鍋爐構(gòu)造中的鍋筒設(shè)計

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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，是一個萬分重要的部分。鍋筒主要是用來接收冷水和高溫蒸汽傳輸過程的設(shè)備。鍋爐未來的發(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；提高鍋爐機(jī)組的運(yùn)行靈活性和自動化水平；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；減少對環(huán)境的污染。 

關(guān)鍵詞：鍋爐構(gòu)造;鍋筒設(shè)計  鍋筒是鍋爐中最笨重且價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，還會由于壁溫的波動產(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)過一系列的嚴(yán)格檢驗。  一、鍋筒的發(fā)展  18世紀(jì)上半葉，英國煤礦使用的蒸汽機(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盛水的大直徑圓筒形立式鍋殼，后來改用臥式鍋殼，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。開始是采用多鍋筒式。隨著水冷壁、過熱器和省煤器的應(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，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個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，接受省煤器來的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡體由優(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，接受省煤器來的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡體由優(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的飽和蒸汽與水分離開來，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  2.鍋爐的分類。  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。分離出來的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過熱器，繼續(xù)吸熱成為450℃的過熱蒸汽，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、過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器后，再經(jīng)過除塵裝置，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。而且一般情況下爐壁內(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。分離裝置是用來把從前一個環(huán)節(jié)過來的高溫蒸汽和水分分離出來，而且提高高溫蒸汽的純度。低壓鍋爐一般采用簡單的隔離板進(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  為了提高性能還要對鍋爐進(jìn)行過熱平衡測試。這種平衡測試分為兩部分，即正平衡和反平衡。正平衡是通過能量的有效轉(zhuǎn)化率來測試鍋爐性能的一種測試，兒反平衡是能量的損失率來計算鍋爐性能的測試。 鍋爐中的燃料在燃燒的過程中所產(chǎn)身份的煙氣對空氣有很大的污染作用，如果對這種煙氣沒有進(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)的時候?qū)ζ溥M(jìn)行直接過濾也是一種可行的有效措施。這對鍋爐的爐筒設(shè)計就有了一定的要求。  四、小結(jié)  鍋爐未來的發(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；提高鍋爐機(jī)組的運(yùn)行靈活性和自動化水平；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；減少對環(huán)境的污染。