WNS型锅炉保温结构的改造

杨占杰 （四川重庆第三军医大学西南医院 重庆400038）

韩伟 （天津宝成机械制造股份有限公司 天津300352）

张杰 （天津市经济技术开发区科技局 天津300456）

WNS型锅炉保温结构的改造

杨占杰 （四川重庆第三军医大学西南医院 重庆400038）

韩伟 （天津宝成机械制造股份有限公司 天津300352）

张杰 （天津市经济技术开发区科技局 天津300456）

WNS型燃油气锅炉是国内中小型（20 t/h以内）环保工业锅炉使用量最大的产品，在楼宇采暖、工矿企业蒸汽制备、医疗卫生单位蒸汽消毒等各行业得到广泛应用。分析WNS型油锅炉烟箱过热现象，提出保温结构改进的建议。

锅炉 局部外表过热 内部烟气密封 高铝硅酸铝纤维板 耐高温水泥胶 烟箱

0 引言

WNS型燃油气锅炉是国内中小型（20 t/h以内）环保工业锅炉使用量最大的产品，在楼宇采暖、工矿企业蒸汽制备、医疗卫生单位蒸汽消毒等各行业得到广泛应用。其特点是：结构简单紧凑、占地面积小、热效率较高、配套自动化燃烧设备、电脑程序化控制、检修方便、外形美观等等，受到使用单位的广泛欢迎。但是，也正是由于外形紧凑小巧和开启前后烟箱方便检修的原因，造成锅炉前后烟箱保温结构的设计制造困难，国内很多厂家的产品实际运行中锅炉局部外表过热严重，表皮变色，尤其是烟箱门四周，易造成人员烫伤，且锅炉散热损失加大，不仅影响了整体美观，且降低了运行效率，增加了检修成本，给使用单位造成不小损失。因此，很多使用单位要求生产厂家进行改进修缮，生产厂家也苦于技术原因久修不绝，大大增加了生产成本。鉴于以上原因，我们从2004年开始对我公司WNS产品前后烟箱进行改进设计，经过多年不断的实践，彻底解决了保温问题，完善了WNS系列产品。从中我们总结出一些了经验，下面提供给大家一同探讨。

1 过热分析

鉴于WNS型产品外形结构要求小巧的原因，前后烟箱保温结构改造不能只以增厚保温层来解决，否则造成烟箱尺寸过大影响锅炉整体外形美观。从外表过热现象分析和保温计算结果得出，过热原因不是因为保温层薄热量传导造成，而主要是内部密封材料不严和钢板传导热量所致。所以，解决的办法应该从烟气密封、减少钢板外传导热量、增加钢板外保温等方面入手。

2 烟箱内保温层改造

首先，如何达到内部烟气密封效果呢？烟气内部密封不能简单地使用类似钢板焊接的方式将烟气完全密封在内部，因为，既要满足材料抵抗400～500℃的烟温不变形，又要完全密封，还要保证能够简单打开便于检修锅炉等多方面要求，不仅对材料要求非常高，内部结构更是非常复杂，会直接造成锅炉制造成本的大大提高，是非常不经济、不可取的。达到“内部烟气密封”应从两方面着手解决：一是通过保温材料无缝隙连接将高温烟气包裹在内部，使内外层保温材料正常发挥其隔热作用，不会因保温材料缝隙使高温烟气直接串至外层保温或烟箱钢板，造成局部过热，这就要求提高烟箱内保温层铺设质量，达到一种相对均匀的内部保温效果；二是通过整体焊制钢烟箱完全密封处理，真正杜绝微正压的高温烟气向保温外流动的途径，这在低温环境中钢结构部件是非常容易实现的，两个条件缺一不可。

如何做到内部保温材料的无缝隙连接呢？起初，我们通过在耐火保温纤维棉内表面涂抹耐火混凝土方式，使烟气侧表面形成整体耐高温壳，烟箱门周围也用混凝土砌筑加固，以保证与烟箱门保温材料压紧，防止出现缝隙。但实际运行后，因两种材料热膨胀系数相差大，耐火混凝土层与锅筒和烟箱钢结构表面开裂，高温烟气从缝隙可直接外串到外保温层，而外保温层是采用硅酸铝纤维板铺设，用钢丝网固定，制造中肯定会存在缝隙，所以烟箱整体还是存在大面积超温现象。另外，耐火混凝土只具备耐火功能，其保温特性非常差，与钢结构直接接触的耐火混凝土将高温传导到钢制烟箱局部，同样也造成局部严重过热。

之后，我们取消了耐火混凝土壳，更换保温材料，选用硬质的高铝硅酸铝纤维板（见图1），该材料不仅耐热性能达到500℃以上，且导热系数低、热收缩系数低、保温特性较好、强度较高、成型性良好，可采用手锯切割定形，铺设方便。另外，为保证硅酸铝纤维板块之间连接紧密，采用耐高温水泥胶（一种快干耐热粘接剂）连接密封，可将块状高铝硅酸铝纤维板连接为整体，通过烟箱壁面焊接的抓钉进行固定，考虑到硅酸铝纤维板热收缩特性，铺设时对硅酸铝纤维板块进行了一定压缩处理，形成相对均匀严密的烟箱内整体保温。烟箱门采用整块高铝硅酸铝纤维板切割制作，在开合烟箱门的四周部位，采用便于打开的梯形连接面，不仅保证了两种材料的压紧密封，而且烟箱门旋转开启不会碰掉保温材料。对于硅酸铝纤维板与门板的固定，采用定形不锈钢框和抓钉式螺栓压紧固定，保证了硅酸铝纤维板四周外沿边角不会脱落。这种结构解决了烟箱门保温与箱体保温材料无缝连接的问题，实际使用中效果非常理想，烟箱整体温度均匀。后来，我们发现耐高温水泥胶与高温烟气接触后，能够在纤维板表面形成固化薄壳体，可以大大提高硅酸铝纤维板表面强度，防止烟气冲刷脱落，因此，我们在烟箱整个保温层内面和门保温层四周涂抹一层水泥胶，效果更好。

图1 硬质的高铝硅酸铝纤维板

3 烟箱钢结构改造

对于烟箱内连接钢板外导热问题，我们采用了低温部位缩形钢结构（如图2）。前烟箱燃烧器火筒如采用原直接与外面板焊接结构，火筒钢板外圈因结构原因保温层面较薄，在高温烟气不断传导作用下，钢板温度会很高，直接传导到烟箱外面板，常常使该连接部位高温过热。本次改进中我们将大筒变小筒，将连接外面板的小筒四周增厚保温材料，内部延长钢板长度以降低钢板温度，而内部的大筒还能够保证与炉胆的连接和燃烧器火口砖的砌筑。只简单的一个变径结构基本解决了钢板传导热问题，另外，在保证烟箱强度和使用要求前提下，烟箱内部我们尽量少的采用外连钢板结构，减少钢板导热的途径，使局部过热的可能性大大减少。

图2 低温部位缩形钢结构

还有，原前后烟箱四周没采用外保温结构，与锅筒焊接部位的钢板圈采用较厚钢板（如图3），以承受烟箱的整体重量，其导热性非常强，直接将锅筒蒸汽温度导至外壁形成整圈超温。对于热水锅炉因锅筒内水温较低，钢板圈外传导热量较少，局部过热现象较轻，但蒸汽锅炉锅筒内160℃左右的饱和水高温外传导，就会造成整圈外护板的过热。在实际使用中该部位的温度能够达到80～90℃。由于烟箱体钢板与锅筒密封焊接结构不能更改，向外传导肯定也不会避免，办法只能在烟箱外圈增加保温层，但会使前后烟箱直径增大，使锅筒中段的保温层不必要地加厚。浪费很多保温材料不说，锅炉整体直径的增大，加大了占地面积，会直接影响用户方锅炉布置设计选型，可能会为销售带来影响，所以，锅炉不能因此而增大直径。借鉴水管锅炉上应用双层密封护板的良好效果，我们采用减薄内保温层，增加外保温层的方式（如图3），使烟箱四周整体保温层厚度没有减少，以解决密封和保温的双重要求。具体到烟箱结构上，就是取消了烟箱与锅筒连接的钢板圈，减小了烟箱直径，将烟箱筒体与锅筒直接连接，从而为增加外保温层创造了条件，通过此方式改造，不仅解决了烟箱四周过热问题，而且使锅炉外圆装饰板形成统一，提高了锅炉整体外观效果。

图3 与锅筒焊接部位的钢板圈采用较厚钢板并增加外保温层

4 结束语

当然，技术上的改进离不开新材料和新工艺的应用，本次整改选用了硬质高铝硅酸铝纤维板保温材料并在保温材料内表面涂水泥胶，不仅强化了内保温表层的强度，提高了抗烟气冲刷的性能，而且，较薄的加强层面为增厚保温层提供了条件，能够保证更高的烟气温度不过热。另外，其粘接性能还使硬质硅酸铝纤维板得以连接成整体，避免了串烟现象的发生，所以，新材料的使用也是我们解决难题的关键。

通过以上改进，我们可以总结出以下几点保温层改造建议供大家参考：①解决锅炉保温问题应内外结构统一考虑，使保温层、密封层各负其责；②不能要求耐火保温层去完成密封工作，其作用应是无缝隙均匀保温，合理的使用保温材料高质量的铺设是其关键；③减少具有较强外传导特性的耐火层与外层烟箱相连接的结构，减少外导热的钢结构件，是避免局部过热的关键；④烟箱的密封工作应该由焊接钢结构和螺栓压紧密封结构来完成；⑤对于有热传导部位的外露钢结构，必须考虑在外层增加保温层。■

[1]清华大学热能工程系热能工程教研室.锅炉原理及计算[M].北京：科学出版社，1985.

2011-05-09