燃油燃气锅炉的结构和设计

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1、第 5章 燃油燃气锅炉的结构和设计5.1 概述能源和环境目前已成为世界关注的焦点，我国能源的消费结构远 远跟不上国民经济的发展和人民生活水平的提高。而能源的消费结构 将从根本上影响我们所处的环境，特别是我国生活和工业锅炉在 80 年代以前基本上燃用煤炭，平均运行效率在 60%左右，能源的浪费和 环境污染问题相当严重。虽然“六五”期间，对容量稍大的燃煤工业 锅炉进行了大规模地改造，但其改造的范围是很窄的，大多数的生活 锅炉并没有得到根本的改进，致使我们国家环境污染问题日趋严峻， 很多城市和地区变成了酸雨区。因此，现在已经到了从根本上改变我 们国家能源消费结构的时候了。虽然我们国家以煤为主要能源的

2、情况 在 20 年内不会改变，但我们可以通过渐进的方式逐步改变，首先大 型燃煤机组的发展和改造应和先进发达国家的水平保持一致，提高效 率和运行水平，降低 SOx ，NOx 和 CO2 的排放量。在本世纪初，这x x 2 一进程将大大加快。目前我们国家所面临的最大难题是改造现有的工 业和生活锅炉，为此我们应该大力开发节能产品和节能技术，以改造 耗能和环境污染的大户工业锅炉。适当进口石油，放宽城市小型 工业锅炉和生活锅炉燃用油品的限制，并开发燃用油、天然气和城市 煤气的燃油和燃气锅炉，以取代那些耗能高、分布广、污染严重的生 活锅炉和部分工业锅炉。由于以前的能源的消费结构使得我们在燃煤 技术的研究上

3、下了较大功夫，而忽略了对燃用油、天燃气和城市煤气 的燃油和燃气锅炉的研究和开发，使得我们在燃油和燃气锅炉的研究 和设计制造方面存在很多盲目性。本章根据近几年对燃油和燃气锅炉 基础理论方面的研究以及和多家锅炉制造厂合作设计的实践讨论燃 油和燃气锅炉结构和设计。近几年，我国各大中型城市积极推行集中供热以解决小型燃煤锅 炉引起的局部环境污染问题，但集中供热的热源仍以燃煤为主，不能 从根本上解决粉尘、废水、废渣、有害气体的排放。因此，以燃用天 燃气、煤气、液化石油气以及液体燃料油等清洁燃料为主的环保型供 热系统在城市小区供热系统中获得了广泛的应用。清洁型燃料燃烧充 分，产生的有害气体少，对城市小区而言

4、，这种环保型的燃油燃气锅 炉供热系统还可使居民自行调节供热的温度和时间。但这种环保型的 燃油燃气锅炉供热系统要求更高，已成为锅炉和自动控制工作者联合 研究的课题。总体上看环保型燃油燃气锅炉是向减小体积和重量、提高效率、 提高组装化程度和自动化程度的发展方向。特别是近几年采用一些新 型燃烧技术和强化传热技术，燃油和燃气锅炉的体积比以前大为降 低，锅壳式蒸汽锅的热效率已高达92%93%。随着工业的发展，人 们对燃油和燃气锅炉的总体要求将更加严格。这种要求主要是解决经 济性、安全性、可使用性的矛盾，具体表现在以下几个方面：锅炉的高效率。燃油和燃气锅炉的高效率意味着可以节约日益 紧张和昂贵的能源。环保

5、型燃油燃气锅炉的燃烧效率和大型工业锅炉 已基本相当。环保型燃油燃气锅炉，特别是蒸汽锅炉，由于采用了低 阻力型火管传热技术和低阻力高扩展传热面的紧凑型尾部受热面，环 保型燃油燃气锅炉的排烟温度基本上和大容量的工业锅炉相同，可达 130 140 C。结构简单。采用简单结构的受热面，对锅壳式锅炉，采用单波 形炉胆和双波形炉胆燃烧，强化型传热低阻力火管，以及低阻型扩展 尾部受热面。除此之外还可根据具体要求配备低温过热器(W250C) 受热面。对水管式锅炉，采用膜式壁型炉膛，紧凑的对流受热面，可 配备引风装置，除此之外还可根据具体要求配备高温过热器(上 250C )受热面。使用简易配套的辅机。给水泵、重

6、油泵、重油加热器(电气- 蒸汽两用)、鼓风机和其它一些辅机要和锅炉本体一起装配，而且要 保证运输的可靠性。(4) 全智能化自动控制并配有多级保护系统。不仅配有完善的全 自动燃烧控制装置，更配有多级安全保护系统，应具有锅炉缺水、超 压、超温、熄火保护、点火程序控制及声、光、电报警。(5) 配备燃烧器(送风机)和烟道消音系统，降低锅炉运行的噪 音。(6) 应装备自动加药装置，水处理装置。(7) 配备其它监测和限制装置，至少应保证锅炉 24 小时无监督安 全运行。5.2 锅炉的参数、型号和技术指标5.2.1 锅炉参数5.2. 1.1工业锅炉的参数系列（参见GB19211988, GB31661988

7、）锅炉参数指锅炉容量、工作压力、工作温度。工业锅炉蒸汽的容量用额定蒸发量（D）表示。额定蒸发量（D） 表明锅炉在蒸汽压力，蒸汽温度，规定的锅炉效率和给水温度下，连 续运行时所必须保证的最大蒸发量，单位为t/h。工业热水锅炉以额 定供热量（Q）表示，其单位为MW。蒸汽锅炉额定工作压力和温度是指末级过热器出口集箱主蒸汽阀 出口处的过热蒸汽压力和蒸汽温度，对于无过热器的锅炉，可用主蒸 汽阀出口处的蒸汽压力和温度来表示；热水锅炉额定工作压力和温度 是指额定热水出水阀处的热水压力和温度。压力的单位用Mpa，温度 的单位为C。蒸汽锅炉给水温度是指进省煤器的水温度，对无省煤器的锅炉是 指进入锅炉锅筒的水温度

8、；热水锅炉一般为额定进口水温度。我国工业蒸汽锅炉的参数系列如表 5-1 所示；热水锅炉的参数系 列如表 5-2 所示。F:毕业设计图片5-l.jpgF:毕业设计图片续5-l,5-2.jpg5.2.1.2常压热水锅炉的参数系列（参见JB/T 79851995）常见热水锅炉是以水为介质，表压力为零的固定式锅炉。这种锅 炉本体开孔与大气相通，在任何工况下锅炉水位线处压力为零。常压 热水锅炉的参数应符合表5-3 的规定。F:毕业设计图片5-3.jpg5.2.2锅炉型号5.221工业锅炉产品型号的编制方法（参见JB/T 16261992）工业锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。表 示如下：

9、型号的第一部分表示锅炉和燃烧设备的形式，共分三段。第一段 用两个汉语拼音字母代表锅炉的总体形式（表5-4，表 5-5），第二段 用一个汉语拼音字母代表锅炉的燃烧设备（表 5-6），第三段用阿拉伯 数字表示蒸汽锅炉的额定蒸发量为若干t/h或热水锅炉额定热功率为 若干 MW。型号的第二部分表示介质参数，共分二段，中间以斜线相连。第 一段用阿拉伯数字表示额定蒸汽压力或允许工作压力为若干Mpa；第 二段用阿拉伯数字表示额定过热蒸汽温度或出口水温度和进口水温 度，单位为。C。蒸汽温度为饱和温度时，型号的第二部分无斜线和第 二段。型号的第三部分表示燃料种类。以汉语拼音字母代表燃料种类， 同时以罗马数字代表

10、燃料品种分类与其并列（表5-7）。如同时使用几 种燃料，主要燃料放在前面。工业锅炉如为气水（热水、开水）两用或三用锅炉，以锅炉的主 要功能来编制产品型号。例如：WNS10-1.25-YCQT表示锅壳式、卧式、内燃、室燃，额 定蒸发量为10t/h,额定工作压力为1.25Mpa,蒸汽温度为饱和温度 194C(由饱和压力确定)，燃用轻柴油或天然气两用，以燃用轻柴油 为主的蒸汽锅炉；WNS4.2-1/115/70-QJ表示锅壳式、卧式、内燃、室 燃，额定热功率为4.2MW，额定工作压力为1.0Mpa，热水温度为 115C，进水温度为70C，燃用焦炉煤气的热水锅炉。5.2.2.2 常 压 热 水 锅 炉

11、 产 品 型 号 的 编 制 方 法 参 见 (JB/T7985-1995)常压热水锅炉的产品型号也由三部分组成，和工业锅炉产品型号 的编制方法基本相同，所不同的是型号的第一部分由常压锅炉的代号(C)、锅炉总体型式和燃烧设备组成。例如：CWNS1.4-95/70-YZ表示常压锅壳式、卧式、内燃、室燃， 额定热功率为1.4MW，额定工作压力O.OMpa，额定出口水温度为 95C，额定进口温度为70C，燃用重油的热水锅炉。5.2.3 锅炉的技术指标锅炉的技术指标一般是指锅炉的热效率，锅炉的热效率是指送入 锅炉的全部热量中被有效利用的百分数，表示热能转换的有效份额， 目前工业和生活上使用的燃油燃气锅

12、炉的热效率一般为86%90%。 新设计的环保型燃油燃气锅炉的热效率可达91%93%。远远超过我 国ZB98011-1988工业锅炉通用技术条件中给出的热效率的规定 值，标准规定值如表5-8所示，任何锅炉的热效率不应低于表中规定。5.3 燃油燃气锅炉的结构5.3.1 锅炉发展简介锅炉的产生是从人们对液体进行加热的基础上发展起来的。采用 燃烧的方式对液体的加热大体上可分为直接加热和间接加热。所谓间 接加热，就是高温火焰或烟气与被加热的物料不直接接触或用固定导 热体隔开。锅炉就是采用间接加热原理来加热介质的。对圆筒中的水 进行直接火焰加热，即把锅筒直接放置在燃烧设备上方加热，就是间 接加热的一种，这

13、种简单的加热方式热效率较低，为45%55%, 般只能用作厨房燃具。以后在此基础上形成了火管式锅炉和水管式锅 炉，如表5-9 所示。所谓直接加热，就是高温火焰或烟气与被加热的 物料直接接触。这种加热方式一般有三类：一类是用短火焰或高温烟 气直接烘烤固体，对固体进行局部性快速加热，如热处理炉加热；二 类是高温烟气和被加热的气体物质进行混合，将低温的气体物质加热 成加热成高温介质，如直燃式的暖风机；三类是高温烟气和被加热的 液体介质进行混合加热，如浸没燃烧加热。对于一些小型的采暖锅炉， 当燃用比较清洁的气体燃料时，也可直接将锅炉尾部的烟气和冷水相 接触，将水加热以供应热水，同时最大限度地利用锅炉尾部

14、余热。从锅炉技术的发展史可以看出，锅炉的发展可以归纳为两个不同 的地方，这两个方向都是在对液体间接加热基础上演变而来。了解这 一锅炉的发展渊源，对我们更好的开发新产品会有一定的作用。如表 5-9 表示。一个方向是在圆筒形锅炉a)的基础上，在圆筒内部增加受热面 积，开始是在一个大圆筒内增加了一个火筒b),燃烧在火筒中燃烧。 以后增加到两个火筒C）。再以后从两个火筒发展到很多小直径的烟 管（纯烟管式d）,开始是立式的烟管e）, f）,后来容量增大后发展为 卧式火筒-烟管式g），h）。这些锅炉因为燃料燃烧后的高温烟气在火 筒（炉胆）和烟管中流动,所以统称为火管或者锅壳式锅炉。另一个方向是在圆筒形锅炉

15、i）的基础上，在圆筒外部增加水筒的 数目j），燃料在筒外燃烧。和火管式锅炉的发展相类似，水筒的数目 不断增加，发展成很多小直径的水管（k，1，m，n，0）。也有一开始 就采用盘旋的一次直流水管直接快速地加热工质p）, q）。这些锅炉因 为水在管中流动，所以统称为水管式锅炉。燃油燃气锅炉就其本体结构而言可分为火管锅炉和水管锅炉。火 管锅炉结构简单，水及蒸汽容积大，对负荷变动适用性好，对水质的 要求比水管锅炉低，多用于小型的企业生产工艺和生活采暖上。水管 锅炉的受热面布置方便，传热性能好，在结构上可用于大容量和高参 数的工况，但对水质和运行水平要求较高。水火管锅炉是在火管锅炉 和水管锅炉的基础上发

16、展起来的，具有两者的优点，对水质要求和水 管锅炉相近。火管锅炉因为容量较小，结构紧凑，一般制成快装式锅 炉，容量不大的水管锅炉也可制成快装锅炉，以便于运输和现场安装。中小型燃油燃气锅炉的发展，大体上可分为三个不同时期。1）从燃煤锅炉的基础上发展而来，锅炉结构仍然保留着燃煤锅 炉的特点。它只是去除了燃煤的燃烧设备，对炉膛稍加改装后，加装 燃油、燃气燃烧装置而成的。如图5-1 a）所示。2）第二次世界大战后，小型燃油锅炉得到了很大发展，这些锅 炉是按照油船用锅炉的要求进行设计的，其结构、形式的发展均受到 船用锅炉空间的限制，燃油、气燃烧器也没有进行标准化生产，在其 它工业中的应用受到限制。如图5-

17、1 b）所示。3）专门按照燃油燃气的燃烧特点进行设计的燃油燃气锅炉。随 着工业化的发展，对燃油燃气锅炉的容量和参数提出了更高的要求。 另外，鉴于城市大气污染日趋严重，因此国家对锅炉的排放物提出了 日益严格的限制，很多国家的能源消费结构发生了很大变化。因此， 70 年代以来，发达国家中小型锅炉燃用轻质油、天然气等清洁燃料 的份额日渐增多，燃油燃气锅炉进入独立开发的发展时期，（参见图 5-1 c）。5.3.2 锅壳式（火管式）燃油燃气锅炉锅壳式燃油燃气锅炉是环保型锅炉的主要形式，锅壳式可分为立 式和卧式两种类型。其中立式锅炉容量较小，卧式锅炉一般具有较大 的容量。5.3.2.1 立式锅壳式燃油燃气

18、锅炉现代中小型燃油燃气锅炉趋向于快装化、轻型化、自动化。立式 锅炉由于结构简单、安装操作方便、占地面积小、应用极广。新型的 立式锅炉效率可达85%90%, 般为蒸气锅炉。立式锅壳式燃油燃气 锅炉容量一般在1.0t/h以下，蒸气压力一般在1.0Mpa以下。用于热 水供应系统的锅炉容量可达1.4MW。比较常用的型式有燃烧器顶置式两回程套筒式无管锅炉（图 5-2a） ,b）,这种锅炉较有特色，主要依靠炉膛的高温辐射换热和强烈旋转气流的对流换热来加热工质，锅炉本体为套筒式，一般在 0.5t/h以下炉膛采用平直炉胆，0.5t/h以上炉膛采用波纹与平直组合炉胆。 采用旋转火焰沿炉胆下行，高温烟气冲刷焊在锅

19、筒筒体外侧的扩散对 流受热面进行均匀的对流换热，这种肋片均匀的焊在锅筒四周整个长 度上，充分利用了烟气余热，而且对流受热面烟风阻力不大，一般可 将排烟温度降到合理的程度。该锅炉占地面积小，操作维护简便，对 水质的适应能力强，没有水管锅炉爆管的危险。这种锅炉适宜制成蒸 气和热水锅炉，亦可制成气水两用炉。这种锅炉的炉胆形状和火焰形 成相匹配，可得到完全展开式火焰，结构简单流畅，这种锅炉在结构 上有很多的变种，无论是烟气从侧面进入锅筒外侧的扩展受热面（图5-2 a）,还是烟气从锅炉下部沿整个锅筒周长均匀冲刷受热面（图5-2 b）,它们都是一些非常有代表性的燃油燃气锅炉。第二种立式锅壳式燃油燃气锅炉为

20、燃烧器下侧置式（图 5-2c），一般为热水锅炉，其容量一般为0.7MW以下，因为容量较小，燃烧器 功率小，克服的烟气阻力较小，火焰形状受到炉胆的极大限制，得不 到完全展开式火焰。垂直的第二回程烟管管径较大，管程较短，烟气 流速较低，无论是炉胆还是对流烟管都不是非常适合燃油燃气特性的 结构，材料的利用率低。但是这种锅炉燃烧器下置式比较适合家用的 习惯，因而得到了很大发展，此种锅炉的效率需待进一步提高。第三种为回焰式炉膛的强化传热和对流烟管的组合结构（ 5-2 d）。这种结构是在卧式中心回焰燃油燃气锅炉的基础上，对烟管进 行了符合蒸气条件的改装后而成，因为其烟气的流动有两程均为由上 下行，因而此种

21、锅炉一般只能采用单回程烟管，而且烟管必须设置扰 流子或采用强化传热式烟管。这种锅炉的火焰亦可以自由伸展，且采 用中心回焰燃烧，炉膛综合辐射对流换热比较强，其排烟温度也比较 合理，其缺点是对燃烧器所克服的背压有一定的要求。另外，还有一些小型立式锅炉制成板式受热面，或采用铸铁片式 锅炉，这两种锅炉在小型家用采暖炉的应用上有很大发展，特别是铸 铁片是采暖炉，耐腐蚀、造价低，使用寿命长，很受用户欢迎。图 5-2 e）给出的是具有悠久历史的板式受热面锅炉，这种锅炉在对流 受热面的布置上有较大余度，比较适合燃用气体的锅炉。这类锅炉在 国外应用较多，在我国也以有产品销售。主要因为我国用于燃油燃气 的铸铁片型

22、式的锅炉尚处在研究开发阶段，从未来的形势看，铸铁片 式采暖炉可以部分代替一些常压的钢制锅炉。从理论上看，小型立式锅炉要想达到较高的热效率，必须具有特 殊设计的燃烧器以强化炉膛内和温度的四次方成正比的辐射换热和 增强部分对流换热，采用较大的辐射换热面积，这样才能最大限度地 降低炉膛的出口烟温，对流受热面一般只能采用烟风阻力较低的异形 受热面或直接采用光管管束，因而不能期望第二回程产生较大的降 温，如果设计不当，排烟温度可能较高。对蒸气锅炉而言，热效率一 般为 85%左右；对热水锅炉而言，热效率一般为 87%以上，这是小型 立式锅炉的矛盾所在。5.3.2.2 卧式锅壳式燃油燃气锅炉随着人们对节能和

23、环保意识的增强，现代燃油燃气小型锅炉也向 着组装化、大型化，自动化方面发展，在这些方面，燃油燃气锅炉比 燃煤锅炉有突出的优点。其中，卧式锅壳式燃油燃气受到很大重视， 究其原因，有以下几点：(1) 高、宽度尺寸较小，适合组装化对外形尺寸的要求，而锅壳 式结构也使锅炉的围护结构大大简化，比组装式水管锅炉具有明显的 优点；(2) 采用微正压燃烧时，密封问题比较容易解决，而且火筒的形 状有利于燃油、燃气锅炉的火焰形状；(3) 由于采用了强化传热的异形烟管作为对流受热面，其传热性 能超过一般水管锅炉的横冲管束的水平，克服了烟管采用光管传热性 能较差的缺点，使燃油燃气锅炉结构更加紧凑；(4) 这种锅炉在燃

24、油、燃气爆炸时，锅炉本体受破坏的可能性小， 因为其烟气通道的承压能力比水管锅炉高；(5) 对水处理要求较低，水容积较大，对负荷变化的适应性强。这种锅炉近年来在结构上有许多改进，特别是对火筒结构上的改 进。例如，采用湿背式火筒结构代替干背式结构，避免第一回程出口 转向烟室难以密封的问题，使这种锅炉更适于微正压燃烧。烟气通道 的密封问题，也得到完善的解决。采用先进的隔热保温材料减少了散 热损失，进一步提高了现代燃油燃气锅炉的热效率。卧式火管锅炉常用的烟管结构形式，主要区别是采用烟气的回程 数，生产实践中大多是三回程的，此外还有用二回程和四回程，甚至 五回程的。二，四回程的烟囱在炉前，安装使用不方便

25、；五回程的结 构太复杂，一般少用。采用卧式锅壳式锅炉较易采用微正压燃烧，密封问题比较容易解 决，而且火筒的形状比较符合燃油、气燃烧器火焰形状，炉膛和对流 受热面布置起来比较容易，可采用多回程。可以布置适当的尾部受热 面以降低排烟温度。卧式锅壳式燃油燃气锅炉容量一般在 1t/h 以上，其最大容量可 达20-25t/h,工作压力可以达到1.6-2.5Mpa，热负荷小 Q10MW）的 锅炉采用单炉胆布置，热辐射大（210MW）的锅炉采用双炉胆布置。 一般卧式锅壳式锅炉燃油燃气蒸气锅炉的热效率在87%左右,排烟温 度一般为250C；环保型燃油燃气锅炉的排烟温度基本上和大容量的 工业锅炉相同，可达130

26、140C.其热效率可达93%左右。卧式锅壳式锅炉燃油燃气锅炉的结构比较固定，其变化主要是对 前后烟箱、尾部受热面的布置进行改革，主要结构形式有干背式顺流 燃烧锅炉、湿背式顺流燃烧锅炉和湿背式中心回焰燃烧锅炉（图5-3）。 计算结果表明： 1t/h 以下的锅炉可以采用干背式顺流燃烧锅炉结构（图5-3 a）；（2） 2t/h以下的蒸气锅炉可以采用湿背式中心回焰燃烧锅炉结构 （图5-3 c）。湿背式中心回焰燃烧热水锅炉最大容量可达到2.8MW, 而其最小容量往下延伸到0.05MW；是1.4MW以下卧式热水锅炉的最 佳结构。2t/h以上的蒸气锅炉均可采用湿背式顺流燃烧锅炉结构（图5-3 b）,大型的环

27、保型燃油燃气蒸气锅炉一般采用这种锅炉结构， 这种锅炉也使其它受热面（过热器、尾部受热面）的布置更加灵活， 而且可根据热负荷的大小选择单炉胆或双炉胆结构。卧式锅壳式锅炉总体上可分为干背和湿背式结构，图5-3 a）为 干背式锅炉简图。可以看出，由燃烧器喷出燃料点燃后生成的燃烧产 物到达炉胆的另一端后，经耐火砖隔成的烟式折转进入烟管，多为二、 三回程结构。干背式锅炉结构的燃烧器喷出燃料点燃后生成的燃烧产 物在面积有限的炉胆内换热，炉胆出口的高温烟气直接和后烟箱盖接 触和冲刷，后烟箱盖多为耐火砖制成，容易损坏，不得不经常停炉修 理，缩短了锅炉的正常运行周期。锅炉容量越大，这一情况越严重。 但随着锅炉容

28、量的减少，炉胆的相对面积增加，炉胆出口温烟大为降 低，可明显改善烟气对后烟箱盖的冲刷和破坏程度，经过计算认为， 1.0t/h 以下的锅炉可采用干背式结构，而这一结构显然不适合容量 较大的锅炉。图5-3 b ）是全湿背式顺流燃烧式结构，这种湿背式结构被较多 地用于燃油和燃气锅炉，主要是因为该锅炉的湿背式结构避免了干背 式结构后烟箱盖受高温烟气直接冲刷容易损坏，不得不经常停炉修理 的缺点，从而延长了锅炉的正常运行周期，大大降低了维护费用。另 外经过炉胆和第一回程烟管的换热，至前烟箱时烟温已较低，使得前 烟箱门的制造简单。但这以结构的回燃室制造起来比较复杂，装配起 来也比较困难，要增加很多辅助部件，

29、其制造成本包括一些模具的初 投资较高。还有焊缝的数量较多，焊接工作量大，比较适合现代化大 规模运作生产。这种锅炉在熟练制造工艺的前提下，无论是燃烧过程 还是结构本身以及运行都具有最高的可靠性。这也是经常采用这种结 构的一个主要理由。目前我国几家专业的燃油燃气锅炉制造厂采用这 一结构已成功地制造出 12t/h,15t/h,20t/h 蒸汽锅炉。图 5-3 c )是全湿背式中心回焰燃烧结构，这种悬浮式全湿背炉 胆是英国换热器公司的一项技术革新，后来日本川崎重工的KS型锅 炉和平川铁工所的MP-800,东京煤气公司的MP-2000，还有意大利 NVA 型热水锅炉也都相继采用了这种结构。这种类型的锅炉

30、若为蒸汽 型一般采用轴对称向下偏置，若为热水锅炉时则往往采用中心对称。 该结构有如下几个特点：(1) 受热面积的优化利用。根据炉膛辐射换热量和温度的四次方 成正比的原理，该炉炉胆空间大，有效方式受热面大，炉膛辐射吸热 量占总吸热量的比例大。表5-10示出了几家锅炉厂4t/h的燃油和燃 气锅炉的炉胆辐射吸热量和对流吸热量份额的比较，可以发现这种锅 炉辐射受热面的有效利用比较好。(2) 炉内气流组织均匀。由于高速火焰对回流的卷吸作用，炉内 的温度场极为均匀，且降低了火焰的温度,可有效的抑制Nox的生成， 是一种利于环境(friendly-enviromental)的燃烧方式。同时由于 回流的紊流作

31、用，增加了气流和壁面的对流换热，特别当在火焰中心 附近设置波纹炉胆时，对流换热更加强烈。 烟管管束为单回程，有效地降低了本体的烟风阻力。可显著 降低鼓风机的运行电耗，且该锅炉不需要引风机，降低了对燃烧器所克服背压的要求。 散热损失少，可获得比其它结构更高的热效率。和干背式比， 没有后烟箱的散热，和其它湿背式锅炉相比，因为本体的流阻小，其 前烟箱盖可采用夹层风冷的两层结构，燃烧用的空气从耐火层外侧进 入，一方面起冷却作用，降低烟箱盖的表面温度，另一方面被预热的 空气可强化燃烧。根据锅炉设计原理，燃油和燃气锅炉总的热损失为：工 q = q 2+q 3+q 4+q 5+q 6对燃油和燃气锅炉q ,q

32、 =0.0,q在燃烧工况正常的情况下基本上4 6 3为定值，q在没有锅炉尾部受热面的情况下，对特定的锅炉参数也基2本上是个定值，要提高锅炉的效率只有减少q ,因此这项散热损失的5大小对锅炉热效率的影响不能低估，应重视锅炉的保温隔热结构，尽量减小q。目前国外的一些小型燃油和燃气锅炉，额定工况下的散热5损失已能达到 1%以下，而要把一般的燃油和燃气锅炉在不增设尾部受热面的情况下效率提高到90%以上，降低 q 已成为一项关键措施。5 结构简单，符合锅炉制造厂制造工艺的要求，也符合用户对 对运行和维修的要求。 全湿背式中心回燃结构也存在一些缺点：由于锅炉容量太小 时，炉胆受热面积的相对增加量比较大，辐

33、射吸热量很大，低温回流 的卷吸作用将影响燃烧的稳定。故这种结构不宜在容量太小的锅炉上 采用。另外这种结构对前烟室的要求较高。国外这种锅炉前烟室的耐 火层都是异形浇注，密封和固定都比较好，特别是这类锅炉中的中心 对称热水锅炉，加上异形浇注的耐火层，结构紧凑，更具有特别的魅 力。以上所谈到的三种炉型都有一些各自的变种，如干背式可采用不 同的二、三回程；湿背顺流燃烧式炉胆可以偏置，也可以轴对称布置； 全湿背式中心回燃结构的炉胆不仅可以轴对称布置，可可以中心对称 布置，有时还可以偏置。这种偏置式的布置虽然在水循环方面有一些 好处，但偏置时对燃烧气流的流动有一定的影响，在这里提请设计者 注意：除非采用具

34、有大动量的燃烧器喷出气流，否则宜少用这种结构。 图 5-4 示出了一台某厂生产制造的典型的全湿背式顺流燃烧式结构 的燃油和燃气锅炉。上述三种炉型的变化可以用图5-5 的示意图进行 说明。5.3.3 水管燃油燃气锅炉 在中小型锅炉的范围内，水管锅炉比锅壳式锅炉在如下几个方面 具有明显的优势： 能适应锅炉参数(工质温度和压力)提高的要求。从工业生 产的角度讲，更高的蒸气温度和压力可降低工业生产机械的重量和尺 寸，提高生产效率。而以炉胆和锅壳为主要受压元件的锅壳式锅炉当 用于高的温度和压力时会显著增大受压件的壁厚，不仅增加锅炉的钢 耗量，而且使锅炉受热面的布置和锅炉的运行缺乏灵活性。(2)各种受热面

35、的布置比较灵活。不仅能较方便地设置尾部的空 气预热器和省煤器，还可以根据工业生产的需要，设置过热器。(3)有更高的安全裕度。水管锅炉的汽包不承受直接的辐射和火 焰冲击，安全性较高，另外其承受直接辐射和火焰冲击的受热面管件 如果发生爆管事故也比锅壳式锅炉炉胆发生破裂的危害程度小。但是，水管锅炉对水质要求较高，生产时需要更大型、更先进的 焊接、加工设备。中小型水管燃油燃气锅炉也有立式和卧式两种。在2t/h以下的 范围内，立式水管锅炉得到了很大程度的发展。5.3.3.1 立式水管燃油燃气锅炉小型立式水管燃油燃气锅炉在国外获得了广泛应用，形成了较 有影响的且比较固定的几种结构形式。立式水管燃油燃气锅炉

36、占地面 积小、结构紧凑、独特，制造比较精巧，但所有这些立式水管锅炉对 水质的要求比较高，对自动控制和辅助设施的要求同样比较高，如这 些锅炉必须配备自动加药器和自动给水软化器，需要经常的维护和检 查。立式水管锅炉的结构比较紧凑，炉体为燃烧器顶置式，上下矩形 集箱之间焊有二圈水管，燃料在炉膛内燃烧后经侧面出口进入二圈水 管之间进行横向冲刷后至烟囱，这样锅炉效率大大提高，排烟温度降 低。虽然大致结构相同，但还有一些类似的立式直流锅炉在此基础上 作了很多改进，目前这种锅炉自动控制程度高，一般容量特别小的锅 炉只有一圈水管，燃料在炉膛内燃烧后经下部微隙出口上行至烟囱； 容量稍大的锅炉有二圈水管，燃料在炉

37、膛内燃烧后经侧面出口进入二 圈水管之间进行横向冲刷后至烟囱，具有较高的锅炉效率。如图5-6 所示在茬原公司生产的两种类型的立式水管锅炉。图 5-7 给出了三种比较常用的立式水管锅炉的示意图，其中图5-7 a）和图5-7 b）的差别主要是烟气横向冲刷烟管的方式不同。 图5-7 c）图5-7 a）, b）的差别主要在于烟管周向节距的不同，图 5-7 c）采用了烟管和扁烟焊接而成的膜式水冷壁。还有两种立式的锅炉采用强制循环管盘式水管直流锅炉，所谓的 直流锅炉是指锅炉的给水依靠给水泵的压力在受热面中一次流过蒸 气发生锅炉。这种设计结构简洁流畅，受热面安排合理，需要比较高 的制造和集成技术，对盘管的膨胀

38、性能需作准确的计算。但由于直流 锅炉的工况不稳定，没有固定的气水分界线，对锅炉的控制技术要求 较高。一般直流锅炉都用于大型发电机组，随着控制技术的发展，目 前开始用于小容器、低参数的燃油燃气锅炉，并获得了推广。图5-8 a）是美国克雷登（Clayton）公司生产的立式盘管式的快 速蒸汽发生器，该锅炉结构比较独特，采用了一些比较先进的制造技 术，设计比较考究，但同样对水质和操作管理提出了更高的要求；该 锅炉结构比较简单，主要受压元件为盘管和气水分离器。它采用单一 的锅炉盘管，自给水入口至气水分离器出口为单一的螺旋形锅炉管。 即从锅炉进水口到蒸汽出口只有一个通道。盘管是由一根螺旋形的、 分段放大的

39、、不同直径的管子制成，以适应当流体流经盘管被加热后 密度的变化并达到控制流体的流速。同时强制循环的水高速通过管子 可分散气泡，以利于有效的热交换。锅炉受压元件均采用焊接连接。 由于采用盘管，受热后能自由伸缩，所以锅炉运行后产生的热膨胀对 锅炉的影响较小。这种锅炉的燃烧器位于锅炉底部，燃烧火焰从下向上喷射，形成以心状火焰，保证燃烧稳定，火焰充满度好，燃烧效率高（见图 5-9）锅炉的烟气流向和盘管内水的流向采用逆流布置，锅炉烟气自下 而上，水流自上而下，见图 5-10。由于盘管进口段内的给水温度比 较低，它能充分吸收烟气放出的热量，使排烟温度比较低，提高了锅 炉效率。克雷登进水泵是该公司独特的专利

40、之一，用来实现流体的强制循 环。水泵为正排量的容积式隔膜泵，设计为没有填料函以及除止回阀 外水不与运动部件相接触，这就没有一般水泵的泄露和运动部件磨 损。实际上无需费心维护。这种设计适用于输送204C高温冷凝水返 回系统。水泵的进出门均设有缓冲器以吸收压力的脉动，从而保持稳 定的泵流量。在所有时间内水泵均输送过量的水以保持润湿盘管，确 保管子温度受到控制以防止局部过热和水垢沉积。锅炉的耗水率与烧 火率是相对应的。水泵均可保持一定的流量，以保证所要求的水对蒸 气输出量之比率。水泵在压力变化的情况下既安全可靠又流量稳定。克雷登锅炉由于采用直流盘旋结构，无大型的锅筒，传热采用逆 流布置，传热效率高，

41、并且锅炉本体、气水分离器、水泵、风机、燃 油泵、燃烧器、控制箱等组装在一起，因而重量轻、体积小、占地少、 运输安全方便。克雷登锅炉带有蒸气吹灰系统，锅炉的安全装置比较 宀 完善。图5-8 b）属烟道间隔式盘旋锅炉，其结构比较简单，适宜于制 造小型快速蒸气发生器。燃油燃气锅炉的炉型大致相同，各种类型的燃油锅炉都可以燃烧 气体燃料，只是采用的燃烧器有所不同。有些锅炉是油、气两用炉， 其燃烧器结构适用两种燃料，但操作方法有区别。因为气体燃料燃烧 需要的空间较小，所以专门为气体燃烧设计的锅炉，其结构将更加紧 凑。5.3.3.2 卧式水管燃油燃气锅炉 考虑到紧凑和运输的方便，中小型水管燃油燃气锅炉以卧式

42、居 多，比较常见的有D型,A型和0型，如图5-11所示。其共同特点 是燃烧器水平安装，操作和检修比较方便；宽、高尺寸较小，受热面 的布置沿长度方向有很大的裕度，利于快装，可组装生产。但是随着 自动控制技术的发展，而且有的锅壳式锅炉上也可以布置过热器，再 加上烟管的强化传热技术的发展，一般来说容量在 10t/h 以下，和锅 壳式锅炉相比，水管锅炉无明显的优势。但当锅炉容量大于10t/h或 15t/h 以上，水管锅炉的优势是很突出的。D型、A型和0型燃油燃气锅炉中，D型用得最多，经过了长期 的使用考验，从 D 型出来的炉型也较多，而且 D 型在布置过热器和省 煤器方面更加灵活，如图 5-12 所示

43、为 D 型锅炉的一种，被称为 SZS 双纵锅筒锅炉。这种双锅筒的 D 型锅炉需要两个气包，金属耗量大， 除气包外，其它受压元件还有冷壁管、对流管束、集中下降管和集箱 等。因此目前经常采用的都是一些 D 型锅炉的变种结构，如图 5-13 所示为一含有两级过热器和省煤器的D型锅炉。这些D型锅炉的变种 结构在受热面的布置上更加灵活，锅炉容量可以大到 100t/h 左右， 压力可以达到次高压，即 6.5MPa ，过热器的出口蒸气温度可达到500 C左右。图5-14给出的是炉体呈0形布置的带纵向锅筒的燃油燃气锅炉 这种锅炉的形状类似于火车车皮的外形，注意尺寸要求就极利于锅炉 的快装化，炉膛在长度方向发展也极适合于燃油燃气火焰的形状。也有较多水管燃油燃气热水锅炉做成角管式，设计为强制循环，图 5-15 所示为这种锅炉的一种型式。