水管鍋爐

由於管內橫斷面比管外小，因此汽水流速大大增加，受熱面上產生的蒸汽立即被沖走，這就提高了鍋水吸熱率。與鍋殼式鍋爐相比水管鍋爐鍋筒直徑小，工作壓力高，鍋水容量小，一旦發生事故，災害較輕，鍋爐水循環好，蒸發效率高，適應負荷變化的性能較好，熱效率較高。因此，壓力較高，蒸發量較大的鍋爐都為水管鍋爐。所謂水管鍋爐(a water tube boiler ，就是水、汽或汽水混合物在管內流動，而火焰或煙氣在管外燃燒和流動的鍋爐。

早期水管鍋爐的受熱面管子，為了便於清除水垢，大多是直管形式。隨著爐外和爐內水處理技術的進步，可以保證鍋爐長期運行而管內結垢很少，因而出現了彎水管鍋爐。彎水管鍋爐的受熱面管子，可以根據需要製成比較複雜的形狀，因而鍋爐的各種性能大大提高。水管鍋爐的受熱面由很多小管子組成，熱膨脹補償性能良好，可以根據需要任意布置。鍋爐壓力和容量的提高不受鍋筒限制。汽水流動可以自然循環，也可以是強制循環或水汽依次通過各受熱面，不但各受熱面能得到良好冷卻，而且還使單位受熱面吸熱量增多。受熱面全部在鍋筒外部，水管鍋爐的鍋筒相對來講很小，採用直流鍋爐，鍋筒可以取消，所以水管鍋爐的金屬使用率較低。水管鍋爐採用過熱器、省煤器和空氣預熱器后，排煙溫度可以降低到100~150℃，鍋爐效率可達90%以上。水管鍋爐的缺點是結構比較複雜，體積較大，不適宜用於移動設備上。鍋爐的相對水容量小，對自動化控制和操作水平要求較高。根據水管鍋爐的上述特點，水管鍋爐適用於大、中型工廠和發電廠。

整體的結構包括鍋爐本體和輔助設備兩大部分。

鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過熱器、省煤器、空氣預熱器、構架和爐牆等主要部件構成生產蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個最主要的部件是爐膛和鍋筒。

爐膛又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在爐排上，進行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態燃燒，並適於燃燒劣質燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉，並強烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風爐。爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內燃燒形成火焰和高溫煙氣，所以爐膛四周的爐牆由耐高溫材料和保溫材料構成。在爐牆的內表面上常敷設水冷壁管，它既保護爐牆不致燒壞，又吸收火焰和高溫煙氣的大量輻射熱。爐膛設計需要充分考慮使用燃料的特性。每台鍋爐應盡量燃用原設計的燃料。燃用特性差別較大的燃料時鍋爐運行的經濟性和可靠性都可能降低。

鍋筒是自然循環和多次強制循環鍋爐中，接受省煤器來的給水、聯接循環迴路，並向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡體由優質厚鋼板製成，是鍋爐中最重的部件之一。鍋筒的主要功能是儲水，進行汽水分離，在運行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，避免含有高濃度鹽分和雜質的鍋水隨蒸汽進入過熱器和汽輪機中。鍋筒內部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來得飽和蒸汽與水分離開來，並盡量減少蒸汽中攜帶的細小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件；中壓以上的鍋爐除廣泛採用多種型式的旋風分離器進行粗分離外，還用百葉窗、鋼絲網或均汽板等進行進一步分離。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監測和保護設施。

一、給水設備，如：注水器，離心泵等；二、通風設備，如：鼓風機，引風機，煙囪；三、運煤設備，如：人工上煤，電動葫蘆；四、除灰設備，如：人工除灰，刮板除渣機；五除、塵設備，如：旋風除塵器，多管除塵器。

為了考核性能和改進設計，鍋爐常要經過熱平衡試驗。直接從有效利用能量來計算鍋爐熱效率的方法叫正平衡，從各種熱損失來反算效率的方法叫反平衡。考慮鍋爐房的實際效益時，不僅要看鍋爐熱效率，還要計及鍋爐輔機所消耗的能量。單位質量或單位容積的燃料完全燃燒時，按化學反應計算出的空氣需求量稱為理論空氣量。為了使燃料在爐膛內有更多的機會與氧氣接觸而燃燒，實際送入爐內的空氣量總要大於理論空氣量。雖然多送入空氣可以減少不完全燃燒熱損失，但排煙熱損失會增大，還會加劇硫氧化物腐蝕和氮氧化物生成。因此應設法改進燃燒技術，爭取以盡量小的過量空氣係數使爐膛內燃燒完全。鍋爐煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質，未經凈化時其排放指標可達到環境保護規定指標的幾倍到數十倍。控制這些物質排放的措施有燃燒前處理、改進燃燒技術、除塵、脫硫和脫硝等。藉助高煙囪只能降低煙囪附近地區大氣中污染物的濃度。煙氣除塵所使用的作用力有重力、離心力、慣性力附著力以及聲波、靜電等。對粗顆粒一般採用重力沉降和慣性力的分離，在較高容量下常採用離心力分離除塵靜電除塵器和布袋過濾器具有較高的除塵效率。濕式和文氏—水膜除塵器中水滴水膜能粘附飛灰，除塵效率很高還能吸收氣態污染物。二十世紀50年代以來，人們努力發展灰渣綜合利用，化害為利。如用灰渣製造水泥、磚和混凝土骨料等建築材料。70年代起又從粉煤灰中提取空心微珠，作為耐火保溫等材料。鍋爐未來的發展將進一步提高鍋爐和電站熱效率；降低鍋爐和電站的單位功率的設備造價；提高鍋爐機組的運行靈活性和自動化水平；發展更多鍋爐品種以適應不同的燃料；提高鍋爐機組及其輔助設備的運行可靠性；減少對環境的污染。

水管與火管是以管子裡面介質的不同來定義的，水管就是管子裡面走水，通過外部煙氣對流/輻射換熱加熱管子中的水，火管就是管子裡面走煙氣，讓煙氣加熱管外介質來實現換熱，火管鍋爐結構簡單，水及蒸汽容積大，對負荷變動適應性好，對水質的要求比水管鍋爐低，多用於小型企業的生產工藝和生活採暖上。水管鍋爐的受熱面布置方便，傳熱性能好，在結構上可用於大容量和高參數的工況。但對水質和運行水平要求較高。

（1）水管鍋爐壓力適應範圍較廣，可突破壓力限制，可滿足2.5MPa以上的供汽要求。火管鍋爐受材料壁厚與壓力的限制，用於2.5MPa壓力以下。

（2）火管鍋爐為鍋殼式鍋爐，受各鍋爐廠家設備、工裝的限制，製造太大的火管鍋爐難度較大，通常在35t/h以下。水管結構鍋爐可實現鍋爐大型化，35t/h以上的鍋爐通常採用水管結構。（3）火管鍋爐具有結構緊湊的特點，在同等出力下，外形與設備重量均低於水管鍋爐。水管鍋爐因體積較大，有更多的空間用於布置過熱器，因此水管鍋爐佔用鍋爐房相對較大。