- 传热技术、设备与工业应用
- 廖传华 李海霞 尤靖辉
- 9553字
- 2020-08-28 08:06:07
3.3 热水锅炉
在采暖工程中,热媒有热水和蒸汽两种。由于热水与蒸汽相比泄漏量小、管路损失小,取暖具有节约燃料(可节约燃料20%~30%)、易于调温、运行安全和供暖房间温度波动小等优点,同时国家对热媒又作了政策性规定,要求大力发展热水供暖系统,因此,作为直接生产热水的设备——热水锅炉随之得到了迅速的发展。
与蒸汽锅炉相比,热水锅炉的最大特点是锅内介质不发生相变,始终都是水。为防汽化,保证安全运行,其出口水温通常控制在比工作压力的饱和温度低25℃左右。正因为如此,热水锅炉无需蒸发受热面和汽水分离装置,一般也不设置水位表,有的连锅筒也没有,结构比较简单。其次,传热温差大,受热面一般不结水垢,热阻小,传热情况良好,热效率高,既节约燃料,又节省钢材,钢耗量比同容量的蒸汽锅炉约可降低30%。再者,对水质要求较低(但须除氧,并注意补给水处理以避免锅炉严重结垢而烧损受热面),受压元件工作温度低,又无需监视水位,热水锅炉的安全可靠性较好,操作也较简便。
热水锅炉的结构形式与蒸汽锅炉基本相同,也有烟管(锅壳式)、水管和烟、水管组合式三类。按生产热水的温度,可分为低温热水锅炉和高温热水锅炉两类,前者送出的热水温度一般不高于95℃,后者的出口水温则高于常压下的沸点温度,通常为130℃,高的可达180℃。但是在这类锅炉中由于没有蒸汽锅炉汽水那样大的密度差,所以热水在锅内的流动方式是最关键的。通常热水锅炉可按热水的流动方式分为强制流动(直流式)和自然循环以及二者均具的复合循环几大类。
3.3.1 强制流动热水锅炉
强制流动热水锅炉是靠循环水泵提供动力使水在锅炉各受热面中流动换热的。这类锅炉通常不设置锅筒,受热面由多组管和集箱组合而成,结构紧凑,制造、安装方便,钢耗量少,也称为直流式热水锅炉,我国早期生产的热水锅炉和国外大容量热水锅炉大多采用这种强制流动的方式。
此型热水锅炉以往习惯称为强制循环热水锅炉,其实水在锅内并非循环流动,而是作一次性通过的强制流动;只有在整个供热系统内,热水才是强制循环流动的。根据锅炉中水和烟气的相对流向,强制流动热水锅炉的受热面有顺流式、逆流式和混流式三种布置形式。顺流式锅炉中水和烟气的流动方向一致,即系统回水由锅炉前端进入,热水在尾部受热面末端引出。这种布置形式,水和烟气之间温差小,传热效果差,但尾部受热面因内侧水温较高,有利于防止低温腐蚀和积灰。逆流式热水锅炉,由尾部受热面进水,锅炉前端出水,其优缺点正好与顺流式相反。混流式热水锅炉介于二者之间,受热面布置既有顺流部分,又有逆流部分。由于烟气侧的低温腐蚀是热水锅炉有待解决的严重问题之一,所以目前生产的强制流动热水锅炉一般采用顺流式或混合式布置。
强制流动热水锅炉没有锅筒,水容积小,运行时水质又较差,如果设计不尽完善,会发生结垢、爆管等危及锅炉安全的事故,因此,对于强制流动热水锅炉,《热水锅炉安全技术监察规程》明确规定,必须进行水力计算,以保证锅炉受热面布置的合理和工作的安全可靠。
设计时,要使每一回路的各平行并列管受热均匀,尽量减少由于受热不均匀而造成的热偏差。由于热水锅炉的集箱效应——沿集箱长度方向静压变化是造成平行并列管流量偏差的重要因素,要正确选择连接方式,如采用分散引入及分散引出系统等;尽可能加大集箱直径,必要时可在受热管子进口处加装节流圈,以减少并联管组各管子之间的流速和出口水温偏差。为避免管组中的水发生流量的多值性,水冷壁中的水不宜采用上升—下降两行程或更多行程的结构形式。此外,强制流动热水锅炉的流动阻力要适当,不同受热面的管内平均水速一般在表3-3所列数值范围内选取,锅炉总阻力大体控制在0.1~0.15MPa之间。
表3-3 不同受热面的管内平均水速
强制流动热水锅炉的受热面系统有串联和关联两种。串联布置时水速、流量易于控制,运行比较安全,但行程长,流动阻力较大。一些小容量热水锅炉,常采用并联方式,但要特别注意水流量分配的均匀性,不然个别并列管中可能会发生汽化,从而影响锅炉的正常运行。
在运行中遇到突然停电、停泵时,因强制流动热水锅炉水容积小,其适应能力差,极易由于炉子,特别是层燃炉的热惰性使受热面管内的水汽化;同时锅炉及热网的压力随停泵而降低,局部地区的管网也可能发生汽化而引起水击,危及设备的安全。因此,此型锅炉应有可靠的停电保护措施。
根据长期运行经验,强制流动热水锅炉的有效停电保护措施有采用其他办法向锅炉补水、设置放汽阀放汽、选用适当的管径和加快炉膛冷却等。停电时,可采用汽动水泵补水;对低压、低温热水锅炉也可用自来水或高位水箱补水,对高压、高温热水锅炉,则可用压力罐或高位水塔补水,以降低锅内水温,减少产汽量。采用放汽阀放汽时,停电后待锅炉压力上升至一定值即开启安装在锅炉每一回路顶部的人工放汽阀或自动放汽阀,使锅炉压力保持在较低值,以便利用自来水等其他水源向锅炉补水。需要注意的是恢复供电后,要先开补给水泵充水,同时通过放汽阀将余汽排尽,再启动循环水泵投入正常运行。适当选用受热面管子的直径可使突然停电后管中水的速度降至接近于零,有利于管内的水自身形成自然对流来冷却管壁。水冷壁管的内径一般要求不小于45mm,对流受热面管的内径则应不小于32mm。当遇上停电、停泵时,锅炉的送、引风机也停止工作,此时,应立即打开炉膛上的所有门孔、省煤器的旁通烟道等;对于小型层燃热水锅炉,还可采用压火等紧急措施以加速炉膛冷却。
角管锅炉是二战时期德国为了战地供热需要而出现的汽车锅炉。为了便于运输和缩小体积、节省钢材,原设计角管锅炉均采用膜式水冷壁和旗式对流受热面。屏架型旗式受热面如图3-20所示,其形状如同旗帜一样,多组旗式受热面布置在炉膛后部。辐射受热面循环回路的下降管与旗式受热面竖立的旗杆——集箱可以作为受热面部件的支撑柱,代替了锅炉钢架,节省钢材,角管锅炉的名称也由此而来。
图3-20 角管式锅炉的屏架型旗式受热面
1—旗杆集箱;2—旗式受热面;3—隔板
在旗式受热面循环回路设计中,旗杆内焊有的隔板上开有约10mm的小孔,如图3-20中部件Ⅰ的放大旋转所示,其主要作用在于,当因停电或某种故障循环水泵突然停止运转时,旗杆中的小孔所能流通的通道成了旗杆式受热面循环回路的下降管,旗杆与受热面组成了自然循环回路,由此具有良好的停电保护性能。
图3-21所示的QXL14-1.0/115-AⅡ型角管式锅炉取消了膜式水冷壁,选配适用我国Ⅱ、Ⅲ类烟煤的前后拱。旗式受热面管子尺寸加大一号,原直径38mm的管子改用直径为45mm,其水路连接如图3-22所示。
图3-21 QXL14-1.0/115-AⅡ型角管式锅炉
1—锅筒;2—水冷壁;3—钢架;4—平台扶梯;5—阀门;6—锅炉基础;7—炉排
图3-22 QXL14-1.0/115-AⅡ型角管式锅炉的水流程图
1—锅筒;2—旗式受热面;3—后墙水冷壁;4—侧墙水冷壁;5—前墙水冷壁
锅炉进水直接进入第一组旗式受热面下集箱作上升流动,在第二组旗式受热面作下降流动,在第三组旗式受热面作上升流动,经第四组旗式受热面作下降流动进入炉膛后墙水冷壁下集箱。水在旗式受热面中的流动与烟气流呈顺流布置。进入后墙水冷壁的水作上升流动,进入到两侧墙水冷壁上集箱。经过两侧墙水冷壁下降流动后,进入前墙水冷壁上升流动进入锅筒,由锅筒汇集后离开锅炉。
由于是强制循环,无论是辐射受热面还是对流受热面内水的流动速度都较高,均达到0.7m/s以上,锅炉的流动阻力较大。其不足是无法清洗受热面管内的水垢和烟垢,难以长久保证锅炉的运行热效率。
DHL(QXL)型角管系列热水锅炉的额定功率为14~87MW,额定出水压力为0.7~1.6MPa,额定出水/进水温度为95~150℃/70~90℃。
图3-23所示为一壁挂式强制循环热水锅炉的结构简图,它是集供暖和生活热水供应于一体的全自动家用热水锅炉,主要由燃烧、通风、热交换、水循环及自动控制等系统组成。
图3-23 壁挂式强制循环热水锅炉结构示意图
Ⓐ—燃气入口;Ⓑ—采暖回水;ⓒ—采暖供水;Ⓓ—生活热水出口;Ⓔ—冷水入口
1—循环水泵;2—燃气阀;3—膨胀水箱;4—燃烧器;5—主换热器;6—烟箱;7—水安全恒温器;8—排气阀;9—加热系统安全阀;10—系统排水阀;11—热水换热器;12—水保护器;13—调节阀
此型锅炉燃用天然气或液化石油气,经由燃气调节阀调节送至燃烧器燃烧。燃烧所需空气全部从室外吸入,燃烧生成的烟气由顶部烟箱集中排至室外大气,即采用的是平衡通风方式,吸、排气筒为一同心套管,外层套管为吸入空气的通道,内管则排放热烟气,它们利用热烟气和空气的密度差作为流动循环动力,随着热负荷的大小进行自动调节。满负荷运行时,产生的烟气量大,流动压力大,吸入供燃烧的空气量也大,反之则烟气量和空气量都减少。
此型锅炉采用大气式不锈钢制燃烧器,保证火焰燃烧充分、完全,燃烧效率在93%以上。主换热器为铜制复合式换热器,采用特殊结构和工艺,具有较高的传热性能和较长的使用寿命,且能减少水垢的形成,换热效率达到92.2%。锅炉内置高性能三级调速、自动排气的循环水泵,为供暖系统和生活用水提供循环动力,保证锅炉产生的热量及时、快速地输送至用户。为了给供热系统提供膨胀空间,锅炉内置有一个8L的膨胀水箱。
壁挂式燃气热水锅炉一般为满足家庭热水和供暖的需要而配置,锅炉运行的安全特别重要。因此,它设置有熄火、起压、缺水、限温、过热、防冻以及防止倒风等一系列保护和自动控制装置。水流开关向控制系统传输用户热水需求的信号,决定锅炉的工作状态,并根据水流大小的变化相应地调整火焰,确保生活热水温度的恒定;水流开关要求的最小流量为2.5L/min。水压开关是保证系统运行最低压力的装置,正常情况下,当系统初始压力达到0.8~1.0bar时,水压开关才能测到信号,锅炉才能正常启动和运行,从而始终保证锅炉处于有压运行状态。当锅炉由于运行不正常导致热交换热器内部温度超过88℃时,极限温度控制器发出指令,燃气阀门关闭,锅炉停止工作。万一极限温度控制器失灵,换热器内部温度继续上升,当超过100℃时,安全温度控制器启动,立即关闭燃气阀,强制锅炉停运。
该锅炉是以提供生活热水优先、兼顾供暖的壁挂式燃气锅炉,其结构紧凑、体积小,安装方便——悬挂在超过人体高度的墙壁上即可;可以省去中间换热环节带来的能量损失,也没有常规供热系统的管网和设备的漏损与散热损失,提高了能源利用率。此外,家用壁挂式锅炉燃用的是洁净的天然气或液化石油气,排放烟气中的SO2和NOx含量很少,有利于保护环境。
壁挂式燃气热水锅炉的容量一般为11.6~34.9kW。
3.3.2 自然循环热水锅炉及其改型
自然循环热水锅炉,其锅内水的循环流动主要是靠下降管和上升管中的因水温不同而引起的密度差,但因水的密度随温度的变化不大,且锅内水的温升又有限,与蒸汽锅炉的自然循环以水、汽的密度差为基础相比较,热水锅炉自然循环的驱动力——流动压头要小得多,因此,采用自然循环方式的热水锅炉,水循环的可靠性是关键。
在自然循环热水锅炉中,由下降管和上升管等组成的闭合系统称为回路。任何一台锅炉都是由若干回路组成的,根据理论和实践经验,为保证自然循环热水锅炉水循环的安全可靠,首先要合理设计循环回路,尽可能使回路结构简单。如水冷壁垂直布置,尽量直接引入锅筒,而不采用带上联箱的结构;水冷壁与对流受热面不宜共用一个下集箱;对于层燃炉,当采用前、后拱管时,应适当加大下降管和上升管的截面比等,其目的是有效降低循环回路的流动阻力。其次,要合理配置锅内装置,包括回水引入管、回水分配管、热水引出管、集水管、集水孔隔板装置等,便于组织锅内水的混合和分配,以降低下降管入口水温和使上升管出口水温均匀并增大欠热,防止上升管内产生过冷沸腾;同时,也可使热水在锅筒长度方向上较为均匀地引出。第三,要尽可能增大循环回路的高度和适当放大下降管和上升管的截面比(一般不小于0.45),以提高循环流动压头,加快循环流动速度。
(1)卧式烟管热水锅炉
图3-24是一台燃油、气的烟管热水锅炉,主要由锅壳、前后管板和炉胆、折烟室、封头和烟管组成。此型锅炉的前后封头不同:前封头是平封头,后封头是凸封头。管板和锅壳以及炉胆和凸形封头之间是全焊接结构。烟气也是三回程:燃烧器在前端,火焰在炉胆内由前向后流动是第一回程;第二回程由后向前流动,经过前端的折烟箱再向后流动为第三回程。由于烟气温度高、体积流量大,第二回程的烟管直径比第三回程大。
图3-24 WNS型卧式烟管热水锅炉
1—燃烧器;2—炉膛;3—回(进)水管(口);4—热水出口管;5—烟气出口管;6—封头;7—烟管管束;8—炉胆
此型热水锅炉的回(进)水设于前上方,出水口在后上方,低温的回水被安装在入口处的引射装置喷射,迅速与热水混合,提高温度,进入到锅水的自然循环中,加热成高温热水后引出。此型锅炉是纯自然循环锅炉,但是它没有水管结构,且回水入口处的引射装置起到促进循环的效果。
(2)快装自然循环热水锅炉及其改型
图3-25所示为DZL型快装自然循环热水锅炉,其额定热功率为1.4MW,允许工作压力为0.7MPa,额定出水/进水温度为95/75℃,设计煤种为Ⅱ类烟煤,采用上部纵置单锅壳水火管组合结构。锅炉受压件由上置单锅壳、下置两集箱(两侧各一个)以及在锅壳与两集箱之间布置的水管受热面组成。水管规格为ϕ51mm×3mm,其中一部分水管由锅壳最下部引入锅壳,并在其上部浇筑有耐火隔墙,形成“翼形烟道”结构;其他水管则从翼形烟道内引入锅壳,这样暴露在炉膛内的水管形成了炉膛辐射受热面,而在翼形烟道内的部分则构成了第一级水管对流受热面。锅壳内布置有螺纹烟管受热面,作为第二级对流受热面。
图3-25 DZL1.4-0.7-95/70-AⅡ型自然循环热水锅炉
1—煤斗;2—前烟箱;3—螺纹烟管;4—集水管;5—隔墙;6—下降管;7—上升管;8—排污管;9—回水管;10—下集箱;11—后烟箱;12—水位计
高温烟气先经燃尽室后转弯进入两侧翼形烟道,冲刷水管对流受热面,将烟温降至750℃左右,然后进入螺纹烟管受热面,纵向冲刷螺纹烟管后烟温已降至合理排烟温度,经后烟箱汇集后,进入除尘器等设备处理后由烟囱排入大气。
该型锅炉由于采用了“翼型烟道”技术,使锅壳底部被翼型烟道保护起来,免受高温辐射,并且使锅壳下部容易产生泥渣沉积的“死水区”变为“活水区”(构成翼型烟道的上升管是由锅筒下部引入的),同时翼型烟道又使前管板烟温由炉膛出口的1000℃左右(老型DZL产品高温区管板的烟气温度)降低到750℃左右(烟温高于800℃是产生管板裂纹的必要条件),因此翼型烟道技术是新一代DZL型锅炉的最重要的技术特征,它同时解决了“肚皮鼓包”和“管板裂纹”的问题;同时该型锅炉采用了单回程螺纹烟管,强化传热、减少烟气回程、减小管端焊缝应力,所以该型锅炉取消了省煤器,同时使锅壳直径明显缩小,降低了锅炉高度。
在水循环方面,大口径集中下降管的应用,增大了下降管与上升管的截面比;简单的水循环回路,使热负荷均匀;增大下集箱直径,减小了集箱效应;采用回水引射技术,增加了上升管循环水速;部分回水引向高温管板,防止前管板发生过冷沸腾。因此,该型锅炉水循环安全可靠,而且由于锅炉结构简单、水容量大且采用自然循环方式,因此锅炉循环泵运行电耗低,锅炉停电保护性能好。
锅炉后拱尾部的燃尽室对炉内烟尘进行粗分离,降低了原始排尘浓度,满足国家标准要求。锅炉配套新型链带式轻型炉排,采用双侧送风风道及双侧调风风室,结合强辐射型锅炉前、后拱,保证煤的强化燃烧及燃尽,提高燃烧效率。
当容量增大时,例如DZL1.0-1.0-115/70-AⅡ型锅炉,除采用上述技术外,为了保证水循环,采用了下降管入口引射方式,增加了水冷壁上升管的水流量,将上升水流动速度提高到0.4m/s以上,这对防止高温段水冷壁受热面内发生过冷沸腾是十分有利的。
由于下降管入口引射装置的作用,该型锅炉结构虽然是自然循环热水锅炉,但在循环水泵的运行状态下,锅炉内水管部分的水循环则变为了强制循环。水的流动行程是固定的,即:锅炉进水分配管→引射喷嘴→下降管→集箱→水冷壁上升管→锅筒→烟火管→集水管→热水引出管。由进水至出水的整个流程是在循环水泵提供的流动压头下完成的。由于引射作用而被卷吸入下降管的水量,虽然自始至终在下降管与上升管中不断循环,但造成这种循环的流动压头仍然是来自循环水泵提供的流动压头。一旦循环水泵停止运转时,锅炉的水循环马上又转入了自然循环流动,因此该型锅炉具有良好的停电保护性能。
(3)下置锅壳式水火管热水锅炉
水火管锅炉一直占据着我国工业锅炉生产数量第一的位置,尤其是近十多年来,大容量水火管燃煤热水锅炉发展迅速,单机热功率已发展到29MW、46MW、58MW、70MW、91MW,甚至于发展到116MW。在大型锅炉上采用螺纹烟管,具有结构简单、传热系数大、布置紧凑、安装检修方便、不漏风等诸多优势,近年来发展起来的DZL型下置锅壳式热水锅炉就是此类锅炉,在大型热水锅炉市场占有率很高。
DZL型下置锅壳热水锅炉采用上置单锅壳,下置多锅壳(内有火管)、纵置式、链条炉排结构,由于下置多锅壳,已经不是传统的DZL锅炉的概念。炉膛布置在前部,由两侧下集箱与上锅筒之间布置的水冷壁管,前后集箱与上锅筒之间布置的前后拱水冷壁管围成,后拱还布置一个上联箱。烟气出口设在后拱上联箱上部的两侧。锅炉的后部两侧各设有一个侧后集箱,与上锅筒之间布置有燃尽室水冷壁管。上锅筒与下锅壳之间布置有一组大节距对流管束,对流管束的两侧布置有隔烟墙,靠近锅炉后墙一端的两侧布置有烟气进口,靠近后拱一端为烟气出口,并与后拱、两侧隔墙、锅壳前部隔墙一起围成一个烟室,使烟气均匀分布到下部锅壳内布置的烟管中,经烟管后的烟气进入后烟箱。锅炉的水冷壁采用光管结构时,炉墙采用改良型重型炉墙;锅炉的水冷壁采用膜式水冷壁时,炉墙采用轻型炉墙与全护板结构。钢架起支撑锅炉和加固炉墙的作用。锅炉的燃烧方式为层燃方式,燃烧设备采用鳞片式炉排或横梁式炉排。DZL型下置锅壳式热水锅炉如图3-26所示。
图3-26 DZL型下置锅壳式热水锅炉
1—对流管束;2—锅筒;3—钢架;4—炉墙;5—锅壳;6—烟火管;7—水冷管;8—炉排
91MW及以上的大吨位锅炉采用独立双炉排及风室等压送风技术,并在两炉排之间布置有水冷防焦箱及水冷壁管。DZL型下置锅壳热水锅炉的主要特点表现在:
①采用下置锅壳技术,配合主钢架支撑,虽然锅炉的钢耗略有增加,但锅炉的结构稳定性、抗震性能等得到很好的保证,且锅壳底部不受热,解决了锅壳底部鼓包的问题。
②降低前管板入口烟温至600℃以下,预防了管板裂纹问题;还使烟管进出口烟气温差降低到450℃左右,使进口烟速低于常规设计值5m/s左右,而出口烟速高于常规设计值5m/s左右,解决了烟管入口磨损、出口积灰的问题。
③采用下置锅壳给水,渣、垢直接沉积在不受热的下锅壳底部,使水管部分水质得到进一步提高,降低了水管爆管的可能性,并能适应循环水中夹带泥沙的工况。
④不设置传统的空气预热器,炉膛主燃区温度更容易控制在合理值,NOx的生成量会有一个较低值。
⑤锅炉在炉膛和燃尽室采取两次沉降结构;沿烟气流程实现4次烟速的突变;沿烟气流程实现两次90°、两次180°的烟气流动方向的改变,这些均为典型的炉内烟尘惯性分离结构,不但有很好的烟尘分离效果,并且烟气阻力很低。烟气进入到水管对流管束之前,已经完成了主要的烟尘分离,因此,该系列锅炉的大量对流受热面均处于较洁净的烟气环境下。
3.3.3 复合循环热水锅炉
复合循环热水锅炉的辐射受热面为自然循环,对流受热面则采用强制流动(直流)方式工作。对流受热面采用蛇形管结构,相当于蒸汽锅炉中的钢管省煤器。图3-27所示的DHL29-1.6/150/90-AⅢ型热水锅炉是这类锅炉的一种典型形式。锅炉为单锅筒横置式链条炉,受热面呈门形布置,由自然循环的辐射受热面——水冷壁和强制循环的对流受热面——钢管省煤器叠加而成;两侧墙水冷壁前后组成两个独立的循环回路,因此水冷壁辐射受热面共有6个独立的循环回路,对流受热面为蛇形钢管省煤器,分两级布置在竖井内,尾部烟道设置有两级管式空气预热器。
图3-27 DHL29-1.6/150/90-AⅢ型热水锅炉
1—一级省煤器;2—二级省煤器;3—空气预热器;4—下降管;5—炉排;6—下集箱;7—水冷壁
燃烧设备采用大鳞片式链条炉排,两侧进风,适应Ⅲ类烟煤燃烧,采用低而长的后拱(倾角为11°),与前拱配合以达到加强气流扰动和改善炉膛充满度的目的。烟气在后上方沿炉膛宽度均匀地进入水平过渡烟道,再转折向下,依次流经对流受热面和空气预热器后排至炉外。
对于燃用含硫量较高的燃料,为防止低温区对流受热面的腐蚀,采用回水先进炉内辐射受热面——水冷壁,后经锅筒再进对流受热面的流动方式,以提高尾部受热面的壁温,同时又可避免汽化、水击事故的发生。进水在锅筒内被进水分配管送到两侧下降管区域,在炉膛水冷壁6个独立的循环回路中依靠自然循环流动吸热后,又汇集到锅筒。为了保证出水均匀,可将出水沿锅筒长度直接引出顶棚管进入尾部钢管省煤器强制循环流动。整个省煤器包括3个蛇形管组,其中一级为一组,二级为二组。为了降低在省煤器受热面内的流动阻力,两级省煤器并联,最后由省煤器出口联箱出水;为了保证两级省煤器的出口水温相近,在Ⅱ级省煤器入口处装有调节流量的节流孔板,整个锅炉水的流向与烟气的流向呈顺流布置。
对于容量大于29MW的热水锅炉,锅炉本体结构一般均采用“Π”形布置,其结构特点是:①由于炉膛辐射受热面循环系统是自然循环,需要有较高的流动压头来保证循环系统的安全可靠性,而炉膛高度越高,流动压头越大;②较高的炉膛高度保证了额定的炉膛容积,这对于保证一定的炉膛容积热强度是十分有利的,从而能够保证炉内正常的燃烧过程。值得注意的是,同形式的锅炉,当热容量增大时,为了保障安全,水路全部采用强制循环,如DHL58-1.6/150/90-AⅢ型锅炉在锅筒内部设有隔板,把锅筒分成不同的水空间,以形成固定的循环回路,循环回路上均设有循环泵。尽管整体受热面采用强制循环,但是各个受热面都有相应的下降管与锅筒相连,保证在循环泵停运时形成所有回路各自独立的自然循环,使受热面及时被冷却而得到保护。
总的来说,这类锅炉由于部分受热面采用了自然循环方式,工作或者停电时形成了局部的自然循环,具有一定的“自补偿”特性,处于热负荷较强区域的受热面能自动提高循环流动速度以加强对管壁的冷却,从而可有效防止局部管段发生过冷沸腾,提高了锅炉工作的可靠性。此外,因水容积较大,其停电保护能力也得到了一定的增强。
图3-28所示为DHL46-1.6/130/70-AⅢ型角管式热水锅炉,也是一台复合循环热水锅炉。布设于炉膛四周的膜式水冷壁与锅筒、下降管和下集箱组成一个自然循环系统;布设于后烟道的若干组旗形对流受热面则由循环泵驱动为强制循环系统。
图3-28 DHL46-1.6/130/70-AⅢ型自然循环角管式热水锅炉
1—炉排;2—等压风仓;3—煤斗;4—炉膛;5—平台扶梯;6—锅筒;7—进水集箱;8—出水集箱;9—旗式受热面;10—出口烟道;11—除渣装置;12—除灰装置
前已提及,角管式锅炉结构上的特点在于一个双重作用的管架系统,它把锅筒、下降管、集箱等水循环系统和构架支撑集于一身,无单独构架或悬吊,稳定性和抗震性好。
此型锅炉的本体由炉膛和后烟道组成,炉膛四周和中间分隔隔墙均采用膜式水冷壁,为全密封结构,几乎没有漏风,不用笨重的耐火和保温砖墙,大大减轻了锅炉的重量。单锅筒设置在炉外,不受热;锅筒内设置有隔板,以防止经由进水集箱送入的热网回水(70℃)与已加热的供水(130℃)串混。由于采用大直径的下降管,且垂直布置,水循环良好。
通道内布置旗式对流受热面,它是大量对流受热面管子自竖直的旗杆及后烟道中膜式水冷壁管引出,组成像一面面旗帜的受热面。对流弯管与旗杆采用焊接连接,上、下接口之间的旗杆中设置有节流孔板,以使水沿旗面方向流动,又不至于在旗杆中形成死区。旗式对流受热面的应用,不仅节约了钢材,改进和简化了制造工艺,降低了成本,也有利于提高锅炉的运行效率。
鳞片式炉排结构下设大的等压风仓,已经预热的空气由两侧送入,由装置在等压风仓与炉排之间的若干组调节小风门调节。这些调节风门沿炉排宽度方向的开度都一样,其进风量和风压都相同,燃烧特别均匀,有利于控制空气过量系数,既提高了燃烧中心温度和燃烧效率,也减少了固体不完全燃烧损失。