鍋爐構(gòu)造中的鍋筒設(shè)計(jì)

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摘要：鍋筒是鍋爐整體構(gòu)造中不可缺少的一部分，是一個(gè)萬(wàn)分重要的部分。鍋筒主要是用來(lái)接收冷水和高溫蒸汽傳輸過(guò)程的設(shè)備。鍋爐未來(lái)的發(fā)展將進(jìn)一步提高鍋爐和電站熱效率；降低鍋爐和電站的單位功率的設(shè)備造價(jià)；提高鍋爐機(jī)組的運(yùn)行靈活性和自動(dòng)化水平；發(fā)展更多鍋爐品種以適應(yīng)不同的燃料；提高鍋爐機(jī)組及其輔助設(shè)備的運(yùn)行可靠性；減少對(duì)環(huán)境的污染。 

關(guān)鍵詞：鍋爐構(gòu)造;鍋筒設(shè)計(jì)  鍋筒是鍋爐中最笨重且價(jià)格昂貴的厚壁承壓部件。鍋筒不但承受很高的內(nèi)壓，而且由于運(yùn)行工況變化，還會(huì)由于壁溫的波動(dòng)產(chǎn)生熱應(yīng)力，因而工作條件惡劣，需進(jìn)行有效的運(yùn)行工況監(jiān)督。結(jié)構(gòu)和材料鍋筒工作條件復(fù)雜，出現(xiàn)事故的后果嚴(yán)重，必須嚴(yán)格控制鍋筒所用材料的化學(xué)成分、機(jī)械性能和焊接與加工工藝質(zhì)量，并經(jīng)過(guò)一系列的嚴(yán)格檢驗(yàn)。  一、鍋筒的發(fā)展  18世紀(jì)上半葉，英國(guó)煤礦使用的蒸汽機(jī)，包括瓦特的初期蒸汽機(jī)在內(nèi)，所用的蒸汽壓力等于大氣壓力。18世紀(jì)后半葉改用高于大氣壓力的蒸汽。19世紀(jì)，常用的蒸汽壓力提高到0.8兆帕左右。與此相適應(yīng)，最早的蒸汽鍋爐是一個(gè)盛水的大直徑圓筒形立式鍋殼，后來(lái)改用臥式鍋殼，在鍋殼下方磚砌爐體中燒火。  19世紀(jì)中葉，出現(xiàn)了水管鍋爐。鍋爐受熱面是鍋殼外的水管，取代了鍋殼本身和鍋殼內(nèi)的火筒、火管。鍋爐的受熱面積和蒸汽壓力的增加不再受到鍋殼直徑的限制，有利于提高鍋爐蒸發(fā)量和蒸汽壓力。這種鍋爐中的圓筒形鍋殼遂改名為鍋筒，或稱(chēng)為汽包。初期的水管鍋爐只用直水管，直水管鍋爐的壓力和容量都受到限制。  二十世紀(jì)初期，汽輪機(jī)開(kāi)始發(fā)展，它要求配以容量和蒸汽參數(shù)較高的鍋爐。直水管鍋爐已不能滿(mǎn)足要求。隨著制造工藝和水處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了彎水管式鍋爐。開(kāi)始是采用多鍋筒式。隨著水冷壁、過(guò)熱器和省煤器的應(yīng)用，以及鍋筒內(nèi)部汽、水分離元件的改進(jìn)，鍋筒數(shù)目逐漸減少，既節(jié)約了金屬，又有利于提高鍋爐的壓力、溫度、容量和效率。  二、鍋爐的結(jié)構(gòu)  鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、構(gòu)架和爐墻等主要部件構(gòu)成生產(chǎn)蒸汽的核心部分，稱(chēng)為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個(gè)最主要的部件是爐膛和鍋筒。  三、鍋筒  鍋筒是自然循環(huán)和多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐中，接受省煤器來(lái)的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過(guò)熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡(jiǎn)體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。  鍋筒是自然循環(huán)和多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐中，接受省煤器來(lái)的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過(guò)熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡(jiǎn)體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。  1.鍋筒的功能  鍋筒的主要功能是儲(chǔ)水，進(jìn)行汽水分離，在運(yùn)行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，避免含有高濃度鹽分和雜質(zhì)的鍋水隨蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器和汽輪機(jī)中。鍋筒內(nèi)部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設(shè)備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來(lái)的飽和蒸汽與水分離開(kāi)來(lái)，并盡量減少蒸汽中攜帶的細(xì)小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件；中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風(fēng)分離器進(jìn)行粗分離外，還用百頁(yè)窗、鋼絲網(wǎng)或均汽板等進(jìn)行進(jìn)一步分離。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監(jiān)測(cè)和保護(hù)設(shè)施。  鍋爐煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質(zhì)，未經(jīng)凈化時(shí)其排放指標(biāo)可達(dá)到環(huán)境保護(hù)規(guī)定指標(biāo)的幾倍到數(shù)十倍?？刂七@些物質(zhì)排放的措施有燃燒前處理、改進(jìn)燃燒技術(shù)、除塵、脫硫和脫硝等。借助高煙囪只能降低煙囪附近地區(qū)大氣中污染物的濃度。煙氣除塵所使用的作用力有重力、離心力、慣性力附著力以及聲波、靜電等。對(duì)粗顆粒一般采用重力沉降和慣性力的分離，在較高容量下常采用離心力分離除塵靜電除塵器和布袋過(guò)濾器具有較高的除塵效率。濕式和文氏—水膜除塵器中水滴水膜能粘附飛灰，除塵效率很高還能吸收氣態(tài)污染物。  鍋爐的分類(lèi)  2.鍋爐的分類(lèi)。  鍋爐按用途可分為工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、船用鍋爐和機(jī)車(chē)鍋爐等；按鍋爐出口壓力可分為低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力等鍋爐；鍋爐按水和煙氣的流動(dòng)路徑可分為火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐，其中火筒鍋爐和火管鍋爐又合稱(chēng)為鍋殼鍋爐；按循環(huán)方式可分為自然循環(huán)鍋爐、輔助循環(huán)鍋爐(即強(qiáng)制循環(huán)鍋爐)、直流鍋爐和復(fù)合循環(huán)鍋爐；按燃燒方式，鍋爐分為室燃爐、層燃爐和沸騰爐等。在水汽系統(tǒng)方面，給水在加熱器中加熱到一定溫度后，經(jīng)給水管道進(jìn)入省煤器，進(jìn)一步加熱以后送入鍋筒，與鍋水混合后沿下降管下行至水冷壁進(jìn)口集箱。水在水冷壁管內(nèi)吸收爐膛輻射熱形成汽水混合物經(jīng)上升管到達(dá)鍋筒中，由汽水分離裝置使水、汽分離。分離出來(lái)的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過(guò)熱器，繼續(xù)吸熱成為450℃的過(guò)熱蒸汽，然后送往汽輪機(jī)。在燃燒和煙風(fēng)系統(tǒng)方面，送風(fēng)機(jī)將空氣送入空氣預(yù)熱器加熱到一定溫度。在磨煤機(jī)中被磨成一定細(xì)度的煤粉，由來(lái)自空氣預(yù)熱器的一部分熱空氣攜帶經(jīng)燃燒器噴入爐膛。燃燒器噴出的煤粉與空氣混合物在爐膛中與其余的熱空氣混合燃燒，放出大量熱量。燃燒后的熱煙氣順序流經(jīng)爐膛、凝渣管束、過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器后，再經(jīng)過(guò)除塵裝置，除去其中的飛灰，最后由引風(fēng)機(jī)送往煙囪排向大氣。  3.鍋爐鍋筒構(gòu)造  一般的鍋爐爐膛橫切面都是規(guī)則的形狀?？扇嘉锶紵a(chǎn)生火焰和高溫蒸汽，因此爐壁必須采用耐熱型和保溫型材料。而且一般情況下?tīng)t壁內(nèi)層常包裹一層冷壁管，它一邊吸收火焰和蒸汽的溫度一邊保護(hù)爐壁不讓其被高溫?zé)龎?。鍋爐爐筒組成結(jié)構(gòu)包括分離裝置和清洗裝置以及排污裝置等。分離裝置是用來(lái)把從前一個(gè)環(huán)節(jié)過(guò)來(lái)的高溫蒸汽和水分分離出來(lái)，而且提高高溫蒸汽的純度。低壓鍋爐一般采用簡(jiǎn)單的隔離板進(jìn)行分離處理；而高壓鍋爐除一般形式的粗分離外，還用精細(xì)分離。并且鍋爐本身還配置了一些列的安全保護(hù)設(shè)施。  4.鍋爐的設(shè)計(jì)  為了提高性能還要對(duì)鍋爐進(jìn)行過(guò)熱平衡測(cè)試。這種平衡測(cè)試分為兩部分，即正平衡和反平衡。正平衡是通過(guò)能量的有效轉(zhuǎn)化率來(lái)測(cè)試鍋爐性能的一種測(cè)試，兒反平衡是能量的損失率來(lái)計(jì)算鍋爐性能的測(cè)試。 鍋爐中的燃料在燃燒的過(guò)程中所產(chǎn)身份的煙氣對(duì)空氣有很大的污染作用，如果對(duì)這種煙氣沒(méi)有進(jìn)行處理直接排放到空氣中所造成的污染是難以想象的。對(duì)這些延期的處理方式有很多種方法，在鍋爐內(nèi)部循環(huán)的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行直接過(guò)濾也是一種可行的有效措施。這對(duì)鍋爐的爐筒設(shè)計(jì)就有了一定的要求。  四、小結(jié)  鍋爐未來(lái)的發(fā)展將進(jìn)一步提高鍋爐和電站熱效率；以節(jié)能和環(huán)保為主要發(fā)展目標(biāo)，降低鍋爐和電站的單位功率的設(shè)備造價(jià)；提高鍋爐機(jī)組的運(yùn)行靈活性和自動(dòng)化水平；發(fā)展更多鍋爐品種以適應(yīng)不同的燃料；提高鍋爐機(jī)組及其輔助設(shè)備的運(yùn)行可靠性；減少對(duì)環(huán)境的污染。