新型角管式鏈條鍋爐研究開發

摘 要：為了減少工業鍋爐帶來的能耗和污染，江蘇省四方鍋爐有限公司和西安交通大學在引進層燃型角管熱水鍋爐技術的基礎上，共同研究開發了新型的燃煤角管鍋爐。本文主要介紹了新型角管鍋爐的結構設計，并通過鍋爐的實際運行，體現了新型角管鍋爐結構合理，節能環保。

關鍵詞：角管鍋爐 研究 結構設計 節能

中圖分類號：TN2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（c）-0096-01

國家質檢總局也專門于2010年8月30日發布了《鍋爐節能技術監督管理規程》和《工業鍋爐能效測試與評價規則》安全技術規范，這些都表明了工業鍋爐節能減排工作的重要性。如何尋求一種好的爐型來解決這個問題，也成為工業鍋爐行業亟待解決的一個難題。通過對多種爐型的研究分析及運行情況的對比得知，角管鍋爐具有明顯的優勢，因此，對角管鍋爐進行深入研究有著重要意義。

1 角管鍋爐的基本原理及結構特點

角管鍋爐是在1944年由德國水動力學專家Vorkauf發明的，這種鍋爐的最初設想是用于驅動汽車，因此，為了解決不利的給水條件、空間狹小等問題，Vorkauf利用不受熱的下降管和靈活的混合物管，設計了一種水循環非常好的鍋爐，由于這種鍋爐的下降管布置在角上，不僅作為水循環通道，而且還是作為鍋爐支撐框架的一部分，因此這種鍋爐被稱為角管式鍋爐。角管鍋爐結構上的特點在于一個起雙重作用的管架系統，它把集箱、下降管等水循環系統和支撐框架集于一身。主要特點：（1）鍋爐采用自承式結構，即鍋筒通過位于兩端下部的大直徑下降管在下部支撐，無單獨的構架支撐或懸吊，也稱為無構架鍋爐。（2）采用膜式水冷壁、爐膛為水冷壁整體焊為一個箱體，可減少漏風，不用笨重的耐火和保溫磚墻。（3）下降管與下集箱連接的供水管，以及上集箱與鍋筒連接的汽水引出管，不采用很大的彎曲半徑，而用鍛制的小R彎頭與管子焊接而成，使鍋爐結構緊湊，外形布置簡單。

2 國內角管鍋爐的發展現狀

角管鍋爐自從引進中國，到目前為止，并沒有獲得預期的市場占有率，主要存在以下的原因。

（1）國外先進的技術具有煤種的局限性，國外對煤質要求非常嚴格，都采用選煤作為鍋爐燃料，而中國的國情決定了工業鍋爐用煤沒有統一的標準，因此引進的先進技術并未在中國推廣。

（2）強制的水循環結構對于低負荷和停電保護不利。引進的角管鍋爐水循環屬于強制循環，水冷壁受熱面一般情況下都設計了向下流動的管屏，這樣在突然停電或低負荷時候容易出現水循環停滯或水倒流的狀況，威脅到鍋爐的安全運行，不利于產品的推廣。

（3）小型的角管鍋爐在鋼耗上沒有優勢。很多工業鍋爐用戶在選購鍋爐時不論性能如何，不論鍋爐整體造價怎樣，只是一味的比較出廠價格。而角管鍋爐相比傳統的DZL＼SZL＼SHL型鍋爐來說，由于采用膜式壁結構，40 t/h以下噸位鋼耗量比其它幾種爐型偏重，出廠價格沒有優勢。

3 新型角管鍋爐的研究開發

我公司對多種爐型（如DZL水火管式＼SZL縱置水管式＼SHL橫置水管式＼DHL角管式等）進行了詳細的比較，由于角管鍋爐有其特有的技術優勢，因此將重點研究開發此產品。在這種情況下，我公司和西安交通大學鍋爐研究所合作，聯合設計生產了新型的角管式鍋爐。我們開發研究的新型角管式鍋爐產品在吸收國外先進技術的基礎上，以高效節能和減排環保為主導思想，并結合公司生產自動化的特點，重點做了以下技術改造。

（1）適合多煤種燃燒的前后拱及二次風設計。

國外的用戶燃料基本都是采用選煤，比較統一，而國內的用戶所使用的煤種差別較大，因此引進的角管鍋爐并不適合在中國使用推廣。為適應我國鍋爐燃煤特性，我們重新對角管鍋爐的前后拱進行研究設計，并增加了二次風調節燃燒，使得新型的角管鍋爐能夠同時燃用二類煙煤及介于二類和三類之間的煙煤。

（2）爐膛出口的飛灰內循環流化復燃裝置。

在爐膛出口的凝渣管上設置了高溫分離裝置，捕捉并分離高溫煙氣中50%～60%的未燃盡的含碳飛灰粒子，依靠其自身重力作用重新沿后墻水冷壁附近的空間回流下行，再受上升氣流沖刷、夾帶再次上升、往復循環，延長了在爐膛內的停留時間，利于含碳粒子的燃盡，大大降低了飛灰中的含碳量，可將機械不完全燃燒損失降低2%左右，提高了鍋爐的效率，降低煙塵的初次排放濃度。

（3）尾部旗式對流受熱面煙氣采用等流速設計。

引進的角管鍋爐尾部旗式受熱面采用煙道流通截面不變的多級布置。此種結構布置會形成隨著煙溫的降低，尾部受熱面煙氣速度會越來越低，形成積灰。研究分析，煙氣速度低于7 m/s時，比較容易積灰，而且傳熱系數會大大降低。另外，國內用戶許多都采用含灰量較大的煤種，且不布置吹灰器或布置了吹灰器不經常開啟，往往一個采暖期結束后再清灰，若采用引進的結構，則積灰很嚴重。為解決此問題，采用了變截面等煙氣流速的設計方法，保證煙氣流速始終>7 m/s，這樣既可以減輕積灰，也強化了對流受熱面的傳熱，且可以降低鋼耗。

（4）可靠的水循環機停電保護措施。

國外引進的角管鍋爐水循環受到質疑，為解決這個問題，我們在設計過程中采用“自然循環+強制循環”的水循環模式。在受熱比較強烈的爐膛部分，水循環采用自然循環，保證在低負荷及停電的情況下此部分水循環安全可靠。在受熱比較弱的尾部受熱面，水循環采用強制循環，為停電保護，在各個回路最高點都設置放氣閥。

（5）采用更利于實現批量化生產和現場檢修的結構。

引進的角管鍋爐采用緊湊的旗式受熱面結構是一大亮點，但制造起來比較困難，很難實現批量化生產，而且若有一根蛇形管發生爆管等問題，無法進行檢修更換。我公司針對這種情況，改變了傳統的旗式受熱面形勢，不再把蛇形管直接焊接在旗桿上，而是采用小集箱的結構，將對流受熱面引出尾部煙道，若發生爆管等事故時，可以將蛇形管抽出檢修更換。

（6）采用先進的燃燒裝置鍋爐燃燒的好壞，燃燒設備也非常重要。新型的角管鍋爐采用最新設計的爐排送風和配風結構，采用大風倉小風斗的爐排結構，使得爐排配風均勻，明顯的提高燃燒的均勻性，極大地減少了爐渣含碳量。

4 結論

新型角管鍋爐的運行實測效率可達83.1%，可見，通過我們的研究及技術改造，角管鍋爐無論是在鋼耗量上，還是運行后節能環保方面，都取得了很好的成效。目前角管鍋爐也得到極大地推廣，我公司已推出75 t/h中溫中壓的發電角管鍋爐，92 MW的熱水采暖角管鍋爐也在制造。相信在我們不斷地技術創新下，新型的角管鍋爐一定會成為工業鍋爐行業的一個領頭軍。

參考文獻

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