第3章工業鍋爐的主要結構3.1立式鍋爐立式鍋爐指鍋殼的縱向中心線與地面垂直的鍋爐。它雖有水管與火管之分，但總的來說是屬于火管鍋爐的范疇。所以立式鍋爐也統稱為立式火管鍋爐。立式鍋爐主要用于要求汽壓較低的場所。它具有基座簡單、安裝迅速、移運方便、占地面積小、操作容易、投資費用少等特點。但熱效率低、金屬用量大。

1.立式橫水管鍋爐

立式橫水管鍋爐有大橫管與多橫管之分。立式橫水管鍋爐主要由鍋殼、爐膽、封頭、爐膽頂、橫水管和沖天管組成。燃燒設備為固定爐排，人工投煤。燃燒產生的高溫煙氣向上沖刷橫水管，再經過沖天管由煙囪排出。

1一人孔2一安全閥接口3一接煙囪法蘭4一主汽閥接口5一封頭6一沖天管7一水位表接口8一爐膽頂9一爐膽l0一橫水管手孔11一橫水管12一短拉撐13一爐門14一灰門15一下腳圈16一排污管17一進水閥接口這種鍋爐的工作壓力一般在0.8MPa以下，蒸發量不超過lt/h。優點是：結構簡單、安裝、移運及管理方便，操作容易，點火、升壓及停爐的時間短。缺點是：受熱面積小，蒸發量低，排煙溫度高達500℃以上，熱效率低。2.立式橫火管鍋爐立式橫火管鍋爐舊稱考克蘭鍋爐。主要由封頭、鍋殼、前管板、煙管、后管板和爐膽等部分組成。燃燒設備為固定爐排，人工投煤。煙氣流程較長，先沖刷爐膽，再由"喉管"到達燃燒室，接著轉變1800流經乎行裝置的煙管，匯集于前煙箱，最后通過煙囪排出。1一封頭2一鍋殼3一前管板4一煙管5一前煙箱6一爐門7一U型下腳8一主汽閥座9一安全閥座10一人孔11一角板撐12一后管板13一燃燒室14一喉管15一爐膽這種鍋爐的工作壓力多為0.8MPa，蒸發量可達lt/h。優點是，封頭呈半球形，因而強度較高，蒸汽空間較大，有利于負荷變化；煙管全部浸在水中，傳熱較好；整個鍋爐結構緊湊。清洗和檢修方便。缺點是，鍋爐形狀復雜，加工困難，造價較高，爐膛空間較小，水冷程度大，不利于燃燒，排煙溫度在350~450℃左右，熱效率低，又難于機械化燃燒，屬于淘汰的爐型。3.立式水管鍋爐立式水管鍋爐有直水管與彎水管之分。這種鍋爐具有熱效率高，排煙溫度較低，水循環合理，生火、出汽時間短，蒸汽空間大，蒸汽品質好等特點。但鍋爐給水品質要求較嚴，清理灰渣及檢修不便。立式直水管鍋爐主要由封頭、鍋筒、上管板、下管板、下降管、直水管和爐膽等部分組成。燃燒設備是固定爐排，人工投煤。煙氣先沖刷爐膽，再由煙氣出口管進入直水管群，圍繞下降管旋轉3600，對全部水管作橫向沖刷，同時加熱上、下管板，然后被隔煙墻阻擋匯集于煙箱從煙囪排出。

l一封頭2一下降管3一直水管4一鍋殼5一爐排6一下管板7一角拉技板8一喉管9一煙囪10一煙箱11一煙氣隔墻這種鍋爐的工作壓力多為0.8MPa，蒸發量可達lt/h。優點是，煙氣流程長，傳熱好，水管多，除中間一根大直徑下降管外，其余均為上升管，水循環好。缺點是，下管板上部易積灰，難于清除，既影響傳熱，又腐蝕鋼板；爐膛水冷程度大，爐溫較低，不適合燒劣質煤。立式彎水管鍋爐主要由封頭、鍋殼、爐膽頂、爐膽、彎水管和耳形彎水管等部件組成。鍋爐爐排擱置在爐膽內"U"型下腳的上部，火焰直接沖刷爐膽和裝在爐膽內的彎水管；高溫煙氣經喉管進入鍋殼中部的煙箱，然后分左右兩路各旋轉1800，對部分鍋殼和裝置在鍋殼上的耳形彎水管作橫向沖刷，最后匯集于煙箱的前部，從煙囪排出。這種鍋爐結構的優點是，鍋殼中部被煙箱包圍部分約占整個鍋殼的1/3，因受高溫煙氣沖刷，提高了鍋爐熱效率，水循環好，升壓快，存汽量較大，對負荷變化的適應性強。缺點是，彎水管和耳形彎管中水垢難以清除，因此鍋爐給水要求嚴格，要經過軟化處理；爐溫較低，不適合燒劣質煤；煙箱面積大，活動門多，應注意防止漏風。3.2臥式鍋殼鍋爐臥式鍋殼鍋爐指鍋殼的縱向中心線與地面平行的火筒或煙管鍋爐。這種鍋爐分內燃與外燃兩種主要類別，是一種老舊型式的小型鍋爐。它的蒸發量一般在3t/h以下。蒸汽壓力在0.8MPa以下。臥式鍋殼鍋爐主要用于小型輕紡工業和較大面積的局部采暖場合。它具有結構簡單、汽壓穩定、操作容易、對水質要求不高等特點。但由于屬鍋殼鍋爐范疇，承壓較低，燃料消耗大，使用鋼材多，發生事故后危險性大。因此一般僅限于容量在3t/h以下的鍋爐采用這種結構型式。1.臥式單火筒鍋爐和臥式雙火筒鍋爐臥式單火筒(康尼許)鍋爐與臥式雙火筒(蘭開夏)鍋爐的主要不同點是康尼許鍋爐僅有一個火筒，而蘭開夏鍋爐則有兩個火筒。其它各部分結構大同小異，都屬于內燃式的鍋殼鍋爐。這兩種型式鍋爐的主要受壓部件均由鍋殼、封頭和爐膽三部分組成。圖2-6為臥式單火筒鍋爐，圖2-7為臥式雙火筒鍋爐。這種鍋爐的燃燒設備系固定爐排，人工加煤。煤在爐排上燃燒后，煙氣經爐膽向后流動，由后封頭分向兩側煙道，沖刷鍋殼兩側，到前部再轉入底煙道，入煙囪底部，從煙囪上口排至大氣，這是一種煙氣流程。也有的鍋爐煙氣經爐膽部后直接進入底煙道，沖刷鍋殼底部，至前部再分為兩路，入兩側煙道至鍋爐后部又合為一路入煙囪底部，從煙囪上口排至大氣。這兩種煙氣流程各有利弊。前者有利于水循環，水質沉淀物較多的鍋爐大都采用這種流程，但爐膽下部鍋水在生火期間易形成死滯區，使禍殼上部與下部溫差較大。后者無論在運行或生火期間鍋爐上、下部溫差均較小。但當水質沉淀物較多時，易使鍋殼底部鋼板過熱。2.臥式外燃回火管鍋爐臥式外燃回火管鍋爐(圖2-8)主要由鍋殼、管板及煙管組成。燃燒設備采用固定爐排。燃料在爐排燃燒后，首先加熱鍋殼底部，經過矮墻，到后管板轉入煙管內，由煙管進入前煙箱，從煙箱再至煙囪排入大氣。有的臥式外燃回火管鍋爐，為了降低排煙溫瘦，增加鍋爐受熱面，提高蒸發量，把煙氣流程由兩回程改為三回程。即煙氣由煙管出來后，不直接進入煙囪，而再沿鍋殼兩側返至后面，由后面再入煙囪。3.臥式煙火管快裝鍋妒快裝鍋爐，是將鍋爐的各部件在制造廠全部組裝完畢，整機運往使用單位的新型鍋爐。工作壓力一般有0.8MPa和1.3MPa兩種，蒸發量有0.5t/h，lt/h、2t/h和4t/h等幾種。容量較大的快裝鍋爐，其尾部裝有鑄鐵式省煤器。臥式煙火管鍋爐為火筒、煙筒或煙管、水管組合鍋爐，一般可分為內燃快裝與外燃快裝鍋爐兩種。臥式內燃快裝鍋爐分固定爐排和小鏈條爐排兩種。圖2-9為臥式內燃固定爐排快裝鍋爐。圖2-10為臥式內燃鏈條爐排快裝鍋爐。這種鍋爐的結構是在一個直徑較大的鍋筒內布置許多煙管，作為主要受熱面，在煙管的下部布置爐膽。煤在爐膛內的爐排上燃燒，與爐排上方對應的爐膽表面積即為輻射受熱面。煙氣由爐膽后部流入后煙箱(對于固定爐排的鍋爐，在排至后煙箱之間布置一般煙管)，然后轉入一側的煙管(第一煙管)，由后向前流入煙箱，在前煙箱內轉1800彎進入另一側煙管(第二煙管)，再由前向后流入尾部受熱面，最后通過引風機從煙囪排出。臥式外燃式快裝鍋爐(圖2-11)是煙管、水管組合式鍋爐。主要由鍋殼、前后管板、煙室，火管、水冷壁管及聯箱等部件組成。燃料在固定爐排或鏈條爐排上燃燒后，其輻射熱量分別由鍋殼底部受熱面和布置在爐膛兩側水冷壁受熱面吸收，煙氣進入后煙室，折入第一煙道火管向前流動，至前煙箱再返入第二煙道火管，由后部經省煤器、引風機入煙囪，由煙囪排至大氣。臥式快裝鍋爐的特點是，鍋爐熱效率高，平均熱效率可達78%，工作壓力1.3MPa。裝有省煤器的快裝鍋爐設計熱效率可達82%；結構緊湊，體積小，耗用鋼材小，安裝簡便，便于移動，占地面積小，對于燃煤品質的適應范圍較廣，可燃用煙煤、無煙煤、劣質煤或劣質煙煤與無煙煤的混合燃料。但由于體積小，結構緊湊，因此，對于水質要求較高，另外，由于蒸發率高，水容量小，在負荷突然變化時，易產生汽水共騰現象。因此，要求鍋水堿度不能過高，供汽、用汽之間要保持經常聯系。3.3水管鍋爐

火管鍋爐由于其結構上的限制，已不能滿足日益增長的工業用汽的需要。例如，當鍋爐容量增加到4t/h以上時，火管鍋爐就要加大鍋殼直徑和壁厚。這不但要增加鋼材的消耗量，而且大直徑的鍋殼要實現蒸汽壓力的提高也是困難的。于是，出現了水管鍋爐。水管鍋爐與火管鍋爐的顯著區別是，水管鍋爐的汽水在管內流動，煙氣在管外沖刷，與火管鍋爐煙氣在管內流動，汽水在管外循環的情況恰恰相反。水管鍋爐中管外的煙氣大多數采用橫向沖刷管束，這就改善了傳熱情況，在同樣受熱面積、同樣煙溫和煙氣流速的情況下，提高了鍋爐的出力和效率。又因水管鍋爐受熱面布置較簡便，清垢、除灰等也較火管鍋爐方便。因此，在近百年中得到了迅速的發展。

水管鍋爐型式繁多，構造各異。按鍋筒數目有單鍋筒和雙鍋筒之分，就鍋筒放置形式則可分為縱置式、橫置式和立置式等幾種。水管鍋爐效率可達65~90%，工業用水管鍋爐蒸發量可達20~30t/h，蒸汽壓力均在2.45MPa以下。均裝有省煤器，有的還裝設空氣預熱器和蒸汽過熱器。

1.雙鍋筒橫置式水管鍋爐這種形式的水管鍋爐國內產品很多，在供熱鍋爐范圍里，蒸發量從2t/h到20t/h都有。在配置燃燒設備方面，它不單限于層燃爐，也適宜配置室燃爐。圖2-12是SHL(雙、橫、鏈)22-13型鍋爐的結構簡圖。SHL20-13型鍋爐本體主要由上、下鍋筒，對流管束和水冷壁管及聯箱等受壓部件組成，尾部有鑄鐵式省煤器和鋼管式空氣預熱器。上、下鍋筒橫置在同一垂直面上，上鍋筒直徑較下鍋筒直徑稍大。兩個鍋筒之間有三組對流管束，前組管束只有一排管子，位于爐膛煙氣出口附近，后兩組管束中間有三道隔煙墻。煙氣由爐膛后上方進入對流區，先向下縱向沖刷第二組管束，再轉1800向后，呈“Z”字形曲折向上沖刷第二、三組管束。然后從第三組管束的上部向下折入尾部受熱面，最后經煙氣出口進入除塵器，由引風機通過煙囪排至大氣。爐膛在鍋爐的前部，四周布滿水冷壁管。前、后墻水冷壁管的上端直接接入上鍋筒，下端分別連接在前、后聯箱上。兩側水冷壁管又分成前、后兩組，前組的下端分別接入兩側的防焦箱，上端接入一個單獨的上聯箱，并通過導汽管與上鍋筒連通；后組的下端分別接入側下聯箱(位于側墻中下部)，上端接入側上聯箱，并通過導汽管與上鍋筒連通。所有的下聯箱和防焦箱均由從下鍋筒引出的下降管供水。這種鍋爐的設計煤種是無煙煤。因此在爐膛內采用了低而長的后拱和較高的前拱，并使前、后拱在爐膛內形成一個狹窄的喉部，促使空氣和煙氣中的可燃物充分混合，以利燃燒。2.雙鍋筒縱置式水管鍋爐這種水管鍋爐的產品型式頗多。按照鍋爐爐膛布置的相對位置不同，可分為“D”型和"O"型兩種布置結構。雙鍋筒縱置式"D"型鍋爐這種鍋爐可以制成快裝鍋爐，工作壓力為1.3MPa，蒸發量為2t/h或4t/h。

圖2-13是目前國內應用鉸為廣泛的一種爐型。主要由上鍋筒、下鍋筒、水冷壁、對流管束和聯箱等受壓部件組成。尾部裝有鑄鐵式省煤器。上鍋筒較下鍋筒直徑大，筒身長，兩個鍋筒平行縱置在同一垂直面上。鍋筒之間用兩組對流管束相連接，在管束的左前部和中后部設有兩道縱向煙氣隔墻，爐膛位于鍋爐的左側，并與對流煙道互相乎行，從而煙氣構成了"D"字形。

煙氣由爐膛后部右側進入對流煙道，先由后向前沖刷第中組管束，再向右轉1800彎折入第二組管束，由前向后流動，從管束末端直接進入尾部受熱面，通過煙囪排入大氣。水循環系統分為兩個部分，一是輻射取熱部分，爐膛內兩側各有一排水冷壁管，其上端直接與上鍋筒連通，下筒通過下聯箱由下鍋筒可以可靠地供水，從而構成獨立的水循環回路系統。另一是對流熱受部分。兩組對流管束，第一組管束(上升管)受高溫煙氣加熱，鍋水或汽水混合物密度小，向上流動，第二組管束(下降管)吸收熱量較少，鍋水的溫度低，密度大，向下流動，從而在上、下鍋筒之間構成了水循環回路系統。雙鍋筒縱置式"O"型鍋爐此型鍋爐爐膛在前，對流管束在后，在正面看，居中的縱置雙鍋筒間的對流管束恰呈“O”字形。工作壓力一般為1.3MPa，蒸發量為6.5t/h或l0t/h。有長上鍋筒和短上鍋筒兩種結構。爐膛兩側布置水冷壁，如果為長上鍋筒，則水冷壁上端直接接入上鍋筒，如為短上鍋筒，則兩側水冷壁分別設置上聯箱，再由汽水引出管將上聯箱和上鍋筒連通。水冷壁下端分別接有下聯箱，并有下降管形成循環回路。圖2-14所示為這種鍋爐的結構簡圖。主要由上、下兩個縱置的長短鍋筒、對流管束、水冷壁管和聯箱等受壓部件組成。尾部有省煤器和空氣預熱器。在爐膛和對流管束之間的煙道中，設置了燃燼室(一個基本上不布置受熱面的煙道空間)，為從爐膛出來的煙氣創造了具備一定溫度和逗留時間的空間環境，使煙氣中夾帶的殘存可燃物質得以繼續燃燒，降低不完全燃燒熱損失。此爐下鍋筒長度比上鍋筒約短一半，位于鍋爐整體后半段的下部。上鍋筒的前半段伸至爐膛頂部。鍋筒間由對流管束相連，對流管束中設置兩堵橫向隔煙墻，把整個煙道分隔成三個煙氣通道。爐膛的前、后、左、右四面都布有水冷壁。水冷壁管的上端與上鍋筒連接，下端與下聯箱連接，下聯箱后端伸至下鍋筒的底部，由下降管與下鍋筒連接。燃燒時，煙氣從爐膛右側流入對流管束區，順著兩道隔煙墻呈水平"Z"字形路線由前向后彎曲回行，橫向沖刷管束。再由爐墻左側下方進入尾部受熱面，最后經過除塵器，由引風機送入煙囪排至大氣。這種鍋爐優點是，結構緊湊，煙氣橫向沖刷爐管，傳熱效果較好。缺點是，由于采用風力拋煤機，屬于半懸浮燃燒，煙塵大，飛灰含炭量多；對水質要求高，給水必須經過軟化處理，特別是對于具有長上鍋筒的這類鍋爐，如缺水或水質不良，容易使鍋筒受熱變形或鼓包。

3.單鍋筒橫置式直水管鍋爐單鍋筒橫置式直水管鍋爐(圖2-15)工作壓力一般為1.3MPa，蒸發量為2t/h、4t/h或6t/h。這種鍋爐主由鍋筒、主爐管、分聯箱和泥箱等受壓部件組成。鍋筒橫置在鍋爐后部最高位置；主爐管全是直管，錯列布置在爐膛上部，前高后低，與水平成150夾角，以利于水循環；前后分箱均為波浪形，泥箱在后聯箱下部，用于積存水中泥垢，排污管設在泥箱底部，提高排污效果。

水循環系統是，鍋水由鍋筒經過后連管，進入后聯箱，在主爐管內吸熱后，產生蒸汽進入前連箱，汽水溫合物由前連管回到鍋筒內。蒸發量6.5t/h的鍋爐，還在爐膛兩側裝有水冷壁管和上、下聯箱，自成獨立的水循環回路。燃燒設備多采用鏈條爐，煙氣由爐膛自下而上進入第一(前)煙道，橫向沖刷管束，到頂部后轉1800彎進入第二(中)煙道。由上而下沖刷管束，然后再向后轉1800彎進入第三(后煙道，由下而上沖刷管束，到管束后上部轉入尾部受熱面，最后從下部經引風機由煙囪排至大氣。這種鍋爐缺點很多，主要是波浪形的分聯箱制造困難，消耗鋼材多，占地面積大等。因此國內已停止生產這種鍋爐。

4.單鍋筒縱置式水管鍋爐單鍋筒縱置式水管鍋爐(圖2-16)的鍋筒位于爐膛的正上方，兩組對流管束對稱地分布于爐膛兩側，構成了“人”字形或“A”型，所以又稱人字型或A型鍋爐。兩側主爐管和水冷壁管的上端都與鍋筒連接，下端分別與兩側下聯箱連接，從而省掉了水冷壁的下降管。水循環系統比較簡單，鍋水從鍋筒進入兩側的主爐管，下降至下聯箱，再經爐膛水冷壁管上升，又回到鍋筒內。圖2-16所示為DZD20-25/400-A型鍋爐，為一拋煤機倒轉鏈條爐。燃燒設備是拋煤機和倒轉鏈條爐排。爐內高溫煙氣經靠近前墻的左、右兩側的狹長的煙窗進入對流煙道，煙氣由前后橫向沖刷對流管束。蒸汽過熱器布置在右側前半部對流煙道中，吸收煙氣的對流放熱。在爐后的頂部，左、右兩側的煙氣匯合，轉折900向下，低次流過省煤器和空氣預熱器，最后經除塵器、引風機排送入煙囪而入大氣。此型鍋爐采用了拋煤機，爐膛內不設置前、后拱。由于燃料在拋撤過程中就已受熱焦化，燃料著火條件較好，而且在拋煤機風力作用下，部分細屑燃料懸浮于爐膛空間燃燒，從而可提高爐排可見熱強度，即可減縮爐排面積，在對流管束中沒有隔墻，煙氣一次流過，使鍋爐結構緊湊；采用單鍋筒后，又減少了鋼材耗量和制造工作量。缺點是，水容量小，運行時汽壓波動較大。3.4熱水鍋爐

熱水鍋爐進口與出口的工質都是水，大多通過水泵的壓力進行強制循環，這與蒸汽鍋爐大多依靠鍋水的密度差進行的自然循環有著很大的區別。常用的熱水鍋爐有以下三種形式，1．管式熱水鍋爐這種鍋爐有管架式和蛇形管式兩種，其優點是，結構緊湊，體積小，節省鋼材，造價低廉，運行時啟動、升溫較快。缺點是，水容量小，在運行中如遇突然停電爐水容易汽化，并可能產生水擊現象。

2．鍋殼式煙火管熱水鍋爐這種鍋爐實際上是由快裝煙火管蒸汽鍋爐改裝而成的。其優點是，水容量大，突然停電時的應變性能優于管式熱水鍋爐。缺點是，煙管剛性較大，鍋殼內的水循環不好，造成各部位之間的溫差較大，在管板處往往由于熱應力影響，容易產生裂紋和泄漏，對運行安全性危害較大，因而近年來建議不采用。3．鍋筒式水管熱水鍋爐

這種鍋爐的結構與水管蒸汽鍋爐相似。它比上述兩種鍋爐的水容量大，便于檢修，適合于工廠取暖用，其水循環方式，可以是強制循環，也可以是自然循環。圖2-17所示為QXZ250-l0/150型熱水鍋爐，其產熱量為3000kW，即250萬kcal/h(大卡/時)(60萬kcal/h相當于lt/h蒸汽的熱量)，出水溫度為150℃，工作壓力為lMPa。1一縱向上聯箱2一后側上聯箱3一上聯箱管4一上聯箱5一隔煙墻6一對流管束7一下聯箱管8一下聯箱9一左側下聯箱10一后側下聯箱11一左側水冷壁管12一后側水冷壁管這種鍋爐沒有鍋筒，整個爐膛偏置于對流管束的左側，爐膛的四壁及頂部布有足夠數量的水冷壁管。左、右側墻水冷壁管的上端，與位于爐膛中心線上方的縱向上聯箱連接，下端分別與兩側下聯箱連接，前后側墻水冷壁管的上、下端，分別與其各自的上、下聯箱連接。對流管束由豎水管組成，縱向各有48排，錯列布置，每兩排管的上、下端分別與一對上、下聯管箱連接，這樣上、下共有24對聯箱管，所有聯箱管的右端都與上、下聯箱連接。在對流管束中間，有縱向煙氣隔墻，將管束分隔成兩部分。煙氣從爐膛右側墻的后上方煙窗進入對流管束，沿折煙墻由后向前流動，在管束前部轉向，又從對流管束的右半部分由前向后流動，最后離開鍋爐本體，排入大氣。3.5我國常壓熱水鍋爐結構與性能示例目前，我國生產的常壓熱水鍋爐都是鍋殼式的，有水火管式、門拱形、圓筒形、方箱式、立式等，見下圖。1.水火管式常壓熱水鍋爐在我國工業鍋爐中。水火管式鍋爐約占半數偏多一些，許多鍋爐廠已習慣于這種鍋爐的生產，因此，一些常壓熱水鍋爐采用這種型式。與有壓同類型鍋爐的區別在于鍋殼、管板的壁厚由10～16mm減薄至6～8mm，一般皆用普通鋼板(A3、A3g)代替優質鍋爐鋼板(209、l6Mng，管板由壓制板邊結構改為平板填角焊結構，僅作1.5倍鍋爐水靜高度的水壓試驗，不進行探傷，因此，成本降低、受壓件重量減輕、工藝有所簡化。這種鍋爐的結構見圖11-2，鍋爐性能見表11-1。2.門拱形常壓熱水鍋爐

門拱形常壓熱水鍋爐(圖11-1b、c)與水火管式常壓熱水鍋爐(圖11-1a)的主要區別在于應用適于壓力低的拉撐平板結構水冷壁取代由管子與集箱組成的水冷壁，這樣，可用板材代替管子，也使水循環問題得以簡化。這種鍋爐不用爐墻，而且外形簡單，制造廠與用戶都歡迎。由于管飯、封板與鍋殼、爐膽需用填角焊縫相連，故有壓鍋爐未能推廣，但常壓鍋爐適于采用。這種鍋爐橫截面形似門拱，故稱為門拱形常壓熱水鍋爐。圖11-4所示門拱形常壓熱水鍋爐的外殼