关于燃气锅炉设计中的若干问题分析

关于燃气锅炉设计中的若干问题分析
随着可持续发展观念的日渐深入，燃气锅炉相对于燃煤锅炉来说日益成为一个较为合理的选择。

然而对于燃气锅炉的设计仍有待深入，本文首先介绍了燃气锅炉产生的相关背景和拥有的优势，并在此基础上分析在大势所趋的情形下，分项分析燃气锅炉设计的结构及其存在的相关问题，最后对燃气锅炉设计过程中的问题进行深入剖析，以期为燃气锅炉的设计提供经验。

标签：燃气锅炉;设计结构;问题
20世纪80年代以前，我国工业和生活中所用的锅炉很大一部分是使用煤炭，长期使用煤炭锅炉加之煤炭锅炉的利用率不高，导致我国长时间的煤炭资源浪费严重，随之产生的还有环境污染问题。

尽管从现阶段上看，随着燃油燃气锅炉的使用，资源浪费现象和环境污染问题有着小范围的缓解，但由于我国将较多的精力放在了燃煤锅炉的研究上而相对忽视了燃气锅炉的研究，使得燃气锅炉的普及率并不理想。

因此要想较好地缓解能源浪费、完善能源结构、治理环境污染，就必须加大对燃气锅炉设计的研究。

本文便是在此背景下，根据实践基础对燃气锅炉设计进行整体探讨。

一、燃气锅炉概说
1、燃气锅炉的产生背景
燃气锅炉的产生背景，很大程度上是因为燃煤锅炉的弊端。

当前许多城市中使用的燃煤锅炉的使用年限十分久远，随着社会经济的快速发展、城市人口的迅猛增长，燃煤锅炉已经无法全面适应发展的需要。

从经济层面上说，近年来因为煤的价格的上涨，燃煤锅炉的成本一直居高不下;从环境层面上说，燃煤锅炉在使用的过程中容易产生大量的污染物质，如二氧化硫、氮氧化物等等，对空气的污染极其严重;从操作层面上说，燃煤锅炉在操作上非常复杂且强度较大，配套设施复杂，种类繁多，整体占用面积也相当大，投入费用也高。

正因为燃煤锅炉的种种劣势，燃气锅炉便再次背景下应运而生。

2、燃气锅炉的优势
现阶段燃气锅炉的逐步普及，其在经济效益和社会环境等方面逐步取代了燃煤锅炉。

相比燃煤、燃油锅炉，燃气锅炉有非常大的优势：第一，燃气锅炉相对较为容易地达到国家对于锅炉设备方面的环境标准，它在燃烧过程中产生的污染物大大减少，进而在很大程度上能够减少对环境的污染。

第二，燃气锅炉在使用过程中对流管束较少，因此其在传导过程中受到的消耗较少，燃气锅炉自身的热强度也相对较高，使得它相对于其他锅炉有着更好的热传效果。

第三，燃气锅炉在投资费用上大大较少。

因为燃气锅炉自身的一些特点，使得燃气锅炉结构显得较为精致、重要更为轻便。

在种种优势的综合下，燃气锅炉在未来的应用中具有非常广泛的前景，因此加强对燃气锅炉设计的研究便显得至关重要。

二、燃气锅炉的设计结构及存在的问题
1、小型立式鍋炉及其存在的问题
小型立式锅炉，是锅炉结构形式的一种，具有结构相对较为简单、安装方便、操作简单、占地面积小等特点，新型的小型立式锅炉的利用效率可以达到78%——87%，一般表现为蒸汽锅炉，典型代表为立式水管蒸汽锅炉，是由花原制作所和西德黑西尔公司合作研发的。

另外一种典型锅炉是由美国富尔顿公司研发的两回程无管锅炉，这种锅炉主要是通过锅炉高温辐射的换热和旋转作用的换热来使物质升温。

不过，在使用过程中，小型立式锅炉也存在一些问题：在第二回程的过程中难以产生相对较大的温差以配合锅炉的使用，除非能够在锅炉内另外安装室内压头，但根据研究表明，这样一来会使得电机的耗电量大大增加，也会造成成本的增加。

2、卧式锅炉及其存在的问题
一般来说，当锅炉的蒸发量大于1吨每小时时，便可以考虑采用卧式锅壳式锅炉。

当锅炉的蒸发量大于10吨每小时时，便可以考虑采用卧式或者是层叠式的水管式锅炉。

下面主要介绍这两种锅炉的设计结构。

2.1卧式锅壳式锅炉及其存在的问题
卧式锅壳式锅炉一般分为干背式锅壳式锅炉和湿背式锅壳式锅炉。

干背式锅壳式锅炉由燃烧器喷出燃料并点燃后生成的燃烧物质到达锅炉的另一侧后，经过耐火砖折转通过烟管，主要是二三层回程结构，其制作工艺较为简单，制作时间也较少，因此吸引了很多工厂运用这种锅炉。

当然，干背式锅壳式锅炉也存在一些问题：其燃烧器喷发出来的燃料容易使得烟箱盖发生损坏，因此必须经常进行停工修理，延长了生产周期。

湿背式锅壳式锅炉因为避免了干背式锅炉的容易使得烟箱盖发生损坏的缺点，较多地被用于燃气锅炉。

湿背式锅炉的运用在很大程度上延长了锅炉的有效运行周期，从而减少维修的所需费用，另外，湿背式锅炉在经过换热之后，到达前烟箱时温度已经大幅降低，所以对前烟箱门的规格要求不高。

当然，这样的结构使得回燃室的制造工艺大幅度增加，装配难度也大幅度加大，还需要增加很多零部件进行辅助，焊缝的数量也增多，导致焊缝工作量大幅增加。

2.2中小型卧式水管锅炉及其存在的问题
自第一次世界大战以来，中小型卧式水管锅炉得到了相关广泛的应用，相对于锅壳式锅炉来说，中小型卧式水管锅炉具有非常显著的优点：第一，它能够较好地适应锅炉工质温度和压力等参数提高的要求，从而可以降低工业生产机械的重量，从而大幅度提高生产效率;第二，受热面布置相对来说较为灵活。

中小型卧式水管锅炉能够灵活地设置空气预热器和省煤器，也可以根据实际情况的需
求，增设过热器以保证工业生产的顺利进行。

但是随着自动化技术的迅猛发展，水管锅炉相对于锅壳式锅炉的优势逐渐缩小，特别是在容量10t/h的情况以下，水管锅炉相对于锅壳式锅炉的优势已经丧失。

因此需要在今后的研发中，增强自身的显著优势。

三、燃气锅炉设计过程中的问题分析
1、炉膛传热计算问题
一般来说，对于燃气锅炉的炉膛传热的计算，学界目前并无相对标准的计算方法，一般来说，参照原苏联的计算方法——《锅炉机组热力计算标准方法》。

按照这个标准方法中的计算烟温的公式，燃烧修正系数M以M=0.54-0.2X计算，如果按照这个方法计算烟温，会产生较大的误差。

因此国内一部分学者主张按照火焰的长度的相对值进行计算，根据这个方式，计算标准公式应为：M=1.01一-049x，当然这种方式只是一种有效的尝试，还应作出更多的验证。

2、烟箱的隔热问题
正如上文所说，干背式锅炉的烟箱直接在燃料出口处，烟温一般比较高。

虽然湿背式锅炉的烟温能够得到有效降低，但由于这种结构的锅炉制造十分复杂。

因此非常有必要研究烟箱的隔热问题。

从锅炉的设计上来看，烟箱是一个密封的隔热的构成部分，因为锅炉的结构十分紧凑，不可能将烟箱的容量扩大，从而导致烟箱的隔热材料的相关参数都受到诸多的限制。

就目前来看，国内普遍采用的隔热效果较好的材料是硅酸铝纤维板，但其仍然有着自身的不足，比如牢固性能较差，一旦被压实，其导热的系数将会迅猛升高。

从现实层面上来说，烟箱的隔热问题依然是一个短时间内难以彻底解决的技术问题。

3、烟管的布置问题
在烟管的布置问题中，应该以保证安全性为前提，一切布置都应在此项前提下进行，另外，尽最大的努力提高经济效益也应是其布置的基本原则。

在布置材料的选择上，不管是选用平管板、拱形管板亦或是其他的平管板，都必须要保证一定的强度、拉撑力。

根据1996年颁布的标准：“焊接烟管的焊缝外边缘至板边起点的距离不应小于6毫米。

有部分企业在设计过程中，不考虑制造过程中产生的偏差，将烟管布置在标准规定的理论边缘位置，应该说这种情况在强度上是不符合国家标准的。

综合上述，在烟管的布置问题中，应将理论标准要求和实际误差相结合，留有足够的空间。

四、结语
不管是基于经济性原则还是环保性原则，燃气锅炉的运用将是大势所趋，有着非常广泛的运用前景。

基于大背景对燃气锅炉进行设计结构剖析和设计过程分析是非常有必要的。

不管分析结果如何，对燃气锅炉的使用都应根据客观情况，在实践的指导下，相信在设计结构和设计过程中存在的相关问题都能得到有效解
决。

参考文献：
[1]韩家德、路义萍、侯云涛.卧式内燃锅壳式燃油燃气锅炉设计的若干问题.哈尔滨理工大学学报[J].2000
[2]王家伟、岳永亮、沈胜强.锅壳式供暖锅炉设计与计算中的几个问题.能源技术[J].2008
[3]赵钦新.燃油和燃气锅炉的结构和设计.工业锅炉[J].1997。