no9-一种大型燃煤热水锅炉的开发过程

目一次投资较大。大部分水管锅炉的厂内组装程度低，现场安装工作量大、安装周期长，安装费用较高。长期运行后尾部受热面的漏风量增加，低温粘结灰长期得不到有效清除，造成排烟温度升高、排烟损失增加。采用开式或半开式炉膛的锅炉，在燃用的煤质较差时固体不完全燃烧损失还会增加。水循环阻力大，循环水泵电耗高。检修费用相对较高。炉膛结构多为具有一定高度的瘦高型炉膛，便于烟气中未燃尽的大颗粒回落到高温区进一步燃尽，飞灰损失降低。

3 对大型水火管燃煤热水锅炉的性能分析

3.1 安全性能：上置锅壳水火管结构的大型燃煤热水锅炉大多采用管系支撑，钢架只起加固炉墙作用。对于大容量的上置锅壳水火管结构锅炉，尤其对上至多锅壳结构，由于锅壳重量大、重心高，结构的稳定性不容易保证，这是上置锅壳水火管结构燃煤热水锅炉 在大型化发展过程中遇到的一个新问题。高温管板裂纹问题一直是影响上置锅壳水火管结构燃煤热水锅炉发展的重大安全隐患，新型上置锅壳水火管结构燃煤热水锅炉，采取将高温管板进口烟温控制在800℃以下、再采取消除管壁与管孔间间隙、控制管端伸出焊肉长度、引一部分锅炉回水冲刷前管板等辅助措施，已使管板裂纹问题基本解决。锅壳鼓包问题是另一个影响上置锅壳水火管结构燃煤热水锅炉发展的重大安全隐患，小容量的新型上置锅壳水火管结构燃煤热水锅炉，采取翼型烟道等技术用水管将容易存泥渣、泥垢的锅壳下部与高温火焰隔开基本解决了锅壳鼓包问题；大容量的新型上置锅壳水火管结构燃煤热水锅炉，大多不再采用翼型烟道等技术用水管将容易存泥渣、泥垢的锅壳下部与高温火焰隔开，但由于锅壳下部远离了火焰中心，锅壳鼓包问题已不再严重。烟管进口磨损问题也是一个影响上置锅壳水火管结构燃煤热水锅炉发展的安全隐患，研究表明对于烟管进口烟温控制在759-800℃，出口烟温在160℃左右时，烟管内平均烟速20m/s对应进口烟速在30m/s左右，烟管进口基本不发生磨损。大量按此参数设计的新型上置锅壳水火管结构燃煤热水锅炉，很少发生烟管磨损事故的事实也证明了这一点。水火管结构锅炉的水循环方式，大多采用了自然循环方式或自然循环加引射的方式。由于水管受热面量小，一般循环回路简单，有可能采用自然循环加引射的方式使水管部分保持一个较高的循环水速。对于上置三锅壳的水火管结构燃煤热水锅炉三个锅壳内存在水温偏差，运行时曾发生过汽化事故。上置锅壳水火管结构燃煤热水锅炉的最上部几排烟管容易发生氧腐蚀事故。150℃出水的高温热水锅炉还要设有空气预热器，烟气中的SO2还可能对其低温段造成低温腐蚀事故。锅壳式锅炉水容积大，停电后炉膛水冷壁部分可实现自然循环，停电保护性能好，且处理停电事故的操作简单。

3.2 检修及抢修性能：水火管结构的大型燃煤热水锅炉的炉膛水冷壁管一般不采用采用膜式壁结构，具有很好的检修性能。对流受热面主要为螺纹烟管结构，检修方便，但对大型锅炉由于烟管过长，更换略显困难。少量的水管对流受热面检修也有一定难度，但量少、问

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题不太突出。炉墙及钢架部分结构简单，检修较为简单。

3.3 经济性能：水火管结构的大型燃煤热水锅炉的外形尺寸相对较小，锅炉房基建项目一次投资较低。锅炉的火管部分在厂内组装，现场安装工作量减小、安装周期缩短，安装费用降低。长期运行后尾部受热面的漏风量不会增加，低温粘结灰可定期得不到有效清除，排烟温度不会升高，排烟损失不会因运行年限的增加而显著增加。水循环阻力小，循环水泵电耗低。检修费用相对较低。

4 一种大型下置锅壳系列水火管燃煤热水锅炉的成功开发

通过以上分析我们不难看出，上置锅壳式水火管燃煤热水锅炉在经济性、可维修性上较水管燃煤热水锅炉有明显优势，但在安全性能上较水管燃煤热水锅炉存在更多的隐患。无论开发水管结构还是水火管结构的燃煤热水锅炉都面临着如何发挥其优势、克服其缺点的问题。因此，在开发的初期即提出了结合水管结构和水火管结构优势、克服其缺点的思路。总方案提出炉膛辐射受热面及高温对流受热面,要充分考虑安全性能及可维修性能,结构尽量采用传统水管结构锅炉的炉膛结构；对于低温对流受热面即要考虑安全性能，同时也要考虑可维修性能和经济性能，结构尽量采用螺纹烟管结构，使螺纹烟管受热面所具有的结构简单、传热系数大、布置紧凑、安装、检修方便、不漏风等诸多优势在更大型锅炉上得以应用。

另外，针对国内热水锅炉的实际运行状况,还提出调整设计思路最大限度地减少因用户使用原因而造成的锅炉事故的指导思想。锅炉产品设计和使用时要遵守各种规程、标准，锅炉设计人员在进行锅炉产品设计时必须遵守这些规程、标准，同时要求用户在使用锅炉时也必须遵守这些规程、标准中对用户使用条件的要求。然而，某些使用条件如锅炉水质要求等，对于很多用户是不容易达到的。因此，造成许多因为用户使用原因而导致的锅炉事故，给锅炉用户带来了很大损失。要解决这些问题，一方面要求用户增加必要的辅机配置、提高辅机配套档次、加强运行管理。另一方面也要求锅炉设计人员在进行产品设计时，充分考虑用户的实际辅机配置、管理水平等运行条件，从锅炉结构设计开始调整设计思路，最大限度地降低对用户使用条件的要求，减少因用户使用原因而造成的锅炉事故。

为实现以上目标我们进行了长时间的努力，1997年到1998年尽两年时间里，共进行了11次方案研讨。创造性的提出了下置锅壳结构并获得国家专利，从根本上解决了大型上置锅壳锅炉在锅壳部分存在的安全隐患；炉膛采用水管炉膛结构，高温对流受热面采用大节距的锅炉管束结构，使安全性、可维修性及经济性在大型下置锅壳锅炉上得到完美的结合。 4.1 大型下置锅壳水火管热水锅炉概述

大型下置锅壳水火管热水锅炉就是1997年开始，锅炉技术人员利用下置锅壳的专利技术并结合水管锅炉在炉膛结构上的优势而开发成功的系列锅炉产品。该系列产品设计单机容量从10.5MW到87MW、设计效率＞81％、设计压力≤２.5Mpa、供水温度95℃－150℃，燃烧

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方式为链条炉排、层状燃烧,水循环方式为特有的低水阻力的强制循环方式。14、29、58MW三项产品通过专家鉴定，专家给予了很高评价，鉴定认为：“?其综合性能达到了国际同类产品先进水平”。 该系列产品(29MW)2002年被评为国家级重点新产品，天津市2001年度技术创新一等奖。至今14～58MW（64MW）热水锅炉的销售量已将近200台，且至今该系列锅炉本体事故率为零。

4.2 大型下置锅壳水火管热水锅炉结构(参见图一)

图一 4.2.1结构简介：该系列锅炉应用了上置锅筒、下置锅壳、上锅筒与下锅壳之间设置有水管锅炉管束的专利结构。锅炉下部为燃烧设备，采用正转链条炉排、前部由分层给煤装置为锅炉供煤。锅炉上部的前方为水管结构的炉膛；锅炉上部后方的两侧为燃烬室、后方的中间为水管锅炉管束，后方的后拱上部、燃烬室和水管锅炉管束的下部为并联布置的装有烟管受热面的两个或三个锅壳；炉膛后墙与锅壳及水管锅炉管束之间为中间烟室。锅炉的炉膛为水冷壁管结构，与两侧下集箱相连的侧墙水冷壁管在锅炉的上方分别向内弯向上锅筒，构成锅炉的顶棚水冷壁。从前、后集箱分别引出前、后拱管，并向上分别弯成炉膛前后墙水冷壁、水冷壁管上端最后与上锅筒相连，后水冷壁的上方还设有中间联箱，中间联箱上方的两侧为炉膛出烟口。两个燃烬室布置在锅炉上部后方的两侧，燃烬室前方上部为炉膛出烟口、下部为中间烟室的后墙，燃烬室后方为锅炉后墙。两个燃烬室的外侧下方布置有侧集箱，侧集箱与上锅筒之间布置有侧墙和顶棚水冷壁。两个燃烬室的内侧、上锅筒与下锅壳之间也分别布置有两排水冷壁管。这两排水冷壁管与水管锅炉管束之间设有隔烟墙，隔烟墙前端与中间烟室相连，后端与锅炉后墙之间留有燃烬室出烟口。两隔烟墙之间布置有大节距的水管锅炉管束，管束上、下端分别与上锅筒及下锅壳相连。中间烟室由炉膛后墙、烟室后墙、两侧及上部烟室隔墙围成。锅壳内前、后管板之间布置有烟管受热面。锅炉整体采用钢架下部支撑结构，向上自由膨胀。炉墙采用重型结构或轻型结构均可，并可设置外装饰护板。

4.2.2烟气流程：燃烧产生的热烟气经前、后拱沿炉膛上行到达炉膛出烟口，经炉膛出

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烟口的烟气进入燃烬室后，再由燃烬室出口进入水管锅炉管束，经水管锅炉管束出来的烟气温度已降低到600℃以下，然后进入烟管受热面，由烟管受热面出来的烟气温度已降到排烟温度。之后的烟气进入烟气的尾处理系统。

4.2.3水流程：（参见图二）热网系统的回水经循环水泵加压后，首先进入锅炉的下部锅壳，然后经与锅壳连接的水管进入上锅筒的后部。上锅筒后部的锅水，其中一部分经与上锅筒后部连接的燃烬室外侧墙水冷壁管进入燃烬室的侧下集箱，然后通过导水管导入后集箱，再经后拱管进入上锅筒的中部；另一部分则通过上锅筒的后隔板上方开孔直接进入上锅筒中部。上锅筒中部的锅水再分成三路其中两路经与上锅筒中部连接的燃烬室外侧墙水冷壁管进入炉膛侧下集箱的后端，再经炉膛水冷壁管进入上锅筒前部；另一路经导水管导入前部下降管，之后进入前集箱、再经前拱管进入上锅筒前部；另外还有少量炉水通过上锅筒的前隔板上方开孔直接进入上锅筒前部。最后炉水通过设在上锅筒前部的出水口向热网供水。 图二 4.2.4落灰装置：锅炉的燃烬室、水管锅炉管束、中间烟室、炉排各风室的下部均设有自动落灰装置，锅炉在整个采暖期内不需要停炉清灰。 4.3大型下置锅壳式水火管热水锅炉的安全性能

4.3.1高温管板孔桥区的疲劳裂纹问题一直是困扰水火管锅炉发展的一个主要因素，多年来国内在这方面进行了大量研究，采取了许多措施，均在一定程度上防止了裂纹的发生。但据有关资料介绍，如果能把进入烟管的烟气温度降至600℃以下，则可以彻底避免孔桥裂纹的发生。采用下置锅壳这一专利结构就为把高温管板处的烟温降至600℃以下创造了条件。例如本系列锅炉中，14MW、29MW和58MW热水锅炉高温管板处烟温分别为590℃、575℃、585℃，从而完全避免了发生孔桥裂纹的可能性。

4.3.2锅壳底部沉积泥垢导致鼓包事故也是限制水火管锅炉发展的一个主要问题。采用下置锅壳这一专利结构，使容易沉积泥垢的锅壳底部不受炉膛高温烟气的加热，从而彻底防

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