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锅炉知识
三维动画展示锅炉结构,从锅炉本体到辅助设备,一目了然。
发布日期:2019-08-28浏览量:115次

工业锅炉是重要的热能动力设备,我国是当今世界锅炉生产和使用比较多的国家。可以说锅炉是我国工业经济发展不可缺少的“功臣”。今天我们就来全面了解它的结构。

锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。


锅是容纳水和蒸汽的受压部件,包括锅筒、受热面、集箱 (也叫联箱)和管道等。其中进行着水的加热,汽化及汽水分离等过程。


概括地说,锅炉是主要工作过程就燃料的燃烧、热量的传递、水的加热与汽化和蒸汽的过热等。整个锅炉由锅炉本体和辅助设备两部分组成。锅炉本体:锅炉本体是锅炉设备的主要部分,是由“锅”和“炉”两部分组成的。


“锅”是汽水系统,它主要任务是吸收燃料放出的热量,使水加热、蒸发并变成具有一定参数的过热蒸汽。它由省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器和再热器等设备及其连接管道和阀门组成。

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(1) 省煤器
省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热给水的一种热交换装置。通过加装省煤器,可以进一步降低排烟温度,提高锅炉热效率而省煤;同时加装省煤器,完成水的预热,相当于替代部分受热面,减少锅炉的初投资。还有给水经过预热再送入汽包所承受的热应力,对汽包运行有很大好处。在现代锅炉中,省煤器已成为不可缺少的一部分。

(2) 汽包
位于锅炉顶部,是一个圆筒形的承压容器,其下是水,上部是汽,它接受省煤器的来水,同时又与下降管、联箱、水冷壁共同组成水循环回路。水在水冷壁中吸热而生成的汽水混合物汇集于汽包,经汽水分离后向过热器输送饱和蒸汽。
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汽包的作用主要有:是工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽。同时作为一个平衡器,保持水冷壁中汽水混合物流动所需压头。汽包存有一定数量的水和汽,加之汽包本身的质量很大,因此有相当的蓄热量,在锅炉工况变化时,能起缓冲、稳定汽压的作用。内装设汽水分离装置、蒸汽净化装置和加药装置,保证饱和蒸汽的品质。装置测量表计及安全附件,如压力表、水位计、安全阀等。


(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联箱再分配到各个水冷壁管中。分小直径分散下降管和大直径集中下降管两种。小直径下降管管径小,对水循环不利。

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(4) 水冷壁下联箱
联箱主要作用是将质汇集起来,或将工质通过联箱通过联箱重新分配到其它管道中。水冷壁下联箱是一根较粗两端封闭的管子,其作用是把下降管与水冷壁连接在一起,以便起到汇集、混合、再分配工质的作用。


(5) 水冷壁
位于炉膛四周,其主要任务是吸收炉内的辐射热,使水蒸发,它是现代锅炉的主要受热面,同时还可以保护炉墙。


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水冷壁的主要作用是:吸收炉内辐射热,将水加热成饱和蒸汽;保护炉墙,简化炉墙结构,减轻炉墙重量,这主要是由于水冷壁吸收炉内辐射热,使炉墙温度降低的缘故;吸收炉内热量,把烟气冷却到炉膛出口所允许的温度,这对减轻炉内结渣、防止炉膛出口结渣都是有利的;水冷壁在炉内高温下吸收辐射热,传热效果好,故能降低锅炉钢材消耗量及锅炉造价。


(6) 过热器
过热器是锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件,又称蒸汽过热器。过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式;按结构特点可分为蛇形管式、 屏式、墙式和包墙式。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。

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大部分工业锅炉不装设过热器,因为许多工业生产流程和生活设施只需要饱和蒸汽。在电站、机车和船用锅炉中,为了提高整个蒸汽动力装置的循环热效率,一般都装有过热器。


(7) 再热器
再热器实质上是一种把做过功的低压蒸汽再进行加热并达到一定温度的蒸汽过热器,再热器的作用进一步提高了电厂循环的热效率,并使汽轮机末级叶片的蒸汽温度控制在允许的范围内。再热器就是锅炉中将从汽轮机中出来的水蒸气加热成过热蒸汽的加热器。再热器的作用有两个:一是降低水蒸气的湿度,有利于保护汽轮机叶片;二是可以提高汽轮机的相对内效率和绝对内效率。


“炉”是燃烧系统,它的任务是使燃料在炉内良好的燃烧,放出热量。它由炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、烟风道及炉墙、构架等组成。


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(1) 炉膛


炉膛是由炉墙包围起来供燃料燃烧的立体空间。炉膛的作用是保证燃料尽可能地燃尽,并使炉膛出口烟气温度冷却到对流受热面安全工作允许的温度。为此,炉膛应有足够的容积,并能够布置下足够多的受热面。此外,炉膛应有合理的形状和尺寸,以便于和燃烧器配合,组织炉内空气动力场,使火焰不贴壁、不冲墙、充满度高,壁面热负荷均匀。


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(2)燃烧器
位于炉膛四角或墙壁上,其作用是把燃料和空气以一定速度喷入炉内,使其在炉内能进行良好的混合以保证燃料及时着火和迅速完全地燃烧。分直流燃烧器和旋流燃烧器两种基本类型。


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(3)空气预热器
空气预热器就是锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的散热片将进入锅炉前的空气预热到一定温度的受热面,是一种用于提高锅炉的热交换性能,降低能量消耗的设备。 

(4)烟风道
烟风道是工业炉排烟、进风的管道,管道中装有风门(阀门)用以调节管道内的风速及压力,是由炉墙部分受热面管道及包墙管等组成的管道。分为水平烟道和尾部烟道。

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其他构件:

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(1)锅筒
它的作用是汇集,贮存、净化蒸汽和补充给水。在水管锅炉中,通常有1~2个锅筒,上锅筒称为汽鼓(汽包),下面的称为水鼓或泥鼓。上锅筒内部有均匀给水的配水槽,汽水分离装置和连续排污装置。热水锅炉锅筒内部装配管及隔板等。

锅筒是锅炉中较笨重且价格昂贵的厚壁承压部件。锅筒不但承受很高的内压,而且由于运行工况变化,还会随壁温的波动产生热应力,因而工作条件恶劣,需进行有效的运行工况监督。锅筒工作条件复杂,出现事故的后果严重,必须严格控制锅筒的结构和材料,所用材料的化学成分、机械性能和焊接与加工工艺质量,必须经过一系列的严格检验。

锅筒的主要功能是储水,进行汽水分离,在运行中排除锅水中的盐水和泥渣,避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。

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(2)水冷壁受热面
水冷壁是布置在炉膛四周的辐射受热面。在工业锅炉中一般用朽φ51×3~φ63.5×3.5mm的锅炉钢管制成,是水管锅炉的主要受热面。辐射受热面吸收火焰辐射热并遮挡炉墙,因而对炉墙起到了保护作用;同时,由于吸热较多,能降低炉膛温度,还有防止燃烧煤层结焦的作用。

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(3)集箱
它是汇集炉管排列联接的主要元件,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进口集箱和出口集箱之分。


集箱是锅炉工质混合、保证工质均匀加热的管件。通常工业锅炉的炉墙是由一排排的管子(水冷壁)拼接起来构成的,但锅炉体积庞大,结构复杂,不能保证所有的管子里的工质的吸热量都是一样的,不同的部位吸热量相差很多,安装集箱可以让各个管子里面的工质在这里汇合,再分配到下一级各根管子里去,这样可以减少热偏差,使得工质的吸热、流动、锅炉的冷却、锅炉热效率都得到优化提高;另外,锅炉上、中、下部分各段管子的规格大小、管子数量以及布置方式都不同,集箱就负责连接各段,保证工质的流通顺畅。


除锅炉本体集箱外,在省煤器,过热器等部件上也有各自相应的集箱。

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(4)对流管束受热面
对流管束又称对流排管,位于上下锅筒之间,一般由φ51×3mm的锅炉钢管组成,是水管锅炉的主要受热面。为了充分吸收热量,通常将对流管束中间,用隔陷墙组成来回或转弯的烟道,增加烟气流程,并以较高的烟速横向冲刷管束。通常被烟气先冲刷的管束,由于烟气温度高传热较多,管内汽水混合物的密度小,成为上升管,反之烟气温度低传热较少,成为下降管。


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(5)烟火管受热面
烟管是烟管锅炉和水火管组合式锅炉的主要受热面,它的作用是当炉膛燃烧产生的高温烟气从管内流过时,不断对管外的锅水加热,使其逐渐成为蒸汽(或热水)。烟管一般装在锅壳内,用焊接或胀接固定在两端管板上。因其安装数量受到锅壳的限 制,加上管内容易积灰堵塞,管外容易积垢,故不适用于较大型锅炉。但近年来,亦在研究大型水火管锅炉,并取得了一些进展。


近几年来推广应用一种新型烟管:即螺纹烟管,它是在烟管上压出深2mm左右的螺纹状凹槽,改善烟气对管壁的放热,效果显著。这种螺纹烟管与普通烟管相比,传热效果可提高近2倍。




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锅和炉是由传热过程联系起来的,受热面即是锅和炉的分界面。凡是一侧有放热介质 (火焰、烟气),另一侧就有受热介质 (水,蒸汽、空气),进行着热量传递,它们之间的热交换是依靠受热面。


由锅筒、受热面及其连接管道和烟风道、燃烧设备和出渣设备、炉墙和构架 (包括平台、扶梯)等所组成的整体称为锅炉本体。