锅炉燃烧室燃烧后的全部烟气是通过炉墙围成的通道而排出的,锅炉炉墙将锅炉中燃烧的火焰、高温烟气以及各受热面部件与外界隔绝起来,它是锅炉本体的重要组成部分。炉墙的主要作用有:
1、绝热作用。防止锅炉内热量的散失,最大限度地减少锅炉的散热损失,确保锅炉运行的经济性。
2、密封作用。当锅炉负压运行时,防止外界冷空气漏人炉膛和烟道,确保运行的经济性;当锅炉正压运行时,防止火焰和烟气喷出,确保运行人员的工作安全和环境卫生。
3、组成烟气的流道。促使锅炉中的烟气按一定的通道依次流过各受热面。
为保证炉墙能起到上述作用,炉墙应满足下列要求:
(1)良好的绝热性
锅炉的散热损失在很大程度上取决于炉墙结构和炉墙材料的合理选取。对于大型锅炉机组来说,散热损失要求不超过0.3%~0.5%,这就要求锅炉炉墙具有良好的绝热性。为了尽量减少散热损失,要求炉墙外表温度不超过一定的范围。
1)对于配50Mw以上机组的锅炉,在室内布置时,环境温度按25℃,炉墙外表面温度不超过50℃,最大热流量不超过290W/m2;在室外布置时,环境温度按当地年平均温度来确定,炉墙外表面温度不超过40℃,最大热流量不超过290W/m2。
2)对于配50MW以下机组的锅炉,在室内布置时,环境温度按25℃,炉墙外表面温度不超过55℃,最大热流量不超过350W/m2;在室外布置时,环境温度按当地年平均温度来确定,炉墙外表面温度不超过50℃,最大热流量不超过350W/m2。
(2)良好的密封性
炉墙的密封性对锅炉运行的经济性乃至安全性会产生很大的影响。
对于负压运行的锅炉,由于炉墙密封不严所引起的外界冷空气的漏人,不仅增加了锅炉的排烟热损失,而且还造成了引风机电耗的增加,从而使锅炉效率降低约0.4%~0.5%。对于正压运行的锅炉,则炉墙的泄漏会导致向外喷热烟尘,危及运行人员的安全和卫生,故要求炉墙有更高的密封性。
(3)足够的耐热性能
锅炉炉墙各内侧耐火材料受到炉膛内火焰的高温辐射,或受到高温烟气的冲刷,有的部位还与灼热的炉渣接触,因而炉墙应具有足够的耐热高温性能,并应能承受相当大的温度波动与抵抗灰渣能力,但是在不同的锅炉部位和在不同类型的锅炉中,炉墙有不同的内壁温度,因而也就有不同的耐热性要求。炉膛内炉墙内壁的温度最高,随着烟气放热而温度不断下降,随后各烟道的炉墙温度也逐渐降低,因而对耐热性的要求也有所降低。
在旧式锅炉和现代小型锅炉中,炉膛内壁有相当部分不敷设水冷壁或敷设的水冷壁管节距很大,炉墙内壁温度很高,因而要求其能耐高温。现代的大中型锅炉炉膛内都布满水冷壁,有时在高温烟道部分也敷设水冷壁,炉膛内壁温度一般不超过800~900℃。有些新型锅炉中炉膛水冷壁的相对节距很小(s/d≤1.0),炉膛内壁温度可降到400—500℃以下。更有不少新型锅炉,尤其是大型锅炉还采用膜式水冷壁,此时对炉墙的耐热要求更大为降低,乃至可以将其视为一种单纯的保温层。
(4)一定的机械强度
在炉墙上作用着各种力,包括炉墙自重、锅炉正常运行时的烟气压力、炉墙内轻度爆燃所造成的突发性烟气压力、炉内火焰脉动所引起的振动和地震时的水平惯性力等。为抵抗上述各种作用力而不发生破坏,锅炉炉墙应具有一定的机械强度。此外,显然还要求炉墙的重量轻、结构简单、价格低廉等。
炉墙的上述各项要求,一般难以用一种耐火材料来满足。例如,耐热性能好的耐火材料往往绝热性能较差,而且重量较重;密封用的材料则更有不同的选择标准。为了更好地满足以上各项要求,锅炉炉墙通常设计成由几层组成。一般为三层,即内侧重质耐火砖耐热层、中间绝热层和外壁密封层,各层采用不同的耐火材料。但是,尽管如此,各层的作用有时也不能截然分开。
随着锅炉形式和受热面结构的发展,锅炉炉墙也经历三个发展阶段,并相应地形成了三种基本的结构形式,即重型炉墙、轻型炉墙和敷管炉墙。这三类炉墙的主要差别在于炉墙材料及支撑方式。
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