锅炉的主要受压元件

锅炉的主要受压元件

锅炉的受压元件主要有锅筒(锅壳)、管板(封头)、炉胆(炉胆顶)、回燃(烟)室、集箱、汽水管、烟(火)管、拉撑件、门孔及孔盖等。受压元件的主要连接形式是焊接和胀接。

1．锅筒(锅壳)

除了直流锅炉和小型立式水管锅炉(贯流炉)外，锅炉一般都有锅筒(锅壳)，它是十分重要的受压元件，其主要作用是：

(1)接受和分配给水。

(2)进行汽水分离，内装汽水分离装置，提高分离效果。

(3)贮存和输送蒸汽。

(4)部分炉型的锅炉锅筒还可作为受热面。

水管锅炉中，若将锅筒置于炉体外，则亦称锅筒为汽包；若有上下两个锅筒，则上锅筒也称为汽鼓，下锅筒亦称为水鼓或泥鼓。

锅壳式内燃锅炉的结构特点是燃烧空间和大部分受热面均布置在锅壳内，此时，锅壳内大多布置有炉胆、烟(火)管和拉撑等受压元件。

一般而言，筒体上要开多个管孔用来装接下降管、安全阀、压力表、水位表、主蒸汽(或出水)管、进水管、排污管、加药管等。水管(或水、火管)锅炉还要装接水冷壁管、对流管、过热器管等。

2．管板(封头)

管板(封头)是锅筒的组成部分，它们位于锅筒两端，与筒体一起组成锅筒。封头有球形、椭球形和扁球形三种，目前多采用椭球形封头。管板实际上是封头的一种特殊形式，它是在冲压成平板状的封头上开许多管孔，用以连接烟(火)管，因此被称为管板。卧式锅壳锅炉的锅壳筒体两端绝大多数为管板。

3．炉胆

只有锅壳式锅炉才有炉胆。炉胆和锅筒一样是受压元件，但筒体受到的是内部压力，而炉胆受到的则是外部压力。炉胆的外面是炉水，而里面则是燃烧室，因此其内部温度很高，内外壁温差很大，所以炉胆是锅壳式锅炉中工作环境最恶劣的受压部件。

炉胆的热膨胀问题是设计者必须考虑的问题，由于炉胆受高温火焰灼烧，其平均温度要高于锅筒(锅壳)的温度，特别是燃油、燃气锅炉的火焰温度更高，温度变化更剧烈，因此如果设计不合理，则会将很大的热膨胀应力集中于某几处，容易造成应力集中处破裂甚至导致锅炉爆炸，所以就要求炉胆应具有良好的热胀冷缩性能。

以下是几种常见的炉胆结构形式：

(1)平直炉胆平直炉胆为直筒形，分无加强圈和有加强圈两种。

(2)加膨胀环的炉胆平直炉胆加膨胀环主要是为了吸收热膨胀，避免形成过大的热应力。

(3)波纹炉胆波纹炉胆主要部分(如：受高温火焰直接灼烧的部分)壁面形状如一个接一个连续不断的波纹，故得名波纹炉胆。

4．回燃(烟)室

回燃(烟)室是湿背式、半湿背式锅炉所特有的，一般是指位于锅壳内部从炉胆出口到第二烟(回)程之间过渡段所占的空间。由于第二烟程与第一烟程流向相反，故得名回燃室。

回燃室的存在，使锅炉内部T形焊缝增多，应力分布相对复杂；但也使锅炉散热损失减少。

5．集箱

集箱又叫联箱，它与水管连接，主要用来汇聚和分配管中的汽水。集箱多用直径较大的无缝钢管加两个端盖制成，端盖上大多开有手孔。集箱上的手孔是用于检验和清洗集箱及管子的，多采用内闭式非焊接连接结构，并避免直接与火焰接触。

6．水(汽)管及其组成的受压部件

锅炉本体钢管中流动介质为水(汽)的称为水(汽)管。水管锅炉的主要受热面部件就是由水(汽)管组成的，主要有水冷壁、对流管束、节能器和过热器。

(1)水冷壁水冷壁管一般常用直径为51～63．5mm的无缝钢管制成，主要吸收炉膛内的辐射热，有的水冷壁管两侧有鳍片，以吸收更多的辐射热，中、大型锅炉上普遍使用了膜式水冷壁。

(2)对流管束对流管束一般用直径为38～51 mm的无缝钢管制成，布置于炉膛以外，主要靠对流传热吸收烟气冲刷所带来的热量。连接上下锅筒的对流管束，处于烟气温度较高区域的为上升管，而处于烟气温度较低区域的则为下降管。

(3)省煤器省煤器是布置在锅炉尾部烟道中利用排烟的热量来加热锅炉给水的一种换热设备，属对流受热面。它可以提高给水的温度，减少排烟损失。一般而言，省煤器出水温度每升高10℃，锅炉排烟温度平均降低2～3℃。省煤器分为沸腾式和非沸腾式，也可按连接方式分为不可分式(焊接)和可分式，或按材料不同分为钢管省煤器和铸铁省煤器。小型锅炉一般选用非沸腾式、可分式铸铁省煤器，且多带有鳍片以提高换热效率。铸铁省煤器的特点是耐腐蚀，表面易积灰，烟气流动阻力大，但铸铁有脆性，因此工作压力不能太高，且水不允许沸腾，以防脆性破裂。钢管式省煤器适用于给水经热力除氧或给水温度较高的锅炉，一般为较大型锅炉。钢管省煤器由许多平行的蛇形管组成，其优点是能耐高压，水可被加热至产生部分饱和蒸汽，不怕产生水击，表面不易积灰，但不耐腐蚀。为了防止省煤器在锅炉启动、停炉等过程中，因停止给水使管壁得不到足够的冷却而过烧损坏，应安装旁通烟道或再循环管。

对于小型燃油锅炉而言，由于本身排烟温度较低，排烟量亦较少，造成的排烟损失不大；而燃料油烟气中的含硫量较高，易对尾部受热面产生低温腐蚀，综合考虑经济问题，小型燃油锅炉多不装省煤器。

(4)过热器有的锅炉对于出口蒸汽的温度和湿度有特殊要求，于是将锅筒(汽包)中的湿饱和蒸汽引到专门加热蒸汽的受压部件——过热器中，一般蒸发量在20t／h以上水管锅炉都带有过热器，少数蒸发量为4t／h甚至更小的蒸汽锅炉也带有过热器。

过热器按其换热的方式可分为对流式、半辐射式、辐射式三种。对流式过热器置于炉膛外对流烟道内，主要吸收烟气的对流传热。半辐射式过热器置于炉膛上部出口处附近，既吸收辐射热又吸收对流传热。辐射式过热器则置于炉膛上部，主要吸收炉膛内火焰和高温烟气的辐射热。一般中小型蒸汽锅炉的过热器均为对流过热器。

按放置的方式可分为立式过热器和卧式过热器，如图1—5所示。两种过热器优缺点比较见表1—6。

图1—5 过热器放置方式

a)立式过热器b)卧式过热器

表1—6立式过热器与卧式过热器的比较

按过热器中蒸汽与烟气流动方向可分为顺流式、逆流式和混流式，如图1—6所示。顺流式过热器蒸汽人口处的几排管子内易结盐垢导致爆管；逆流式布置传热效果最好，但蒸汽出口处几排管子易超温过热，应采用耐热合金钢；混流式布置是先逆流后顺流，综合了前面两种布置方式的优点，克服了不足之处。

图1—6 过热器后位与烟气流动方式

a)逆流 b)顺流 c)混流

蒸汽流向指：管内蒸汽温度由低向高

烟气流向指：管外烟气温度由高向低