臥式水火管蒸汽鍋爐的優化設計

林密

摘 ?要：通過本體結構對比體現新型臥式水火管鍋殼鍋爐與舊型臥式水火管鍋殼鍋爐有關顯著的區別，通常優化設計使新型臥式水火管鍋殼鍋爐更安全、節能、高效。

關鍵詞：臥式水火管鍋殼鍋爐;設計;高效節能

中圖分類號：TK229 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）25-0085-03

Abstract： Through the comparison of the body structure， it shows that there is a significant difference between the new horizontal water-fire tube shell boiler and the old horizontal water-fire tube shell boiler. The optimal design usually makes the new horizontal water-fire tube shell boiler safer， energy-saving and efficient.

Keywords： horizontal water-fire tube shell boiler; design; high efficiency and energy saving

1 概述

水火管鍋爐是我國技術人員在1965年鍋爐行業淘汰“鋼老虎”（每蒸噸鍋爐受壓元件耗鋼材高達7t左右）、“煤老虎”（耗煤大，熱效率極低）鍋爐時，結合水管鍋爐的爐膛優點和臥式內燃三回程燃油氣鍋爐的煙管優點，設計出有中國特色的水火管鍋殼鍋爐。這爐型由于具有結構緊湊、可燃煤種廣、容易加工、運輸方便、便于快裝、檢修方便、省燃料、省鋼等優點，立即風靡全國各工業鍋爐廠生產這種鍋爐爐型，并且至今長盛不衰。

2 臥式水火管鍋殼鍋爐的結構與性能

為對比起見，首先對舊型臥式水火管鍋爐本體結構簡單介紹。

由圖1舊型臥式水火管鍋爐本體結構圖可見，前平管板（3）、筒體（4）、后平管板（6）組成鍋殼，鍋殼內布置有I回程光煙管（7）和II回程光煙管（8），兩端焊接在前后平管板上。為滿足強度要求，前后平管板間設置直拉撐管或桿（10）和焊接在前后平管板與筒體的角撐板（5）。鍋殼、下降管（1）、左右側集箱（13）、水冷壁管（2）組成一個水自然循環回路。后部設置后煙室，鍋殼、低溫區后棚管（9）、后集箱（12）、高溫區后棚管（11）形成第二個水自然循環回路。煙氣經后煙室到I回程光煙管，再在前煙箱折向II回程光煙管。

舊型進行幾次創新改進，約歷經十多年時間。舊型卻存在不少問題，如I回程煙管入口區域高溫管板易產生煙管孔橋裂紋;爐膛高溫部水冷壁管積垢、爆管;鍋殼底部完全暴露在火焰上及水處理不重視頻出現鼓包等事故，因此不斷向新型過渡。新型臥式水火管鍋殼鍋爐（圖2）借鑒舊型鍋爐的形式，克服舊型的多種不足，我國鍋爐技術人員用多年的理論分析和試驗，不斷研制、開發、創新而改進形成，是一種自主創新的新產品。新型是對舊型的再創新、再發展改進，至今已有三十多年。新型臥式水火管鍋殼鍋爐已由I型發展至VII型，結構在不斷更新變化并已系列化。

由圖1舊型臥式水火管鍋爐本體結構圖與圖2新型臥式水火管鍋爐本體結構圖相對比，可見新舊兩型共有以下幾點共有的結構特征：

（1）鍋殼是鍋爐本體結構的核心，主要受壓元件如煙管、下降管、水冷壁管等都連接在鍋殼上。

（2）鍋殼中的煙管是鍋爐本體的主要對流受熱面，如一臺蒸發量為4t/h的鍋爐爐膛輻射受熱面積約25.2m2，煙管受熱面積約98.8m2，約占鍋爐本體總受熱面79.7%，同時傳熱量也占鍋爐總吸熱量的50%以上。

（3）鍋殼坐落在下降管、水冷壁管之上，鍋殼、煙管、爐水等的全部重量均由下降管和水冷壁管支撐，不用承重鋼架。

（4）水循環利用汽水密度差產生的自然循環，而水循環的樞紐都是鍋殼，幾個水循環回路都集結在鍋殼上。

3 技術設計改進

新型臥式水火管鍋殼鍋爐在舊型結構形式上，進行詳細技術分析和經驗總結，并經多次基礎研究與理論分析后，在采用多種技術設計改進措施，開發設計出來的。

3.1 無拉撐拱型管板

新型臥式水火管鍋殼鍋爐通常采用拱型管板，拱型管板由凸形和平管板兩部分構成，見圖3。依據GB/T16508.3-2013《鍋殼鍋爐 第3部分：設計與強度計算》拱形管板的凸形部分同一般橢球形封頭元件公式計算，可取消剛性頗大的角撐板、斜拉撐、直拉撐管（桿）等拉撐件，并提高管板柔性，再配合與同樣柔性較好的螺紋煙管，基本可構成“準彈性體”，則不會明顯限制熱變形，降低溫度應力，同時減少管端焊縫熱應力，以達防止管板裂紋的一種主要措施。同時由于取消了拉撐件，簡化主要受壓元件結構，從而節省鋼材及工時費用等制造成本。現拱型管板已成為我國新型臥式水火管鍋殼鍋爐所采用新技術中的重要一項。

3.2 螺紋煙管

螺紋煙管是我國從20世紀80年代開始應用于鍋爐受壓元件中，并經多次熱工試驗，驗證螺紋煙管是一種高效傳熱元件。歷經二十多年的研究發展，現已日臻成熟，而新型臥式水火管鍋殼鍋爐就是應用這種先進技術，在鍋殼內布置單回程螺紋煙管，煙氣只通過一個回程便可大幅度降低煙氣溫度。現依據《工業鍋爐設計計算 標準方法——層狀燃燒及流化床燃燒工業鍋爐熱力計算方法》對一臺DZL6-1.25-S蒸汽鍋爐分別采用φ70×4mm螺紋煙管和普通光管所組成的煙管管束進行了熱力設計計算，比較螺紋煙管和普通光管的傳熱效果。

（1）相關參數

煙氣計算流速ω=18.53m/s

煙氣平均溫度θav=450℃