燃油氣鍋爐是國內中小型（20 t/h以內）環保工業鍋爐使用量最大的產品，在樓宇采暖、工礦企業蒸汽制備、醫療衛生單位蒸汽消毒等各行業得到廣泛應用。其特點是：結構簡單緊湊、占地面積小、熱效率較高、配套自動化燃燒設備、電腦程序化控制、檢修方便、外形美觀等等，受到使用單位的廣泛歡迎。但是，也正是由于外形緊湊小巧和開啟前后煙箱方便檢修的原因，造成鍋爐前后煙箱保溫結構的設計制造困難，國內很多廠家的產品實際運行中鍋爐局部外表過熱嚴重，表皮變色，尤其是煙箱門四周，易造成人員燙傷，且鍋爐散熱損失加大，不僅影響了整體美觀，且降低了運行效率，增加了檢修成本，給使用單位造成不小損失。因此，很多使用單位要求生產廠家進行改進修繕，生產廠家也苦于技術原因久修不絕，大大增加了生產成本。鑒于以上原因，我們從2004年開始對我公司WNS產品前后煙箱進行改進設計，經過多年不斷的實踐，徹底解決了保溫問題，完善了WNS系列產品。從中我們總結出一些了經驗，下面提供給大家一同探討。

1 過熱分析

鑒于WNS型產品外形結構要求小巧的原因，前后煙箱保溫結構改造不能只以增厚保溫層來解決，否則造成煙箱尺寸過大影響鍋爐整體外形美觀。從外表過熱現象分析和保溫計算結果得出，過熱原因不是因為保溫層薄熱量傳導造成，而主要是內部密封材料不嚴和鋼板傳導熱量所致。所以，解決的辦法應該從煙氣密封、減少鋼板外傳導熱量、增加鋼板外保溫等方面入手。

2 煙箱內保溫層改造

首先，如何達到內部煙氣密封效果呢？煙氣內部密封不能簡單地使用類似鋼板焊接的方式將煙氣完全密封在內部，因為，既要滿足材料抵抗400～500℃的煙溫不變形，又要完全密封，還要保證能夠簡單打開便于檢修鍋爐等多方面要求，不僅對材料要求非常高，內部結構更是非常復雜，會直接造成鍋爐制造成本的大大提高，是非常不經濟、不可取的。達到“內部煙氣密封”應從兩方面著手解決：一是通過保溫材料無縫隙連接將高溫煙氣包裹在內部，使內外層保溫材料正常發揮其隔熱作用，不會因保溫材料縫隙使高溫煙氣直接串至外層保溫或煙箱鋼板，造成局部過熱，這就要求提高煙箱內保溫層鋪設質量，達到一種相對均勻的內部保溫效果；二是通過整體焊制鋼煙箱完全密封處理，真正杜絕微正壓的高溫煙氣向保溫外流動的途徑，這在低溫環境中鋼結構部件是非常容易實現的，兩個條件缺一不可。

如何做到內部保溫材料的無縫隙連接呢？起初，我們通過在耐火保溫纖維棉內表面涂抹耐火混凝土方式，使煙氣側表面形成整體耐高溫殼，煙箱門周圍也用混凝土砌筑加固，以保證與煙箱門保溫材料壓緊，防止出現縫隙。但實際運行后，因兩種材料熱膨脹系數相差大，耐火混凝土層與鍋筒和煙箱鋼結構表面開裂，高溫煙氣從縫隙可直接外串到外保溫層，而外保溫層是采用硅酸鋁纖維板鋪設，用鋼絲網固定，制造中肯定會存在縫隙，所以煙箱整體還是存在大面積超溫現象。另外，耐火混凝土只具備耐火功能，其保溫特性非常差，與鋼結構直接接觸的耐火混凝土將高溫傳導到鋼制煙箱局部，同樣也造成局部嚴重過熱。

之后，我們取消了耐火混凝土殼，更換保溫材料，選用硬質的高鋁硅酸鋁纖維板（見圖1），該材料不僅耐熱性能達到500℃以上，且導熱系數低、熱收縮系數低、保溫特性較好、強度較高、成型性良好，可采用手鋸切割定形，鋪設方便。另外，為保證硅酸鋁纖維板塊之間連接緊密，采用耐高溫水泥膠（一種快干耐熱粘接劑）連接密封，可將塊狀高鋁硅酸鋁纖維板連接為整體，通過煙箱壁面焊接的抓釘進行固定，考慮到硅酸鋁纖維板熱收縮特性，鋪設時對硅酸鋁纖維板塊進行了一定壓縮處理，形成相對均勻嚴密的煙箱內整體保溫。煙箱門采用整塊高鋁硅酸鋁纖維板切割制作，在開合煙箱門的四周部位，采用便于打開的梯形連接面，不僅保證了兩種材料的壓緊密封，而且煙箱門旋轉開啟不會碰掉保溫材料。對于硅酸鋁纖維板與門板的固定，采用定形不銹鋼框和抓釘式螺栓壓緊固定，保證了硅酸鋁纖維板四周外沿邊角不會脫落。這種結構解決了煙箱門保溫與箱體保溫材料無縫連接的問題，實際使用中效果非常理想，煙箱整體溫度均勻。后來，我們發現耐高溫水泥膠與高溫煙氣接觸后，能夠在纖維板表面形成固化薄殼體，可以大大提高硅酸鋁纖維板表面強度，防止煙氣沖刷脫落，因此，我們在煙箱整個保溫層內面和門保溫層四周涂抹一層水泥膠，效果更好。

圖1 硬質的高鋁硅酸鋁纖維板

3 煙箱鋼結構改造

對于煙箱內連接鋼板外導熱問題，我們采用了低溫部位縮形鋼結構（如圖2）。前煙箱燃燒器火筒如采用原直接與外面板焊接結構，火筒鋼板外圈因結構原因保溫層面較薄，在高溫煙氣不斷傳導作用下，鋼板溫度會很高，直接傳導到煙箱外面板，常常使該連接部位高溫過熱。本次改進中我們將大筒變小筒，將連接外面板的小筒四周增厚保溫材料，內部延長鋼板長度以降低鋼板溫度，而內部的大筒還能夠保證與爐膽的連接和燃燒器火口磚的砌筑。只簡單的一個變徑結構基本解決了鋼板傳導熱問題，另外，在保證煙箱強度和使用要求前提下，煙箱內部我們盡量少的采用外連鋼板結構，減少鋼板導熱的途徑，使局部過熱的可能性大大減少。

圖2 低溫部位縮形鋼結構

還有，原前后煙箱四周沒采用外保溫結構，與鍋筒焊接部位的鋼板圈采用較厚鋼板（如圖3），以承受煙箱的整體重量，其導熱性非常強，直接將鍋筒蒸汽溫度導至外壁形成整圈超溫。對于熱水鍋爐因鍋筒內水溫較低，鋼板圈外傳導熱量較少，局部過熱現象較輕，但蒸汽鍋爐鍋筒內160℃左右的飽和水高溫外傳導，就會造成整圈外護板的過熱。在實際使用中該部位的溫度能夠達到80～90℃。由于煙箱體鋼板與鍋筒密封焊接結構不能更改，向外傳導肯定也不會避免，辦法只能在煙箱外圈增加保溫層，但會使前后煙箱直徑增大，使鍋筒中段的保溫層不必要地加厚。浪費很多保溫材料不說，鍋爐整體直徑的增大，加大了占地面積，會直接影響用戶方鍋爐布置設計選型，可能會為銷售帶來影響，所以，鍋爐不能因此而增大直徑。借鑒水管鍋爐上應用雙層密封護板的良好效果，我們采用減薄內保溫層，增加外保溫層的方式（如圖3），使煙箱四周整體保溫層厚度沒有減少，以解決密封和保溫的雙重要求。具體到煙箱結構上，就是取消了煙箱與鍋筒連接的鋼板圈，減小了煙箱直徑，將煙箱筒體與鍋筒直接連接，從而為增加外保溫層創造了條件，通過此方式改造，不僅解決了煙箱四周過熱問題，而且使鍋爐外圓裝飾板形成統一，提高了鍋爐整體外觀效果。

圖3 與鍋筒焊接部位的鋼板圈采用較厚鋼板并增加外保溫層

4 結束語

當然，技術上的改進離不開新材料和新工藝的應用，本次整改選用了硬質高鋁硅酸鋁纖維板保溫材料并在保溫材料內表面涂水泥膠，不僅強化了內保溫表層的強度，提高了抗煙氣沖刷的性能，而且，較薄的加強層面為增厚保溫層提供了條件，能夠保證更高的煙氣溫度不過熱。另外，其粘接性能還使硬質硅酸鋁纖維板得以連接成整體，避免了串煙現象的發生，所以，新材料的使用也是我們解決難題的關鍵。

通過以上改進，我們可以總結出以下幾點保溫層改造建議供大家參考：①解決鍋爐保溫問題應內外結構統一考慮，使保溫層、密封層各負其責；②不能要求耐火保溫層去完成密封工作，其作用應是無縫隙均勻保溫，合理的使用保溫材料高質量的鋪設是其關鍵；③減少具有較強外傳導特性的耐火層與外層煙箱相連接的結構，減少外導熱的鋼結構件，是避免局部過熱的關鍵；④煙箱的密封工作應該由焊接鋼結構和螺栓壓緊密封結構來完成；⑤對于有熱傳導部位的外露鋼結構，必須考慮在外層增加保溫層?！?/p>

[1]清華大學熱能工程系熱能工程教研室.鍋爐原理及計算[M].北京：科學出版社，1985.

2011-05-09