炉膛与水冷壁
1.
概述
炉膛是锅炉中组织燃料燃烧的空间，也称燃烧室。是锅炉燃烧设备的重要组成部分。炉膛除了要把燃料的化学能转变成燃烧产物的热能外，还承担着组织炉膛换热的任务，因此它的结构应能保证燃料燃尽，并使烟气在炉膛出口处已被冷却到使其后面的对流受热面安全工作所允许的温度。
水冷壁是敷设在炉膛四周由多根并联管组成的蒸发受热面。其主要作用是：吸收炉膛中高温火焰及炉烟的辐射热量，使水冷壁内的水汽化，产生饱和水蒸汽；降低高温对炉墙的破坏作用，保护炉墙；强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金属耗量；有效防止炉壁结渣；悬吊炉墙。直流锅炉水冷壁中工质的流动为强制流动，管屏的布置较为自由，最基本的有螺旋管圈、垂直上升管屏和回带管屏三种型式。 2.
对锅炉炉膛和水冷壁的设计要求 1）点火方便、燃烧稳定安全。
2）针对本锅炉设计煤种及校核煤种灰熔点低且易于结渣的特点，采取有效措施防止炉膛结焦。 3）保证燃烧室空气动力场良好，出口温度场均匀，炉膛出口水平烟道两侧对称点间的烟温偏差不超过50℃。
4）受热面不产生高温腐蚀。
5）炉膛出口烟温，无论在燃用设计煤种还是在燃用校核煤种时，炉膛出口以后的受热面不结渣、不积灰。炉膛出口烟气温度低于1005℃。
6）炉膛水冷壁管、管屏、过热器和再热器的任何部位都不直接受到火焰的冲刷。 7）炉膛布置的吹灰器能随炉体膨胀。 3.
炉膛几何特性
炉膛几何特性主要指的是炉膛的宽度、深度、高度和几何形状，它们都与炉膛的主要热力特性有关。炉膛几何特性是影响炉膛能否满足设计要求的重要因素之一。
本锅炉炉膛几何形状如图3-3所示，炉膛截面是一个宽深比为1.42：1的矩形，炉膛宽度22.187m，深度15.632m。锅炉顶棚管中心线标高63.844m，炉膛截面积346.8m2，炉膛体积17421m3。在炉膛底部标高15.344m处前后墙向炉内倾斜55°角形成冷灰斗，冷灰斗下缘开口截面（深×宽）为1400×22187mm。本锅炉折焰角位于后墙标高46.688m处，其高度为3725mm，深度为3442mm。折焰角的作用：一是延长烟气流程，改善烟气的充满度，加强烟气的扰动与混合；二是减轻炉膛出口处受热面的冲刷；三是增加了水平烟道的长度，有利于过热器和再热器的布置和运行。 4.
炉膛热负荷
炉膛的主要热力特性就是燃料每小时输入炉膛的平均热量，或称炉膛热功率。
按计算方法，炉膛热负荷可分为以下几种，它们都是锅炉设计、运行中必须注意的主要热力参数。 1）炉膛容积热负荷
单位时间送入单位炉膛容积中的热量称为炉膛容积热负荷，用qv表示，单位为KW/m3或MW/m3。 qv值与烟气在炉内停留时间的倒数有关，qv的大小应既能保证联燃料的燃烧完全，又要满足烟气的冷却条件，即使烟气在炉膛内冷却到不使炉膛出口后的受热面结渣的程度。对于大容量锅炉应以烟气冷却条
件来选用qv，使烟气能充分冷却到合适的炉膛出口烟温。
2）炉膛截面热负荷
单位时间送入单位炉膛截面中的热量称为炉膛截面热负荷，用qa表示，单位为KW/m2或MW/m2。 qa是炉膛的重要计算特性，它反应了燃烧器区域的温度水平。如果qa过高，说明炉膛截面过小，在燃烧器区域燃料燃烧放出的大量热量没有足够的水冷壁受热面来吸收，就会使燃烧器区域的局部温度过高，引起燃烧器区域的结渣。还有可能使水冷壁发生膜态沸腾，使水冷壁管过热烧坏。
3）燃烧器区域壁面热负荷
按照燃烧器区域炉膛单位炉壁面积折算，单位时间送入炉膛的热量称为燃烧器区域壁面热负荷，用qr
表示，单位为KW/m2或MW/m2。
qr与炉膛截面热负荷qa一样，反映了燃烧器区域的温度水平。但qr还能反映火焰的分散和集中情况。qr愈大，说明火焰愈集中，燃烧器区域的温度水平就愈高，这对燃料的稳定着火有利，但却容易造成燃烧区域的壁面结渣。
4）炉膛辐射受热面热负荷
炉膛单位辐射受热面在单位时间吸收的热量称为炉膛辐射受热面热负荷，也称辐射受热面热流密度，用qf表示，单位为KW/m2或MW/m2。
qf愈高，表明单位辐射受热面所吸收的热量愈大，说明炉内烟气温度水平愈高。qf如果过大，就会造成水冷壁结渣。此外，qf的数值也是判断膜态沸腾是否会发生的主要指标之一。 本锅炉炉膛和水冷壁设计数据
炉膛断面（炉宽?炉深） 炉膛容积
22187×15632
mm?mm
17421 4260
m3 m2
炉膛水冷壁面积
上排一次风中心线到屏底距离 18.1 炉膛容积热负荷 炉膛截面热负荷
85.4 4.29
1.524
175
m kW/m3 MW/m2
MW/m2
燃烧器区域壁面热负荷
炉膛有效投影辐射受热面热负荷 炉膛出口烟气温度
kW/m2
?C ?C
1005
1414
屏式过热器底部烟气温度 注：
1）炉膛出口断面的定义：沿烟气行程遇到的管间净距离平均≤457mm的受热面第一排管子中心线构成
的断面，由于本工程锅炉上炉膛的屏式过热器和末级过热器的节距均大于457mm，故将后水冷壁吊挂管中心线定义为炉膛出口断面。
2）炉膛容积的定义：以冷灰斗底部有效容积上半部高度到炉膛出口断面的容积。
3）热负荷值根据炉膛净输入热量计算。炉膛净输入热量是锅炉在相应负荷下的计算燃煤量（即考虑q4
损失后的燃煤量）与燃料低位发热量的乘积。
4）燃烧器区域的选取为：燃烧器上下煤粉喷口中心线之间的垂直距离外加3m所包围的炉墙壁面积。 炉膛几何简图如下
8306 3122 762 屏式过热器 炉膛出口断面 末级过热器 16000 3442 22187（宽）×15632（深） 18100 燃烬风口（AAP） 3500 煤粉喷口 3800 煤粉喷口 3800 煤粉喷口 3800 煤粉喷口 5081 3000 55° 1400 3725 13431 图3-3 炉膛结构示意图
1.1.1. 水冷壁结构 我公司锅炉炉膛水冷壁采用焊接膜式壁，炉膛断面尺寸为22187mm×15632mm。冷灰斗及炉膛下部水冷壁采用螺旋管圈（如图3-4），炉膛上部采用垂直管屏。 15632,3FURNACE LHS WALL22187,3FURNACE FRONT WALL15632.30FURNACE RHS WALL22187,3FURNACE REAR WALL3762.44830.05002.54830.03762.42554.92415.02415.02457.22503.02457.22415.02415.02554.92415.01519.91401502415.02415.02587.52415.02415.01519.93277.53703803105.01603105.01701803105.01902003277.52101519.92202302402502602702802903003103203303403503105.03904003105.04104203105.043011519.9102727.4202760.030402760.050602760.0702932.580902760.01001102760.01202727.413036043859+42794.6 BUCKSTAY1838.93550.03564.4+39244.6 BUCKSTAY+384562228.43800.1+36228 SOOTBLOWERS+35444 BUCKSTAY3674.2+34560 BALANCE RING+333883642.1+31802 BUCKSTAY3508.728515+298803842.9+29045 SOOTBLOWERS3842.9+260373842.9+25202 SOOTBLOWERS+221943842.99857.8657,4+183513828.9+153442600.0水冷壁由灰斗部分开始，冷灰斗部分的水冷壁由外径为φ219mm、材料为SA-106C的水冷壁下集箱引出的436根直径φ38mm、壁厚为6.5mm、材料为SA-213T12、节距为53mm的管子组成的管带围绕成。经过灰斗拐点后，管带以17.893°的倾角继续盘旋上升。螺旋管圈水冷壁在标高43.61m处通过直径为φ219mm、材料为SA-335 P12的中间集箱转换成垂直管屏（如图3-5），垂直管屏由1312根φ31.8mm、材料为SA-213 T12、节距为57.5mm的管子组成，垂直管屏（包括后水冷壁吊挂管）出口集箱的36根引出管与2根下降管相连，下降管分别连接折焰角入口集箱和水平烟道侧墙的下部入口集箱。折焰角由384根φ44.5×6、节距为57.5mm的管子组成，其穿过后水冷壁形成水平烟道底包墙，然后形成4排水平烟道管束与出口集箱相连。水平烟道侧墙由78根φ44.5×6mm的管子组成，其出口集箱与烟道管束共引出24根φ168mm的连接管与4只启动分离器相连，汽水混合物在其中分离。下表是水冷壁管子、集箱的规格和管材。
表3-1 水冷壁技术规范
序号 1 2 3 4 名 称 水冷壁入口集箱 冷灰斗螺旋管圈 下炉膛螺旋管圈 压力平衡集箱 数量 2 436 436 4 规格 φ219×42 φ38×6.5 φ38×6.5 φ141×25 材料 SA-106C SA-213 T12 SA-213 T12 SA-106C 1238331380.012383.31426,7+520022187.3 图3-4 水冷壁展开图
HG195225.4-YM1型锅炉炉膛水冷壁概况
