强环热水锅炉的创新设计

王小旭 姚立强

摘要：水火管热水锅炉是冬季取暖供热的重要设备，占有较大的市场比例。国内近年来研制开发的水火管锅炉，多采用拱型管板、回水引射等多种先进技术，很好的克服了老式水火管锅炉在运行过程中存在的各种弊病，但仍然存在一些诸如炉膛容积小、烟管入口热负荷较高等问题。本文介绍了一种新型强环热水锅炉的创新设计思路，探索采用螺纹烟管、增加循环速度、烟管端部加装套管等方法，是锅炉整体性能达到了节约能源、出力良好的效果，为水火管热水锅炉研发提供了很好的思路。

关键词：热水锅炉;水火管;创新设计

水火管锅炉经多年更新，其整体结构布置、水循环、传热特性、制造加工工艺等不断得到优化和改进，锅炉的综合性能不断完善和提高[1]。由于市场使用量大，故该类锅炉在运行中的安全可靠性和热工性能（出力、效率）如何，既牵涉经济性，又在很大程度上影响到锅炉能源利用和环保效果[2]。目前国内水火管锅炉已经形成三大类：翼型烟道、偏锅筒排管、强制循环，这三种锅炉作为新型水火管锅炉已取代老式锅炉占领市场。

笔者通过对水火管锅炉产品进行研究，认为市场上现行锅炉仍然存在如下不足：一是炉膛容积小、热负荷高水循环不可靠，同时不便于燃料燃尽和飞灰沉降，易冲刷烟管端部。二是同时受热面管子热强度较高，在水质较差时易发生爆管事故，影响正常运行;三是由于锅简直径大，回水上升到锅筒后水速迅速下降，系统中携带的泥沙悬浮物质沉降于锅筒底部，使锅筒下部绝热造成底部鼓包;四是烟管入口温度偏高，通常在750-850℃，较高的入口热负荷，易使管板内侧冷却差造成结垢，以至管板开裂。为改善上述不足，笔者与长春市文教锅炉厂共同研制了新一代新型强制循环热水锅炉。

一、新型强环热水锅炉主要设计参数

锅炉结构采用调节拉杆，具有使用灵活的特点;炉拱设计分为优质煤、劣质煤两种，便于选用，进而降低热损失;在后拱后部，管束出口处设置飞灰沉降孔，减少飞灰排放浓度。以此为基本结构遵循，设计一系列不同功率锅炉，主要技术参数如表1所示。

二、新型强环热水锅炉技术创新

1.采用螺纹烟管，提高传热效率;增大炉膛容积，降低烟尘排放浓度。采用单回程烟管，传热效率是光管的1.7-1.8倍，有效的降低钢材的耗量，缩小锅筒直径。烟管烟气流速控制在15-20m/s之间，确保传热与阻力优化选择。螺距为20-30mm，槽深在1.8-2.2mm，入口烟温控制在550-750℃。采用小锅壳、提高炉膛温度，炉膛容积增加25-30%左右，降低炉膛热强度，可控制在280-330kw/m3。炉膛容积增加能使燃料在炉膛内有足够的空间、时间充分燃烧，有利于飞灰燃尽、沉降。同时对炉墙、炉拱有保护作用，延长使用寿命。

2.增加循环速度，确保运行可靠;降低烟管入口温度，严防管板裂纹。目前市场上运行的锅炉，急需解决的问题就是防止水冷壁结垢后爆管[2]。该新型强环热水锅炉的锅壳小、管子数量少，循环速度提高以后，有效的增加换热量。主燃区上升水速控制在0.8-1.2m/s，下降水速控制在1.2-1.8m/s，可以保证管内不会结垢，有效的避免了水质差导致爆管事故发生。锅炉烟管入口温度控制在550-750℃，另外锅内水速提高到0.1-0.2m/s，锅内水速比大锅壳锅炉水速提高6-8倍，前管板内侧得到可靠冷却，足以阻止管板裂纹。

3.提高锅炉水速，严防锅筒鼓包;烟管端部加装套管，防止管端磨漏。锅筒底部鼓包的主要原因是用户供热系统的除污功能较差，导致系统中的泥沙、污物、杂质使循环水流到锅筒，水速迅速下降到0.01-0.02m/s，无法将沉积物随水带走，沉积物不断增加，使底部加厚、绝热，使锅炉底部钢板超过钢板屈服强度，造成突起、鼓包。该新型强环热水锅炉的锅水后部纵向冲刷烟管，防止烟管结垢，前部锅筒容积小，水速达到0.1-0.2m/s，足以保证将沉降物带出锅炉。在烟管入端加装套管，管套管头部为圆钢圈，管壁较薄，并可以更换，同时可选择局部或全部加装套管。

4.优化炉拱设计，确保燃料燃尽;优化结构设计，降低钢材耗量。锅炉采用纵向分段、横向均匀配风设计，风室为封闭式，以确保配风均匀，使燃料在足够的风量、风压下充分燃烧。炉排可选择链条或往复两种方式，往复炉排的托架选用钢球托滚，减少运行阻力。炉拱选用双人字炉拱，使燃料及时着火，充分燃烧。采用小锅壳锅筒，增大管子的受热面积，采用螺纹烟管，合理布置对流排管，使锅炉本体耗钢量大大减少，比大锅筒锅炉降低20%左右，降低锅炉成本。

三、新型强环热水锅炉运行总结

此新型强环热水锅炉，近年有百余台运行在东北、华北地区，分布在北京、通化、义县、抚顺、白城、长春等到地。其中，北京密云开发区的两台7.0MW锅炉，供暖面积18万平方米;通县路和中学一台4.2MW锅炉，供暖7万平方米;通化市广播电台一台1.4MW热水锅炉，供暖1.2万平方米;磐石县一台7.0MW往复炉，供暖面积九万平方米。以上在用锅炉运行普遍表现出出力足、上温快，水循环可靠的优势，从未发生爆管、管板裂纹、锅筒鼓包现象，足以证明此新型强环热水锅炉实际工作能力达到了预期设计效果。

四、结论

文章介绍了新型强环热水锅炉的创新设计思路和主要技术创新，详细阐述了如何通过采用螺紋烟管、增大炉膛容积、增加循环速度、降低烟管入口温度、提高锅炉水速、烟管端部加装套管、优化炉拱设计、优化结构设计等先进设计思路，提升锅炉整体使用性能，对类似产品的创新设计具有一定的指导和借鉴意义。

参考文献

[1] 高玉芬，刘志起，姜玉峰.14MW水火管热水锅炉锅筒内部装置改进设计[J].研究与开发，2013，6（7）：31-33

[2] 佟海川，翟新海，车玉英等.有压相变新型水火管热水锅炉[J].工业锅炉，2014，2（9）：26-31

[3] 余晓颖，邹耀宣，邹海玲.新型水火管热水锅炉的性能与安装要点[J].特设安全，2016，2（14）：80-82