1、前言
有關(guān)新型水火管鍋殼鍋爐的特點(diǎn)，在文獻(xiàn)中已作過詳細(xì)介紹。
水火管鍋殼鍋爐由于主要對流受熱面——煙管置于鍋殼之內(nèi)，則鍋殼直徑較同容量水管鍋爐的鍋筒有所增大。因此，以前水火管鍋殼鍋爐的容量一般不大于1 0蒸噸“蒸噸”相當(dāng)于0.7M W熱水鍋爐）或1t/h蒸汽鍋爐），壓力一般不大于1.25M Pa，否則，鍋殼直徑與壁厚都較大，會給制造工藝帶來一定困難。
由于高效傳熱元件——螺紋煙管的應(yīng)用，使同容量鍋爐的鍋殼直徑明顯縮小，加之，適當(dāng)增加水管受熱面，于是，水火管鍋殼鍋爐的容量已擴(kuò)大至40蒸噸（已經(jīng)投運(yùn)）、65蒸噸（開始設(shè)計），壓力可達(dá)1.6M Pa。壓力再高，需作特別考慮。由于鍋殼鍋爐的容量不宜過大，故大于1 0蒸噸屬于“大容量”范圍。
2、大容量新型水火管鍋殼鍋爐結(jié)構(gòu)與工作特點(diǎn)
20蒸噸新型水火管鍋殼鍋爐（II型）如圖1所示。由爐膛出來的高溫?zé)煔饨?jīng)過后部沉降室進(jìn)入兩側(cè)上部八字煙道，然后經(jīng)螺紋煙管排出鍋爐本體。如為蒸汽鍋爐或熱水溫度超過130℃的熱水鍋爐，應(yīng)適當(dāng)增設(shè)尾部受熱面，以降低排煙溫度；對于熱水溫度低于130℃的熱水鍋爐，可不設(shè)尾部受熱面，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
15蒸噸鍋爐的結(jié)構(gòu)，與上述20蒸噸的基本相同。
40蒸噸新型水火管鍋殼鍋爐（ll型）如圖2所示。由爐膛出來的高溫?zé)煔饨?jīng)過后部沉降室進(jìn)入兩側(cè)小排管（除附墻管外，在煙氣通道內(nèi)僅有兩排管），然后煙氣由兩側(cè)引向三個鍋殼前部的整體橫煙箱再平行經(jīng)過三個鍋殼的螺紋煙管排出鍋爐本體。尾部受熱面需否設(shè)置，與上述的15、20蒸噸鍋爐相同。
65蒸噸鍋爐的結(jié)構(gòu)，與上述40蒸噸的基本相同。
由圖1、圖2可見，鍋爐結(jié)構(gòu)較為簡單，鍋爐高度也明顯偏小（參見圖4對比）。
上述鍋爐（無論蒸汽鍋爐或熱水鍋爐）都采用便于運(yùn)行的自然循環(huán)方式，循環(huán)回路十分簡單。由于回路高度已達(dá)4～5m，即使熱水鍋爐不采用回水引射措施也能滿足防止過冷沸騰最低水速要求。供熱系統(tǒng)回水分別進(jìn)入三個鍋殼，各鍋殼的回水分配量應(yīng)與各鍋殼對應(yīng)受熱面的吸熱量相匹配，回水直接引向各下降管入口附近以利于自然循環(huán)。
上述鍋爐都采用自身支承方式，可取消主鋼架，達(dá)到明顯節(jié)鋼與降低鍋爐成本目的。
15、20蒸噸鍋爐（圖1）的后拱無需支吊，但拱的曲率半徑不宜過大，拱的彎曲形狀約介于半圓與平板之間。營口鍋爐總廠在這方面有成熟經(jīng)驗(yàn)。40蒸噸鍋爐（圖2）的后拱由于跨度較大，約為5m，故采用15根∮57×5m m的后拱管來支吊。后拱呈平板狀，200m m厚，拱的重量約為10to后拱管垂直段的應(yīng)力甚小，為：
（垂直段只承擔(dān)一半重量，另一半由后集箱支座承擔(dān)。）鋼管的屈服限a200℃～20kgf/him 2，則安全裕度高達(dá)49倍。即使僅由兩根管承擔(dān)，應(yīng)力也只有約3kgfhnm 2。因此，上述結(jié)構(gòu)是可靠的，長春鍋爐廠在這方面有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
為使鍋爐出口的原始排塵濃度滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，在爐膛后部的灰塵沉降室所沉降下來的灰塵應(yīng)通過拱后部的排灰口定期排至灰坑內(nèi)(:k戶排的后下部)。拱前部、中部的積灰可通過拱的大量孔洞自行落至爐排上。孔洞的直徑約為300m m（上口）、200m m（下口）。即使在孔洞中心處有少量煙氣由拱的下部流向上部，對燃燒工況并不會產(chǎn)生明顯不利影響。天津鍋爐總廠在這方面有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
螺紋煙管與煙氣橫向沖刷的排管（管束）都存在最佳煙速問題。最佳煙速系指既不明顯積灰，也不明顯磨損的煙速。對于橫向沖刷排管，此煙速約為10m /s;而對于螺紋煙管（縱向沖刷），平均煙速約為20m/s。對于目前常用的II類煙煤或質(zhì)量更好的煤種，螺紋煙管中的煙速尚可再提高一些，既不致于使螺紋煙管入口處磨損嚴(yán)重，也使螺紋煙管出口處的積灰問題更為緩和。在磨損與積灰問題上，螺紋煙管要比水管鍋爐的尾部受熱面緩和得多。數(shù)萬臺新型水大管鍋殼鍋爐運(yùn)行實(shí)踐表明，只有極少數(shù)燃用灰分大且灰的硬度高，而且始終在滿負(fù)荷條件下運(yùn)行時，才出現(xiàn)過螺紋煙管入口附近磨損嚴(yán)重問題。此情況下，原本應(yīng)按灰的特點(diǎn)，在設(shè)計時適當(dāng)降低煙速（灰磨損與煙速的3.2次方成比例），此問題就不會出現(xiàn)。另外，少數(shù)鍋爐在很低負(fù)荷下運(yùn)行（或低負(fù)荷調(diào)試），但未進(jìn)行定期清灰，久之，發(fā)現(xiàn)螺紋煙管出口附近明顯積灰。任何一種對流受熱面在很低負(fù)荷下運(yùn)行，都存在積灰與需要清灰問題，而螺紋煙管的清灰原本不難實(shí)現(xiàn)[比一般橫向沖刷的排管（管束）要容易得多]，如能定期清灰，此問題也不復(fù)存在。鍋爐負(fù)荷約為額定負(fù)荷一半以上時，一般無需定期清灰。
3、大容量新型水火管鍋殼鍋爐發(fā)展概況
營口鍋爐總廠(C級)在發(fā)展新型水火管鍋殼鍋爐，特別是在大容量方面，作出了重要貢獻(xiàn)。該廠從1 990年開始生產(chǎn)7M W新型水火管鍋殼鍋爐，至今累計生產(chǎn)1～40蒸噸不同容量此型鍋爐共約1千臺，近5千蒸噸，單臺平均容量為5.3蒸噸；熱水鍋爐約占60%，蒸汽鍋爐約占40%。于1991年最早開發(fā)20蒸噸新型水火管鍋殼鍋爐（1型），它與II型（圖1）的主要區(qū)別是在爐膛兩側(cè)設(shè)置排管。考慮排管積灰不易清除，結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，故II型用兒字煙道中的受熱面取代排管。另外， l型是用鋼架將全部受壓件支吊起，而II型取消主鋼架，采用身支承方式。l型已投運(yùn)約20臺，出力與效率均達(dá)到設(shè)計要求。1994年后又投運(yùn)3臺40蒸噸新型水火管鍋殼鍋爐（1型），它與II型的主要區(qū)別是在鍋爐的一側(cè)設(shè)置了較大的排管，采用兩個鍋殼[2]，用鋼架將主鍋殼與爐膛水冷壁支吊起。II型則用兩側(cè)小排管取代一側(cè)大排管以利于清灰，為便于安裝改用三個鍋殼，為節(jié)省鋼材取消主鋼架，采用自身支承方式。29M W（II型）鍋爐已于1999年1月份投運(yùn)2臺，測試結(jié)果見表1。
東豐鍋爐廠（c級，沈陽軍區(qū)后勤部安裝工程大隊(duì)）從1994年開始生產(chǎn)1～20蒸噸不同容量新型水火管鍋殼鍋爐，至今累計生產(chǎn)近2千臺，約8千蒸噸；熱水鍋爐約占80%。該廠是目前我國生產(chǎn)此型鍋爐最多的工廠。10.5M W（II型）鍋爐已投運(yùn)3冬，在東北氣溫條件下單臺供熱面積達(dá)15萬m2，用戶滿意。14M W（II型）鍋爐也已投運(yùn)。
泰安鍋爐廠（C級）從1995年開始生產(chǎn)1～20蒸噸不同容量新型水火管鍋殼鍋爐，20t/h（II型）生產(chǎn)用蒸汽鍋爐已投用2年。
天津市大灘鍋爐廠①級）生產(chǎn)并投運(yùn)的14M W（II型）新型水火管鍋殼鍋爐在天津市南開區(qū)為35萬m2建筑物供熱（白天僅用一臺，夜間再增加1臺7M W鍋爐），用戶滿意。
天津鍋爐總廠（b級）、南京鍋爐總廠（B級）經(jīng)多方考察對比后，也已決定采用新型水火管鍋殼鍋爐爐型。天津鍋爐總廠已于1998年生產(chǎn)并投運(yùn)5臺14M W（II型）鍋爐，測試結(jié)果見表2；29M W（II型）鍋爐正在制造中。南京鍋爐總廠（B級）也已生產(chǎn)29M W（II型）鍋爐。
長春鍋爐總廠（B級）自行設(shè)計出全強(qiáng)制循環(huán)20、40蒸噸新型水火管鍋殼鍋爐，已有3～4年運(yùn)行歷史。
大連輕工機(jī)械總廠（C級）生產(chǎn)不同容量新型水火管鍋殼鍋爐已有十余載，自行設(shè)計出自然循環(huán)、自身支承的20、40蒸噸新型水火管鍋殼鍋爐，其中20蒸噸已經(jīng)投運(yùn)2年。
由上述可見，新型水火管鍋殼鍋爐已全面向大容量發(fā)展。
4、大容量新型水火管鍋殼鍋爐與同容量其它爐型對比
一種鍋爐新爐型由開發(fā)、被承認(rèn)終至定型下來，其綜合性能指標(biāo)必須比較優(yōu)越。鍋爐綜合性能指標(biāo)包括：
一一不單指新投入運(yùn)行的值，更應(yīng)考核運(yùn)行幾年后的情況；
金屬耗量——除爐排以外的全部金屬耗量；
外形尺寸——涉及鍋爐房造價，鍋爐高度尤為重要；
工藝、安裝、檢修性能——指難易程度；
安全可靠性——不易產(chǎn)生爆管、開裂、鼓包等事故；
壽 命——至整體報廢的使用時間一般應(yīng)達(dá)到20～30年；環(huán)保性能——鍋爐本體內(nèi)應(yīng)考慮灰塵沉降與排除，以滿足原始排塵濃度的要求；自身能耗——與煙風(fēng)阻力有關(guān)，不單指新投入運(yùn)行的值，更應(yīng)考核運(yùn)行幾年后的情況；
通用性一一指蒸汽、熱水型通用，燃煤、燃油（氣）通用，有壓、無壓型通用；
價 格——盡力降低成本才能真正降低價格。
任何一種爐型不可能各項(xiàng)性能均優(yōu)于其它爐型；已被承認(rèn)下來的不同爐型在某些性能上會互有高低，用戶根據(jù)自己情況選用適合的爐型。多品種適應(yīng)不同需求是工業(yè)大國產(chǎn)品的發(fā)展規(guī)律。但是，綜合性能指標(biāo)較好，特別是其中重要指標(biāo)突出的爐型，必然得到較大發(fā)展。
任何一種爐型的開發(fā)都需要經(jīng)過詳細(xì)論證、大量試驗(yàn)研究、實(shí)際鍋爐運(yùn)行考核等
過程，一種能被承認(rèn)下來的爐型，是在不斷改進(jìn)不斷完善中，逐步形成的。一種新爐型的定型一般都需要較長的時間。水火管鍋殼鍋爐是于1965年出現(xiàn)的，曾歷經(jīng)不斷改進(jìn)、完善。于1984年開始出現(xiàn)其改進(jìn)型，后又形成新型水火管鍋殼鍋爐。可見，水火管鍋殼鍋爐由出現(xiàn)至今已有34年歷史，而改進(jìn)型、新型水火管鍋殼鍋爐由出現(xiàn)至今也經(jīng)歷過15載。
本文涉及的大容量新型水火管鍋殼鍋爐盡管只有8～9年的經(jīng)歷，但由于綜合性能較好，特別是高度明顯偏小，鍋爐本體與廠房的造價明顯偏低，工藝較簡單，出力與效率在運(yùn)行幾年后仍較高，因此，較快被一些制造廠、用戶與設(shè)計院所采用。
在我國，較大容量工業(yè)鍋爐的公認(rèn)較好爐型并不多。
縱置鍋筒水管鍋爐（類似于歷史悠久的原蘇聯(lián)AK B型鍋爐）是一種較好的爐型，在國內(nèi)得到較大發(fā)展。由爐膛出來的高溫?zé)煔鉄崃恐饕看笈殴芪諂3a)。它與同容量新型水火管鍋殼鍋爐(圖3b)相比，盡管它的高度與后者大至相當(dāng)，但長度明顯偏大。鍋爐總要在低負(fù)荷下運(yùn)行或調(diào)試），排管積灰無法避免，而這樣大的排管又很難清灰，必然影響出力與效率。如在設(shè)計時考慮此因素，排管受熱面會更大。大排管的制造工藝量也較大。因此，有些鍋爐廠已決定不再生產(chǎn)20蒸噸容量的這種鍋爐。新型水火管鍋殼鍋爐與縱置鍋筒水管鍋爐的主要區(qū)別在于用鍋殼內(nèi)的高效換熱螺紋煙管取代置于煙道內(nèi)的不易清灰的大排管，二者的爐膛尺寸當(dāng)容量相同時應(yīng)基本一樣。
橫置鍋筒水管鍋爐在國內(nèi)已有約15年的歷史，得到許多鍋爐廠與用戶的認(rèn)可，是一種發(fā)展快的較好爐型，圖4a為其代表爐型，常用作20蒸噸及更大容量蒸汽或熱水鍋爐。但這種爐型明顯偏高，容量為40蒸噸時，它高于新型水火管鍋殼鍋爐約5m，見圖4a與圖4b的對比。新型水火管鍋殼鍋爐由于兩側(cè)的中上部設(shè)置小排管，故鍋爐的中上部寬度大于上述水管鍋爐，但廠房平臺以上的操作空間位置（參見圖2）的鍋爐寬度與上述水管鍋爐一樣（因爐排寬度二者相同）。
新型水火管鍋殼鍋爐高度明顯偏小的特點(diǎn)使原有較小鍋爐房擴(kuò)容成為可能。例如，北京望京供熱站的原有鍋爐房中2臺14M W水管鍋爐需擴(kuò)容為2臺29M W鍋爐，圖2所示29M W新型水火管鍋殼鍋爐已經(jīng)達(dá)到此目的。而對于新建的鍋爐房，鍋爐高度明顯偏小會使鍋爐房造價大幅度下降。
上述兩種40蒸噸容量爐型對比表明，新型水火管鍋殼鍋爐由于鍋爐房造價低、鍋爐取消主鋼架、受熱面鋼耗偏小，使每臺鍋爐至少可節(jié)省50萬元。新型水火管鍋殼鍋爐由于螺紋煙管阻力較大，29M W容量鍋爐的引風(fēng)機(jī)功率約增加30～40kW（指設(shè)置煙氣阻力較大的內(nèi)螺紋外肋片鑄鐵空氣預(yù)熱器時），平均每年增加的電費(fèi)約為2萬元。由于初投資節(jié)省50萬元，盡管每年多消耗2萬元，其經(jīng)濟(jì)效益仍很大。
65蒸噸新型水火管鍋殼鍋爐的外形尺寸見圖5，其結(jié)構(gòu)與圖2所示40蒸噸容量類似，其性能會同樣優(yōu)越。由圖5可見，鍋爐高度僅約10m。
15～65蒸噸容量鍋爐正是目前供暖與生產(chǎn)十分需要的產(chǎn)品，因此，具有明顯優(yōu)越性的此容量新型水火管鍋殼鍋爐的成功投運(yùn)，會對我國工業(yè)鍋爐發(fā)展產(chǎn)生重大影響作用。
