燃油（气）偏置炉胆锅壳式锅炉的水冷外部转向室设计探讨

探讨园地 燃油( 气) 偏置炉胆锅壳式锅炉的水冷外部转向室设计研讨 3 7 文章编号 ： 1 0 0 4 8 7 7 4 ( 2 0 1 5 ) O 1 - 0 0 3 7 - 0 5 燃油( 气) 偏置炉胆锅壳式锅炉的水冷 外部转向室设计探讨 何 上 俊 ( 佛山市科能锅炉制造有 限公 司， 广东 佛 山 5 2 8 2 1 6 ) De s i g n a n d Di s c u s s i o n o n W a t e r Co o l i n g Ex t e r na l S t e e r i ng Ro o m o f Oi l Ga s - fir e d S h e l l Bo i l e r wi t h Offs e t Fu r n a c e H E S h a n g - j u n ( F o s h a n K e n e n g B o i l e r Ma n u f a c t u r e C o L t d ， F o s h a n 5 2 8 2 1 6 ， G u a n g d o n g ， C h i n a ) 摘要： 根据设计带水冷外部转向室的燃油( 气) 锅壳锅炉的经验， 对水冷外部转向室的结 构 、 性能特点进行探讨。 关键词： 锅壳锅炉； 水冷外部转向室； 后墙管组； 设计 中图分类号 ： T K 2 2 7； T K 2 2 9 8 文献标识码 ： B O前言 卧式燃油 ( 气) 锅壳锅 炉大体上有干背式 和湿 背式两种结构。干背式锅炉的结构、 制造工艺简单 ， 制造工时短 ， 但运行一段时间后烟箱容易损坏 ， 经常 停炉维修 ， 影 响生产。带 内部 回燃室的湿背式锅炉 有效解决了干背式锅炉的上述缺点 ， 但 回燃室制造 工艺较复杂 ， 装配较困难 ， 制造成本也较高。有鉴于 此 ， 近年来 ， 本公司设计 开发了 WN S系列带水冷外 部转向室的燃 油 ( 气 ) 偏置炉胆湿背式锅壳蒸汽锅 炉 ， 容量为 0 5 4 t h ， 市场反映 良好。该型带水冷 外部转 向室的湿背式结构 ， 克服 了干背式结构 的缺 点 ， 兼具带内部 回燃室的湿背式结构的优点 ， 更具备 其独特 的 自身特点 ， 对 于小 容量燃 油 ( 气 ) 锅壳 锅 炉 ， 具 有 较 好 的适 应 性。笔 者 根 据设 计 经 验 ， 以 WN S 2 1 2 5 一Y( Q) 为例 ， 说明水冷外部转向室的 结构 、 性能特点。 1 WN S 2 1 - 2 5 一Y( Q) 基本参数与结构 特点 1 1 锅炉基本参数 WN S 2 1 2 5 一Y( Q) 基本参数如下 ： 额定蒸发量 D 2 t h 额定工作压力 P 1 2 5 MP a 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 0 -0 9 作者 简介 ： 何 上 俊 ( 1 9 6 6一) ， 1 9 8 9年 毕业于哈尔滨工业 大学 动 力 工 程 系 热 能工程 专业 ， 主要从 事锅炉及压力容器 的设计开发工作。 额定蒸汽温度 t ； 1 9 3 3( 饱和 ) 给水温度 t 6 0 冷空气温度 t l k 3 0 排热温度 t 1 6 5 排烟处过量空气系数 O 1 1 5 排污率 5 燃料量柴油 1 2 9 3 7 k g h 天然气 1 5 3 9 m h 锅炉热效率 叼 柴油 9 0 4 6 天然气 9 1 4 5 燃烧方式 室燃 结构型式 卧式湿背式锅壳锅炉 1 2 结构特点 WN S 2 1 2 5 一Y( Q) 锅炉结构示意如图 1 ， 锅 炉水冷外部转向室结构示意如图 2 。 本锅炉是卧式偏置炉胆内燃三回程烟管锅壳式 锅炉 ， 由燃烧机 、 前烟箱、 锅炉受压主体 、 锅炉底座、 保温组成。 锅炉受压主体包括锅壳、 烟管及水冷外部转向 室 。 锅壳由前管板、 锅壳筒体、 后管板、 炉胆、 斜拉 撑 、 人孔装置 、 手孔装置、 相关管座组成 。前 、 后管板 均采用扳边结构 ， 与锅壳筒体及炉胆之间均采用对 接焊接。锅壳简体上设置了各相关管座( 包括压力 表管座、 安全阀管座 、 主汽阀管座 、 副汽阀管座 、 排污 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 工业锅炉 2 0 1 5年第 1 期 ( 总第 1 4 9期) 图1 锅炉结构示意图 进水 口 图 2 锅 炉水 冷外部转向室结构不意图 管座 ) ， 也设置了人孔装置及手孔装置。前 、 后管板 焊接连接。 与锅壳筒体之间根据强度要求设置 了斜拉撑 。炉胆 后墙连通管 垂 直段 与水平段之 间成 9 0 。 弯 ， 采用平直炉胆( 按强度计算设置了加强环) ， 偏置于 垂直段与后墙集箱焊接连接， 水平段与后管板下部 锅炉右下部。 焊接连接。 烟管区布置在锅 炉左半部 ， 分两个 回程 ( 第二 集箱简体 、 后墙水冷管 、 后墙连通管 I、 后墙连 回程及第三 回程) ， 第二 回程设置在烟管 区上部 ， 第 通管 均采用无缝钢管( 2 0 G B 3 0 8 7 ) 。 三 回程设置在烟管区下部。 后墙集箱具备锅炉进水 、 汇集与分流的功能， 后 水冷外部转向室由后墙管组和后烟箱组成。 墙水冷管亦即上升管， 后墙连通管 I 与后墙连通管 后墙管组由后墙集箱 、 后墙水冷管 、 后墙连通管 的作用是连通锅壳简体与后墙集箱 ， 而后墙连通 I、 后墙连通管 组成。 管 兼具后墙管组的排污功能。 后墙集箱 由集箱简体 、 无孔端盖、 法兰组成 ， 集 后烟箱分为两部分 ： 后烟箱筒及后烟箱盖， 外为 箱筒体的上、 左、 下均开相应管孔， 简体一端与无孔 钢板壳体、 内敷耐火保温层。后烟箱筒与后烟箱盖 端盖焊接连接 ， 另一端与法兰( J B T 8 1 ) 焊接连接 ， 之间由法兰连接 ， 后烟箱盖可拆卸 。 有法兰的一端作为锅炉进水 口。 后墙水冷管的水平段 、 后墙连通管 I、 后墙连通 后墙水 冷管垂直段与水平段之间成 9 0 。 弯， 垂 管 均由耐火层覆盖 ， 后墙连通管 I及其 耐火层将 直段与后墙集箱焊接连接 ， 水平段与后管板上部焊 后管板第二 回程及第三 回程烟管 区隔开 ( 参看图 1 接连接。 及 图4 ) ， 上部为高温 区， 下部为低温区。 后墙连通管 1 分别与后墙集箱及后管板左 中部 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 探讨园地 燃油( 气) 偏置炉胆锅壳式锅炉的水冷外部转向室设计研讨 3 9 2 与带内部回燃室的湿背式结构的比较 带内部回燃室的湿背式结构如示意图 3 。 旦 旦 A 向 图 3 带内部 回燃室的湿背式结构示意图 内部 回燃室 由回燃室前管板 、 回燃室筒体、 回燃 锅炉 比带水冷外部转向室的湿背式锅炉要 复杂 ， 所 室后管板组成。 耗工时要多。 回燃室前管板作为第二回程烟管的管板， 其尺 寸要 比炉胆直径大许多。因此 ， 与带水冷外部转向 室的湿背式锅炉相 比， 在锅壳长度 、 炉胆直径 、 受热 面积相同的前提下 ， 带 内部 回燃室 的湿背式锅炉的 锅壳直径较大， 其锅筒壁厚也较大， 而且锅壳前 、 后 管板的斜拉撑 的数量要增多( 斜拉撑 的直径也有可 能要增大 ) 。 回燃室整个处在锅壳 内部 ， 其 回燃室后管板要 满足强度要求， 必须与锅壳后管板之间设置若干直 拉杆 ， 而带水冷外部转 向室的湿背式结构锅炉则无 此 项 。 带 内部 回燃室的湿背式锅炉材料成本 比带水冷 外部转 向室的湿背式锅炉要大。 在制造及装配工艺上 ， 带 内部回燃室 的湿背式 3 炉膛热力计算 炉膛热力计算依据前苏联 锅炉机组热力计算 标准方法 ( 1 9 7 3版 ) ， 将水冷外部转 向室与炉胆一 起作为整个炉膛进行计算。 水冷外部转向室的容积、 周界、 辐射受热面积如 图4所示 ： 周 界包括后管板 的一部分 、 纵 向壁面部 分 、 后墙水冷管中心线所在的面的一部分 ； 辐射受热 面积分二部分 ， 其一为后墙水冷管垂直段及水平段 的有效辐射受热面积 ， 其二为后墙连通管 I的有效 辐射受热面积。 炉膛 ( 炉胆 +水冷外部转 向室 ) 的热力计算 的 主要数据如表 1 。 表 1 炉膛热力计算的主要数据 4 烟气流 动特点 水冷外部转向室烟气流动如图 4 。 燃料在炉膛内燃烧， 充分放热后 ， 高温烟气在水 冷外部转向室 内转 向 1 8 0 。 进入第 二 回程 烟管。由 于烟气的流动， 产生了沿程摩擦阻力， 但沿程摩擦阻 力非常小 ， 可以忽略。由于流通截面的变化和转弯， 产生 了局部 阻力 。截 面 的变化情 况 ： 截 面先 由小 ( 人 口， 0 5 2 8 m ) 变大( 0 7 6 3 m ) ， 再变小 ( O 2 2 4 4 m ) ， 然后又变大 ( 0 3 4 6 m 。 ) 。烟气在水冷外部转 向室的局 部阻力 依据 工业 锅炉 烟风阻力 计算 方 法 进行计算， 其计算结果如表 2 。 5 水循环特点 水冷外部转 向室水循环示意如图 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工业锅炉 2 0 1 5年第 1期( 总第 1 4 9期 ) B 图4 锅炉水冷外部转向室烟气流动示意图 表2 水冷外部转向室局部阻力计算结果 锅炉进水时 锅炉不进水时 后墙水冷管 口 图 5水冷外邵转 向室水循环不意 图 当锅炉水位低 至锅炉给水泵启泵水位时 ， 锅炉 部之间 ； 而在后墙管组 ， l 4根后墙水冷管 由于受热 给水经 由给水系统从后墙集箱的进水 口进入后墙管 较强而重度最小 ， 6根后墙 连通管 I及 1根后墙连 组， 然后分别经由三个途径进入锅壳筒体内， 其一： 通管 由于覆盖着耐火混凝土而使其重度较大， 于 沿着 l 4根后墙水冷管进入后管板内水空间上部 ； 其 是由锅壳简体 内靠近后管板的区域与后墙管组的三 二 ： 沿着 6根后墙连通管 I进入后管板 内水空间左 种管子组成了水循环 ： 后管板 内水空间左 中部及下 中部 ； 其三 ： 沿着 1 根后墙连通管 进入后管板 内水 部的水沿着 6根后墙连通管 I 及 1根后墙连通管 窄间下部 进入后墙集箱， 再进入 1 4根后墙水冷管， 沿着后墙 当锅炉水位达到锅炉给水泵停泵水位时 ， 锅炉 水冷管 回到后管板内靠 近后管板 的水空间左上部 ， 给水泵停止给水 。由于锅壳筒体内水空间上 、 中、 下 从而完成 了完整后墙管组的水循环。 部的锅水有温差 ， 以及后墙管组内的后墙水冷管 、 后 通过锅炉给水泵的给水或后墙管组的水循环 ， 墙连通管 I、 后墙连通管 的受热情况不同而使各 都能使承受高温的后管板及后烟箱得到较好的冷 处的水的重度不同， 在锅壳筒体内， 上部锅水重度最 却 ， 有效避免了后管板及后烟箱的损坏。 小 ， 下部锅水重度最大 ， 中部锅水重度介于上部与下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 探讨园地 燃油( 气) 偏置炉胆锅壳式锅炉的水冷外部转向室设计研讨4 1 6 结语 水冷外部转向室具有显著特点 ： ( 1 ) 锅炉给水通过后墙管组进入锅壳， 大量给 水流过其管子 ， 同时冲刷高温的后管板 ； ( 2 ) 锅壳筒体内靠近后管板水空间上、 中、 下部 与后墙管组形成完整的水循环。 这样使得后管板及后烟箱得到较好的冷却， 大 大地降低 了后管板变形 或开裂 的可能性 ， 也有效避 免了后烟箱被烧坏 。 带水冷外部转 向室的湿背式结构锅炉的系列产 ( 上接第 3 3页) 意义 ， 例如一台装机容量为 3 0 MW 的生物质发电机 组 ， 每年消耗 的生物质燃料约为 3 0万 t ， 按机组实际 运行 3 0 0天计算， 每天消耗 1 0 0 0 t 燃料， 约需 1 0 0 辆车辆运输 ， 为了控制和掌握燃料质量 ， 需要每车取 样分析 ， 如每个样品都做热值分析的话 ， 工作量十分 巨大 ， 而通过测定水分 、 灰分 ， 根据燃料种类 ， 经热值 预测模型就可以测算出生物质热值， 为生物质电厂 经济指标核算 、 能量平衡 、 生物质燃料质量检验等方 面工作提供重要依据； 同时因生物质种类繁多， 生物 质电厂设计时采用 的燃料 品种 ， 往往与今后实际运 行时差距较大， 给实际运行带来较大影响， 有了这个 热值预测模型 ， 在设 计时， 可对不 同生物质燃料 、 或 按 比例加权平均的 昆合燃料进行 反复校核 ， 更接 近 生产运行时的实际状况， 为设计提供重要参考。盟 ( 上接第 3 6页) 是可行的， 不会出现粘结、 堵塞等走料不畅问题 。 ( 2 ) 对于 1 13“1 的单轴桨叶干燥机， 在轴转速 5 r p m、 平均壁面温度为 1 6 0 o C时， 可将湿煤泥的含水 率由约2 5 降低到约 1 4 2 ， 达到目 前常规干燥的 水平。在实际工程应用 中当干燥设备和热源温度给 定时 ， 走料量和干燥效果之间存在权衡。 ( 3 ) 带干燥尾气余热回收的煤泥干燥一燃烧一 体化系统在技术经济综合性能上优于湿煤泥直燃系 统， 干燥净热耗显著下降。跬 参考文献 1 程川 ， 何屏煤泥利用现状及分析 J 新技术新工艺， 品在多年的实际运行中也证实了这一点 。盈 参考文献 1 李之光， 李柏生新型锅壳锅炉原理与设计 M 北京： 中国标准出版社 ， 2 0 0 8 2 赵钦新， 惠世恩 ， 李卫东， 等燃油燃气锅炉结构设计及 图册 M 西安： 西安交通大学出版社 ， 2 0 0 2 3 锅炉机组热力计算标准方法( 1 9 7 3年版) M 北京： 机 械工业出版社 ， 1 9 7 6 4 工业锅炉设计计算方法编委会 工业锅炉设计计算方法 M 北京 ： 中国标准出版社， 2 0 0 5 参考文献 1 彭礼 ， 陶芳生物质热值的测定 J 能源， 1 9 8 3 ( 4 ) ： 2 6 2 8 2 陈荣耀 一种生物质燃料热值的选取方法 J 农村实 用工程技术( 农业工程) ， 1 9 8 6 ( 3 ) ： 1 8 3 程旭云 ， 牛智有，晏红梅， 等基于工业分析指标的生 物质秸秆热值模型构建 J 农业工程学报， 2 0 1 3 ( 1 1 ) ： 1 9 62 02 4 洪丽华， 阎军显基于最