爐膛水冷壁爐膛水冷壁的作用

爐膛水冷壁就是布置在爐膛四周的、管內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)一般為水或汽水兩相混合物的受熱面。若鍋爐為蒸汽鍋爐，水冷壁主要為蒸發(fā)受熱面；若鍋爐為熱水鍋爐或超臨界壓力鍋爐．則水冷壁主要為加熱受熱面。

在自然循環(huán)鍋爐爐膛內(nèi)，如果管內(nèi)工質(zhì)向上流動(dòng)，水冷壁也稱上升管。水冷壁的基本作用為：①吸收爐膛內(nèi)火焰的熱量。由于爐內(nèi)火焰溫度較高，且煙速很低，因此這種吸熱主要通過(guò)輻射方式來(lái)進(jìn)行，在爐膛出口處將煙氣的溫度冷卻到足夠低的程度。②保護(hù)爐墻。由于水冷壁的存在，使得火焰只能部分或完全不接觸爐墻，從而起到保護(hù)作用。除此之外，水冷壁還能起到懸吊爐墻、防止?fàn)t壁結(jié)渣等作用。

水冷壁主要有兩類，即光管式水冷壁和膜式水冷壁，如圖1《水冷壁管的型式》（1-管子；2-耐火層；3-絕熱層；4-護(hù)板；5-扁鋼；6-鰭片管；7-特制銷釘；8-耐火水泥；9-耐火材料）所示。其中(a)光管；(b)鰭片管焊成的膜式水冷壁；(c)用扁鋼焊成的膜式水冷壁；(d)涂有耐火水泥的銷釘管水冷壁；(e)涂有耐火水泥的銷釘管膜式水冷壁。

光管式水冷壁就是通過(guò)鍋筒及集箱連接起來(lái)的一排布置在爐墻內(nèi)側(cè)的光管受熱面；膜式水冷壁就是各光管之間用鰭片或扁鋼焊接成的一組管屏。光管水冷壁是由普通的無(wú)縫鋼管彎制而成，一般是貼近燃燒室爐墻內(nèi)壁、互相平行地垂直布置，上端與鍋筒或上集箱連接，下端與下集箱連接。

水冷壁管布置的緊密程度用管子的相對(duì)節(jié)距來(lái)表示。管子的節(jié)距s與外徑d之比(即s/d)稱為相對(duì)節(jié)距。相對(duì)節(jié)距不同，說(shuō)明水冷壁的吸熱量和對(duì)爐墻的保護(hù)程度不同。若d不變，相對(duì)節(jié)距減小，說(shuō)明s減小，管子排列緊密，即在同樣大小的爐膛內(nèi)布置水冷壁管多，水冷壁的吸熱量大，爐墻的安全性增強(qiáng)，但火焰照射到爐墻上的輻射熱量減少，爐墻對(duì)管子的反射熱量少，管子金屬的利用率低；相反，相對(duì)節(jié)距增大，水冷壁管的總的吸熱量減小，對(duì)爐墻的保護(hù)作用差．但管子的利用率較高。

在一定的s/d下，水冷壁管中心線至爐墻內(nèi)表面的距離e與管子外徑的比值(即e/d)對(duì)水冷壁的吸熱量及爐墻的保護(hù)作用也有影響，若e/d的數(shù)值大，則爐墻接受火焰的輻射熱多。若d不變，說(shuō)明管子與爐墻之間的距離增加，爐墻內(nèi)表面對(duì)管子的輻射作用增強(qiáng)，因而水冷壁管的吸熱量也較多。但這時(shí)爐墻溫度升高，爐墻上容易結(jié)渣，焊在水冷壁管背面起固定作用的拉桿也容易燒壞。

現(xiàn)代鍋爐為了減輕爐墻重量，常將水冷壁的一半埋在爐墻中(e=0)，這種爐墻稱為敷管式爐墻。這種爐墻的主要優(yōu)點(diǎn)是爐墻溫度較低，爐墻可以減薄，使安裝方便、節(jié)省材料，能夠減輕鍋爐的重量。自然循環(huán)鍋爐常用的水冷壁管外徑有60、76、83 mm等，壁厚為3.5～6mm。管徑越小，遮蓋同樣面積的爐墻所消耗的金屬越少。

光管式水冷壁具有制造、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但它的缺點(diǎn)是保護(hù)爐墻的作用小，爐膛漏風(fēng)嚴(yán)重。由于焊接工藝的限制，以前普遍采用光管式水冷壁?，F(xiàn)代小型鍋爐受制造成本的限制時(shí)，有時(shí)也采用光管式水冷壁。

膜式水冷壁有兩種型式，一種是光管之間焊扁鋼形成膜式水冷壁；另一種是由軋制成形的鰭片管焊成。膜式水冷壁對(duì)爐墻的保護(hù)最好，爐墻的重量、厚度大為減少。因?yàn)槟な剿浔诘臓t墻只需要保溫材料，不用耐火材料，因而可采用輕型爐墻。同時(shí)，水冷壁的金屬耗量增加不多。此外，膜式水冷壁的氣密性好，大大減少了爐膛漏風(fēng)，甚至也可采用微正壓燃燒，提高鍋爐熱效率。由于蓄熱能力小，爐膛燃燒室升溫快，冷卻亦快，可縮短啟動(dòng)和停爐時(shí)間。廠內(nèi)預(yù)先組裝好才出廠，可縮短安裝周期，保證質(zhì)量。膜式水冷壁的缺點(diǎn)主要是制造工藝較復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到它的一些特點(diǎn)。如不允許兩相鄰管子的金屬溫度差超過(guò)50℃(這個(gè)要求對(duì)自然循環(huán)鍋爐是容易做到的)，因要把水冷壁系統(tǒng)制成整體焊接的懸吊框式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)膜式水冷壁時(shí)必須保證有足夠的膨脹延伸自由，還應(yīng)保證人孔、檢查孔、看火孔以及管子橫穿水冷壁等處有良好的密封性。水冷壁管穿過(guò)爐墻的部分要留出膨脹間隙。為了防止漏風(fēng)，間隙內(nèi)填充石棉繩。對(duì)于敷管爐墻，爐墻貼附在膜式水冷壁管外面形成一個(gè)整體，穿墻部分可不留間隙。膜式水冷壁由于具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。大型鍋爐幾乎全部采用的是膜式水冷壁。 2100433B

一般，水冷壁管敷設(shè)在鍋爐爐墻四周，但大容量鍋爐經(jīng)常將部分水冷壁管布置在爐膛中間。水冷壁管的主要作用如下：

(1)保護(hù)爐墻，減少爐膛內(nèi)高溫的煙氣和爐渣對(duì)爐墻的浸蝕破壞作用。裝設(shè)水冷壁后，鍋爐爐墻內(nèi)壁溫度和爐膛的煙氣溫度都大大降低，有效地防止了爐墻和受熱面結(jié)渣，同時(shí)還可減小爐墻厚度及減輕爐墻的重量?，F(xiàn)代大型鍋爐，采用爐墻與水冷壁管共同組成敷管式或管上爐墻，即利用水冷壁管懸吊的爐墻。

(2)爐膛內(nèi)的高溫火焰對(duì)水冷壁管的導(dǎo)熱，主要是輻射傳熱。輻射傳熱強(qiáng)度與燃?xì)饨^對(duì)溫度的四次方成正比。由于爐膛內(nèi)的燃?xì)鉁囟群芨?，所以，水冷壁管在爐膛內(nèi)吸收輻射傳熱很強(qiáng)烈，是鍋爐的主要蒸發(fā)受熱面。

對(duì)高壓和超高壓鍋爐，在爐膛頂部常布置輻射過(guò)熱器；對(duì)直流鍋爐，一部分預(yù)熱受熱面(相當(dāng)于省煤器)和過(guò)熱受熱面(相當(dāng)于過(guò)熱器)常布置在水冷壁中；而超臨界直流鍋爐，因?yàn)闆](méi)有蒸發(fā)受熱面，水冷壁則只用于加熱給水和過(guò)熱蒸汽。

一般情況下，爐膛可以由絕熱爐墻構(gòu)成，也可以由水冷壁吸熱的非絕熱爐墻構(gòu)成。在絕熱爐墻中，爐墻應(yīng)采用耐高溫的耐火材料砌筑。由于絕熱溫度比較高，要考慮耐火材料的能夠承受的極限溫度限制，以及燃料帶來(lái)的灰分的高溫熔融對(duì)爐墻的沾污。

爐膛中的火焰向四周非絕熱爐墻的傳熱以輻射換熱為主。根據(jù)燃料的性質(zhì)和燃燒產(chǎn)物，可以計(jì)算火焰的黑度，再根據(jù)受熱面表面的性質(zhì)可以計(jì)算系統(tǒng)黑度，獲得輻射傳熱量和爐膛出口煙氣溫度。

在爐膛中，由于操作不當(dāng)，可能引起爐膛爆炸。

引起爐膛爆炸的具體原因是多種多樣的，其共同之處是爐膛中積累了大量的可燃物或可燃?xì)怏w，遇到明火后發(fā)生爆炸；或者熄火后未及時(shí)中斷燃料供給，在高溫下突然自燃。

爐膛爆炸預(yù)防措施有：

①點(diǎn)火前必須查明燃燒器有無(wú)漏油漏氣現(xiàn)象，引風(fēng)5-10分鐘后方可點(diǎn)火；

②點(diǎn)火時(shí)，先開風(fēng)機(jī)后引火，再供給燃料；如果點(diǎn)火不著，應(yīng)重新通風(fēng)，再按點(diǎn)火步驟點(diǎn)火；

③正常停爐時(shí)，先停止供給燃料，后停止鼓、引風(fēng)機(jī)；

④運(yùn)行中突然熄火或事故停爐時(shí)，必須先停止供給燃料；

⑤裝設(shè)點(diǎn)火程序，自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)，燃料供給聯(lián)鎖裝置以及自動(dòng)滅火保護(hù)裝置。2100433B