鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成的。
鍋是容納水和蒸汽的受壓部件,包括鍋筒、受熱面、集箱 (也叫聯(lián)箱)和管道等。其中進行著水的加熱,汽化及汽水分離等過程。
概括地說,鍋爐是主要工作過程就燃料的燃燒、熱量的傳遞、水的加熱與汽化和蒸汽的過熱等。整個鍋爐由鍋爐本體和輔助設備兩部分組成。鍋爐本體:鍋爐本體是鍋爐設備的主要部分,是由“鍋”和“爐”兩部分組成的。
“鍋”是汽水系統(tǒng),它主要任務是吸引收燃料放出的熱量,使水加熱、蒸發(fā)并最后變成具有一定參數(shù)的過熱蒸汽。它由省煤器、汽包、下降管、聯(lián)箱、水冷壁、過熱器和再熱器等設備及其連接管道和閥門組成。
(1) 省煤器。位于鍋爐尾部垂直煙道,利用煙氣余熱加熱鍋爐給水,降低排煙溫度,提高鍋爐效率,節(jié)約燃料。
(2) 汽包。位于鍋爐頂部,是一個圓筒形的承壓容器,其下是水,上部是汽,它接受省煤器的來水,同時又與下降管、聯(lián)箱、水冷壁共同組成水循環(huán)回路。水在水冷壁中吸熱而生成的汽水混合物匯集于汽包,經(jīng)汽水分離后向過熱器輸送飽和蒸汽。
(3) 下降管。是水冷壁的供水管道,其作用是把汽包中的水引入下聯(lián)箱再分配到各個水冷壁管中。分小直徑分散下降管和大直徑集中下降管兩種。小直徑下降管管徑小,對水循環(huán)不利。
(4) 水冷壁下聯(lián)箱。聯(lián)箱主要作用是將質(zhì)匯集起來,或?qū)⒐べ|(zhì)通過聯(lián)箱通過聯(lián)箱重新分配到其它管道中。水冷壁下聯(lián)箱是一根較粗兩端封閉的管子,其作用是把下降管與水冷壁連接在一起,以便起到匯集、混合、再分配工質(zhì)的作用。
(5) 水冷壁。位于爐膛四周,其主要任務是吸收爐內(nèi)的輻射熱,使水蒸發(fā),它是現(xiàn)代鍋爐的主要受熱面,同時還可以保護爐墻。
(6) 過熱器。其作用是將汽包來的飽和蒸汽加熱上成具有一定溫度的過熱蒸汽。
(7) 再熱器。其作用是將汽輪機中做過部分功的蒸汽再次進行加熱升溫,然后再送到汽輪機中繼續(xù)做功。
“爐”是燃燒系統(tǒng),它的任務是使燃料在爐內(nèi)良好的燃燒,放出熱量。它由爐膛、燃燒器、點火裝置、空氣預熱器、煙風道及爐墻、構(gòu)架等組成。
。1) 爐膛。是由爐墻和水冷壁轉(zhuǎn)成的供燃料燃燒的,燃料在該空間內(nèi)呈懸浮狀燃燒,釋放出大量的熱量。
(2)燃燒器。位于爐膛四角或墻壁上,其作用是把燃料和空氣以一定速度噴入爐內(nèi),使其在爐內(nèi)能進行良好的混合以保證燃料及時著火和迅速完全地燃燒。分直流燃燒器和旋流燃燒器兩種基本類型。
(3)空氣預熱器。位于鍋爐尾部煙道,其作用是利用煙氣余熱加熱燃料燃燒所需要的空氣,不僅可以進一步降低排煙溫度,而且對于強化爐內(nèi)燃燒、提高燃燒的經(jīng)濟性、干燥和輸送煤粉都是有利的。鍋爐效率可提高2%左右。分管式和回轉(zhuǎn)式兩種。
。4)煙風道。是由爐墻、部分受熱面管道及包墻管等組成的管道,用以引導煙氣的流動,并經(jīng)各個受熱面進行熱量交換,分為水平煙道和尾部煙道。輔助設備輔助設備包括通風設備(送、引風機)、燃料運輸設備、制粉系統(tǒng)、除灰渣及除塵設備、脫硫設備等。
其他構(gòu)件:
1、鍋筒
它的作用是匯集,貯存、凈化蒸汽和補充給水。在水管鍋爐中,通常有1~2個鍋筒,上鍋筒稱為汽鼓(汽包),下面的稱為水鼓或泥鼓。上鍋筒內(nèi)部有均勻給水的配水槽,汽水分離裝置和連續(xù)排污裝置。熱水鍋爐鍋筒內(nèi)部裝配管及隔板等。上鍋筒外部裝有主汽閥,副汽閥,安全閥,空氣閥,水位計,排污管以及壓力表等連接管。上鍋筒的一端封頭或頂部有人孔門。
下鍋筒的一端封頭上開有人孔,底部裝有定期排污裝置。上下鍋筒之間用許多上升管和下降管 (管束)連接,整個部件呈彈性結(jié)構(gòu)。
鍋殼式鍋爐的鍋筒,除起水管鍋爐上下鍋筒的作用外,還要在其中布置煙管,有的還設有燃燒室的爐膛等受熱面,同時鍋筒又是受熱面的一部分。
裝有煙管的鍋筒平封頭,稱為管板。管板為平板形狀,外周扳邊與筒體焊接。管板上開有許多管孔,通過脹接或焊接方式連接煙管。管板上沒有安裝煙管的部分,是承壓薄弱環(huán)節(jié),通常用角板斜拉撐或圓斜拉撐來加強。拉撐焊在筒節(jié)與管板之間。
當前新發(fā)展一種凸形封頭管板和管群連接,進一步減少管板厚度和水流狀況,改善了受力情況。
2、水冷壁受熱面
水冷壁是布置在爐膛四周的輻射受熱面。在工業(yè)鍋爐中一般用朽φ51×3~φ63.5×3.5mm的鍋爐鋼管制成,是水管鍋爐的主要受熱面。輻射受熱面吸收火焰輻射熱并遮擋爐墻,因而對爐墻起到了保護作用;同時,由于吸熱較多,能降低爐膛溫度,還有防止燃燒煤層結(jié)焦的作用。
水冷壁的上部與上鍋簡直接連接或先經(jīng)過上集箱再與上鍋筒連接。上鍋筒的爐水經(jīng)下降管迸人下鍋筒和下集箱,經(jīng)過水冷壁吸熱,形成汽水混合物,并上升到上鍋筒,組成一個閉合的自然循環(huán)。
過去有些快裝鍋爐的水冷壁管的兩側(cè)焊有翼片(又稱鰭片)。其目的是更多的接受爐膛輻射熱量,同時也增大了對爐墻的遮擋面積。因其加工較難和導熱不良,容易產(chǎn)生裂紋,嚴重時會撕裂水冷壁管,故已較少采用,而逐漸被異形鋼管取代。
3、集箱
它是匯集爐管排列聯(lián)接的主要元件,有分配供水和引出的作用,按其所在位置有上集箱和下集箱或進口集箱和出口集箱之分。
上集箱位于爐管上部,匯集上升管束的水汽混合物,通過導管引人上鍋筒。有些上集箱安裝在爐墻外部,在與爐管相對的位置開有成排手孔,以便清掃爐管內(nèi)部。
下集箱位于爐管的下部,與下鍋筒連接供水、分配給上升爐管。位于爐排兩側(cè)的下集箱,具有防止爐排兩側(cè)爐墻燒壞或掛焦的作用,稱為防焦箱。下集箱有排污管,端部還開有手孔,以便檢查清掃集箱內(nèi)部。
除鍋爐本體集箱外,在省煤器,過熱器等部件上也有各自相應的集箱。
集箱一般由較大直徑的無縫鋼管和兩個端蓋焊接而成。近年來有些制造廠將管端旋壓收口,取代焊接端蓋,結(jié)構(gòu)更加合理。
4、對流管束受熱面
對流管束又稱對流排管,位于上下鍋筒之間,一般由φ51×3mm的鍋爐鋼管組成,是水管鍋爐的主要受熱面。為了充分吸收熱量,通常將對流管束中間,用隔陷墻組成來回或轉(zhuǎn)彎的煙道,增加煙氣流程,并以較高的煙速橫向沖刷管束。通常被煙氣先沖刷的管束,由于煙氣溫度高傳熱較多,管內(nèi)汽水混合物的密度小,成為上升管,反之煙氣溫度低傳熱較少,成為下降管。
煙氣沖刷管束,一般采用橫向沖刷。因為橫向沖刷,其使熱效果優(yōu)于縱向沖刷。同屬橫向沖刷時,管子錯排 (或叫叉排)的傳熱效果又優(yōu)于順排形式,但伴隨傳熱效果的提高,煙氣流動阻力也相應加大。
5、煙火管受熱面
煙管是煙管鍋爐和水火管組合式鍋爐的受熱面,它的作用是當爐膛燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣從管內(nèi)流過時,不斷對管外的鍋水加熱,使其逐漸成為蒸汽(或熱水)。煙管一般裝在鍋殼內(nèi),用焊接或脹接固定在兩端管板上。因其安裝數(shù)量受到鍋殼的限制,加上管內(nèi)容易積灰堵塞,管外容易積垢,故不適用于較大型鍋爐。但近年來,亦在研究大型水火管鍋爐,并取得了一些進展。
近幾年來推廣應用一種新型煙管:即螺紋煙管,它是在煙管上壓出深2mm左右的螺紋狀凹槽,改善煙氣對管壁的放熱,效果好。這種螺紋煙管與普通煙管相比,傳熱效果可提高近2倍。
6、過熱器
省煤器和空氣預熱器。它們均屬對流受熱面。過熱器除有對流過熱器外,還有輻射過熱器,其余的省煤器和預熱器均安裝鍋爐尾部煙道。它們的作用,主要是進一步降低排煙溫度,提高鍋爐熱效率。
爐位于鍋爐本體前方,是燃料燃燒的場所,它包括燃燒設備和爐膛。由于燃料不同和燃燒方式不同,主要有層燃爐,室燃爐,旋風爐、沸騰爐等。他們爐膛四周,都安裝了水冷壁管。層燃爐為了加強燃料燃燒還有前、后拱。不同的爐型,其結(jié)構(gòu)雖然不一樣,但它們都有組織燃料燃燒的空間和相應的燃燒設備。
鍋和爐是由傳熱過程聯(lián)系起來的,受熱面即是鍋和爐的分界面。凡是一側(cè)有放熱介質(zhì) (火焰、煙氣),另一側(cè)就有受熱介質(zhì) (水,蒸汽、空氣),進行著熱量傳遞,它們之間的熱交換是依靠受熱面。
由鍋筒、受熱面及其連接管道和煙風道、燃燒設備和出渣設備、爐墻和構(gòu)架 (包括平臺、扶梯)等所組成的整體稱為鍋爐本體。