卧式水火管蒸汽锅炉的优化设计

林密

摘  要：通过本体结构对比体现新型卧式水火管锅壳锅炉与旧型卧式水火管锅壳锅炉有关显著的区别，通常优化设计使新型卧式水火管锅壳锅炉更安全、节能、高效。

关键词：卧式水火管锅壳锅炉;设计;高效节能

中图分类号：TK229 文献标志码：A 文章编号：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

水火管锅炉是我国技术人员在1965年锅炉行业淘汰“钢老虎”（每蒸吨锅炉受压元件耗钢材高达7t左右）、“煤老虎”（耗煤大，热效率极低）锅炉时，结合水管锅炉的炉膛优点和卧式内燃三回程燃油气锅炉的烟管优点，设计出有中国特色的水火管锅壳锅炉。这炉型由于具有结构紧凑、可燃煤种广、容易加工、运输方便、便于快装、检修方便、省燃料、省钢等优点，立即风靡全国各工业锅炉厂生产这种锅炉炉型，并且至今长盛不衰。

2 卧式水火管锅壳锅炉的结构与性能

为对比起见，首先对旧型卧式水火管锅炉本体结构简单介绍。

由图1旧型卧式水火管锅炉本体结构图可见，前平管板（3）、筒体（4）、后平管板（6）组成锅壳，锅壳内布置有I回程光烟管（7）和II回程光烟管（8），两端焊接在前后平管板上。为满足强度要求，前后平管板间设置直拉撑管或杆（10）和焊接在前后平管板与筒体的角撑板（5）。锅壳、下降管（1）、左右侧集箱（13）、水冷壁管（2）组成一个水自然循环回路。后部设置后烟室，锅壳、低温区后棚管（9）、后集箱（12）、高温区后棚管（11）形成第二个水自然循环回路。烟气经后烟室到I回程光烟管，再在前烟箱折向II回程光烟管。

旧型进行几次创新改进，约历经十多年时间。旧型却存在不少问题，如I回程烟管入口区域高温管板易产生烟管孔桥裂纹;炉膛高温部水冷壁管积垢、爆管;锅壳底部完全暴露在火焰上及水处理不重视频出现鼓包等事故，因此不断向新型过渡。新型卧式水火管锅壳锅炉（图2）借鉴旧型锅炉的形式，克服旧型的多种不足，我國锅炉技术人员用多年的理论分析和试验，不断研制、开发、创新而改进形成，是一种自主创新的新产品。新型是对旧型的再创新、再发展改进，至今已有三十多年。新型卧式水火管锅壳锅炉已由I型发展至VII型，结构在不断更新变化并已系列化。

由图1旧型卧式水火管锅炉本体结构图与图2新型卧式水火管锅炉本体结构图相对比，可见新旧两型共有以下几点共有的结构特征：

（1）锅壳是锅炉本体结构的核心，主要受压元件如烟管、下降管、水冷壁管等都连接在锅壳上。

（2）锅壳中的烟管是锅炉本体的主要对流受热面，如一台蒸发量为4t/h的锅炉炉膛辐射受热面积约25.2m2，烟管受热面积约98.8m2，约占锅炉本体总受热面79.7%，同时传热量也占锅炉总吸热量的50%以上。

（3）锅壳坐落在下降管、水冷壁管之上，锅壳、烟管、炉水等的全部重量均由下降管和水冷壁管支撑，不用承重钢架。

（4）水循环利用汽水密度差产生的自然循环，而水循环的枢纽都是锅壳，几个水循环回路都集结在锅壳上。

3 技术设计改进

新型卧式水火管锅壳锅炉在旧型结构形式上，进行详细技术分析和经验总结，并经多次基础研究与理论分析后，在采用多种技术设计改进措施，开发设计出来的。

3.1 无拉撑拱型管板

新型卧式水火管锅壳锅炉通常采用拱型管板，拱型管板由凸形和平管板两部分构成，见图3。依据GB/T16508.3-2013《锅壳锅炉 第3部分：设计与强度计算》拱形管板的凸形部分同一般椭球形封头元件公式计算，可取消刚性颇大的角撑板、斜拉撑、直拉撑管（杆）等拉撑件，并提高管板柔性，再配合与同样柔性较好的螺纹烟管，基本可构成“准弹性体”，则不会明显限制热变形，降低温度应力，同时减少管端焊缝热应力，以达防止管板裂纹的一种主要措施。同时由于取消了拉撑件，简化主要受压元件结构，从而节省钢材及工时费用等制造成本。现拱型管板已成为我国新型卧式水火管锅壳锅炉所采用新技术中的重要一项。

3.2 螺纹烟管

螺纹烟管是我国从20世纪80年代开始应用于锅炉受压元件中，并经多次热工试验，验证螺纹烟管是一种高效传热元件。历经二十多年的研究发展，现已日臻成熟，而新型卧式水火管锅壳锅炉就是应用这种先进技术，在锅壳内布置单回程螺纹烟管，烟气只通过一个回程便可大幅度降低烟气温度。现依据《工业锅炉设计计算 标准方法——层状燃烧及流化床燃烧工业锅炉热力计算方法》对一台DZL6-1.25-S蒸汽锅炉分别采用φ70×4mm螺纹烟管和普通光管所组成的烟管管束进行了热力设计计算，比较螺纹烟管和普通光管的传热效果。

（1）相关参数

烟气计算流速ω=18.53m/s

烟气平均温度θav=450℃