炉膛水冷壁

水冷壁主要有两类，即光管式水冷壁和膜式水冷壁，如图1《水冷壁管的型式》（1-管子；2-耐火层；3-绝热层；4-护板；5-扁钢；6-鳍片管；7-特制销钉；8-耐火水泥；9-耐火材料）所示。其中(a)光管；(b)鳍片管焊成的膜式水冷壁；(c)用扁钢焊成的膜式水冷壁；(d)涂有耐火水泥的销钉管水冷壁；(e)涂有耐火水泥的销钉管膜式水冷壁。

光管式水冷壁就是通过锅筒及集箱连接起来的一排布置在炉墙内侧的光管受热面；膜式水冷壁就是各光管之间用鳍片或扁钢焊接成的一组管屏。光管水冷壁是由普通的无缝钢管弯制而成，一般是贴近燃烧室炉墙内壁、互相平行地垂直布置，上端与锅筒或上集箱连接，下端与下集箱连接。

水冷壁管布置的紧密程度用管子的相对节距来表示。管子的节距s与外径d之比(即s/d)称为相对节距。相对节距不同，说明水冷壁的吸热量和对炉墙的保护程度不同。若d不变，相对节距减小，说明s减小，管子排列紧密，即在同样大小的炉膛内布置水冷壁管多，水冷壁的吸热量大，炉墙的安全性增强，但火焰照射到炉墙上的辐射热量减少，炉墙对管子的反射热量少，管子金属的利用率低；相反，相对节距增大，水冷壁管的总的吸热量减小，对炉墙的保护作用差．但管子的利用率较高。

在一定的s/d下，水冷壁管中心线至炉墙内表面的距离e与管子外径的比值(即e/d)对水冷壁的吸热量及炉墙的保护作用也有影响，若e/d的数值大，则炉墙接受火焰的辐射热多。若d不变，说明管子与炉墙之间的距离增加，炉墙内表面对管子的辐射作用增强，因而水冷壁管的吸热量也较多。但这时炉墙温度升高，炉墙上容易结渣，焊在水冷壁管背面起固定作用的拉杆也容易烧坏。

现代锅炉为了减轻炉墙重量，常将水冷壁的一半埋在炉墙中(e=0)，这种炉墙称为敷管式炉墙。这种炉墙的主要优点是炉墙温度较低，炉墙可以减薄，使安装方便、节省材料，能够减轻锅炉的重量。自然循环锅炉常用的水冷壁管外径有60、76、83 mm等，壁厚为3.5～6mm。管径越小，遮盖同样面积的炉墙所消耗的金属越少。

光管式水冷壁具有制造、安装简单等优点。但它的缺点是保护炉墙的作用小，炉膛漏风严重。由于焊接工艺的限制，以前普遍采用光管式水冷壁。现代小型锅炉受制造成本的限制时，有时也采用光管式水冷壁。

膜式水冷壁有两种型式，一种是光管之间焊扁钢形成膜式水冷壁；另一种是由轧制成形的鳍片管焊成。膜式水冷壁对炉墙的保护最好，炉墙的重量、厚度大为减少。因为膜式水冷壁的炉墙只需要保温材料，不用耐火材料，因而可采用轻型炉墙。同时，水冷壁的金属耗量增加不多。此外，膜式水冷壁的气密性好，大大减少了炉膛漏风，甚至也可采用微正压燃烧，提高锅炉热效率。由于蓄热能力小，炉膛燃烧室升温快，冷却亦快，可缩短启动和停炉时间。厂内预先组装好才出厂，可缩短安装周期，保证质量。膜式水冷壁的缺点主要是制造工艺较复杂，设计时必须考虑到它的一些特点。如不允许两相邻管子的金属温度差超过50℃(这个要求对自然循环锅炉是容易做到的)，因要把水冷壁系统制成整体焊接的悬吊框式结构，设计膜式水冷壁时必须保证有足够的膨胀延伸自由，还应保证人孔、检查孔、看火孔以及管子横穿水冷壁等处有良好的密封性。水冷壁管穿过炉墙的部分要留出膨胀间隙。为了防止漏风，间隙内填充石棉绳。对于敷管炉墙，炉墙贴附在膜式水冷壁管外面形成一个整体，穿墙部分可不留间隙。膜式水冷壁由于具有显著的优点，因而得到了广泛的应用。大型锅炉几乎全部采用的是膜式水冷壁。 2100433B

炉膛水冷壁就是布置在炉膛四周的、管内流动介质一般为水或汽水两相混合物的受热面。若锅炉为蒸汽锅炉，水冷壁主要为蒸发受热面；若锅炉为热水锅炉或超临界压力锅炉．则水冷壁主要为加热受热面。

在自然循环锅炉炉膛内，如果管内工质向上流动，水冷壁也称上升管。水冷壁的基本作用为：①吸收炉膛内火焰的热量。由于炉内火焰温度较高，且烟速很低，因此这种吸热主要通过辐射方式来进行，在炉膛出口处将烟气的温度冷却到足够低的程度。②保护炉墙。由于水冷壁的存在，使得火焰只能部分或完全不接触炉墙，从而起到保护作用。除此之外，水冷壁还能起到悬吊炉墙、防止炉壁结渣等作用。

一般，水冷壁管敷设在锅炉炉墙四周，但大容量锅炉经常将部分水冷壁管布置在炉膛中间。水冷壁管的主要作用如下：

(1)保护炉墙，减少炉膛内高温的烟气和炉渣对炉墙的浸蚀破坏作用。装设水冷壁后，锅炉炉墙内壁温度和炉膛的烟气温度都大大降低，有效地防止了炉墙和受热面结渣，同时还可减小炉墙厚度及减轻炉墙的重量。现代大型锅炉，采用炉墙与水冷壁管共同组成敷管式或管上炉墙，即利用水冷壁管悬吊的炉墙。

(2)炉膛内的高温火焰对水冷壁管的导热，主要是辐射传热。辐射传热强度与燃气绝对温度的四次方成正比。由于炉膛内的燃气温度很高，所以，水冷壁管在炉膛内吸收辐射传热很强烈，是锅炉的主要蒸发受热面。

对高压和超高压锅炉，在炉膛顶部常布置辐射过热器；对直流锅炉，一部分预热受热面(相当于省煤器)和过热受热面(相当于过热器)常布置在水冷壁中；而超临界直流锅炉，因为没有蒸发受热面，水冷壁则只用于加热给水和过热蒸汽。

一般情况下，炉膛可以由绝热炉墙构成，也可以由水冷壁吸热的非绝热炉墙构成。在绝热炉墙中，炉墙应采用耐高温的耐火材料砌筑。由于绝热温度比较高，要考虑耐火材料的能够承受的极限温度限制，以及燃料带来的灰分的高温熔融对炉墙的沾污。

炉膛中的火焰向四周非绝热炉墙的传热以辐射换热为主。根据燃料的性质和燃烧产物，可以计算火焰的黑度，再根据受热面表面的性质可以计算系统黑度，获得辐射传热量和炉膛出口烟气温度。

在炉膛中，由于操作不当，可能引起炉膛爆炸。

引起炉膛爆炸的具体原因是多种多样的，其共同之处是炉膛中积累了大量的可燃物或可燃气体，遇到明火后发生爆炸；或者熄火后未及时中断燃料供给，在高温下突然自燃。

炉膛爆炸预防措施有：

①点火前必须查明燃烧器有无漏油漏气现象，引风5-10分钟后方可点火；

②点火时，先开风机后引火，再供给燃料；如果点火不着，应重新通风，再按点火步骤点火；

③正常停炉时，先停止供给燃料，后停止鼓、引风机；

④运行中突然熄火或事故停炉时，必须先停止供给燃料；

⑤装设点火程序，自动控制风机，燃料供给联锁装置以及自动灭火保护装置。2100433B