亚临界锅炉的总体结构解析

图1-3所示为某台国产亚临界压力自然循环电站锅炉的结构简图，锅炉一般为露天布置，整体外形呈П型，带有一次中间再热，采用平衡通风、四角切圆燃烧方式，设计燃料为烟煤。

（一）锅筒

锅筒作为锅炉的心脏，其作用是进行汽水分离，保证正常的水循环，除去盐分，获得良好的蒸汽品质，负荷变化时起蓄热和蓄水作用，在整个锅炉制造工艺中，锅筒将占有十分重要的地位。

图1-3 1025t/h燃煤亚临界自然循环锅炉的结构简图

1—锅筒 2—后屏再热器 3—分隔屏 4—后屏过热器 5—水冷壁 6—炉膛 7—回转式空气预热器 8—省煤器 9—水平低温过热器 10—末级再热器 11—末级过热器 12—立式低温过热器

锅筒一般由封头、筒体和内部设备组成。封头上装有人孔、安全阀接管、加药管、连续排污管、水位表接管、给水调节器接管、水位指示器接管、液面取样器接管等。筒体上装有大直径（ϕ710mm×135mm）下降管、给水管及紧急放水管、蒸汽引出管及汽水引入管、起吊耳板和外部附件等。如图1-4所示。锅筒内部布置有80多个直径为ϕ254mm的轴流式旋风分离器，可作为一次分离元件，二次分离元件为波形板分离器，三次分离元件为顶部立式百叶窗分离器。典型的亚临界自然循环锅炉的锅筒，其内径为ϕ1778mm，筒体壁厚178mm，筒体长度18000mm，两侧封头为半球形封头，封头壁厚为152.4mm，锅筒总长20184mm，总重204t，用SA-299材料制成。锅筒外部焊接附件包括起吊耳板、水位表支架、壁温测点的预焊件、下降管接头上装焊的安装附件等。

图1-4 锅炉锅筒结构简图

1—半球形封头 2—筒体 3—起吊耳版 4—蒸汽引出管接头 5—汽水引入管接头 6—下降管 7—给水管 8—人孔装置

（二）受热面管件

锅炉的受热面管件包括膜式水冷壁和蛇形管。

1.膜式水冷壁 大型电站锅炉的炉膛水冷壁都是由管子加扁钢经焊接而成的气密性膜式壁。由于受到制造场地、设备以及运输条件等几方面的限制，一般要把炉膛四面墙的膜式壁管屏分成若干小片水冷壁管屏，分别来制造，如图1-5所示。每一小片管屏的外形尺寸一般不大于22m×3.2m（长×宽）。等到电厂安装时，再一片一片地组装成锅炉的整台炉膛。膜式壁管屏的管子外径一般在ϕ42～ϕ63.5mm之间，管子壁厚在4.5～8mm之间。管子有光管和内螺纹管两种形式。扁钢的厚度通常为6mm。管子和扁钢的材质一般均为碳钢，但在大容量、高参数的电站锅炉中也会采用Cr-Mo合金系列耐热钢。近年来随着锅炉产品的发展，锅炉参数等级的提高，一些新型锅炉在国内得以普及应用，如循环流化床锅炉、超临界及超超临界锅炉等，炉膛水冷壁的管径选取越来越趋向于小口径管，材料等级也逐步提高，例如出现了ϕ28mm、ϕ32mm、ϕ38mm等规格的管径，管子材质选取到SA-213T12（简称T12钢）、15CrMoG钢管、12Cr1MoVG钢管、SA-213T91（简称T91钢）、12Cr18Ni9Ti钢（1Cr18Ni9Ti）等，扁钢的材质也相应地随之变化，但其厚度上变化不大，仅在个别产品中出现了厚为4mm、8mm、10mm的扁钢。图1-5中为亚临界自然循环炉的水冷壁管屏，由外径63.5mm的管子（局部采用内螺纹管）和6mm厚的、扁钢组成，管子节距为76.2mm。在管屏上可布置有看火孔、测温孔、人孔等开孔，在后水上部组成的折烟角等位置，管屏上还带有成排弯头，单屏上最多有3只成排弯头。

图1-5 水冷壁管屏

1—管子 2—扁钢 3—成排弯头 4—孔弯管

2.蛇形管 蛇形管主要由管子、连接附件及吊挂装置组成。锅炉中蛇形管结构的部件一般包括锅炉的过热器、再热器和省煤器等。

（1）过热器 过热器的作用是将饱和的蒸汽加热成为一定温度的过热蒸汽。根据其布置位置和传热方式的不同，过热器又分为后屏过热器、末级过热器、立式低温过热器和水平低温过热器等。

（2）再热器 一般用于高压大型电站锅炉，作用是把在汽轮机高压缸作过部分功的蒸汽，送回锅炉中重新加热，然后再送回汽轮机的中、低压缸继续做功。根据其传热方式与布置位置的不同，过热器又分为墙式辐射再热器、后屏再热器、末级再热器、立式低温再热器和水平低温再热器等。

（3）省煤器 省煤器安装在锅炉尾部的烟道内，作用是利用烟气的余热对给水加热，达到节约燃料的目的。

蛇形管一般是由长短不一、同种或不同种规格与材质的管子经焊接而成，管子规格为ϕ32～ϕ70mm、壁厚3～12.7mm，接长后长度范围为20～70m，管子再通过来回的弯曲，使之成为蛇形管，在同一根管上可以有不同的弯曲半径，将不同长度和节距的蛇形管套装在一起形成蛇形管组或管屏。(www.xing528.com)

蛇形管屏的结构，按照在锅炉中的安装方式，大体上分为垂直悬吊式和水平悬吊式两种，如图1-6a、b所示。垂直悬吊式蛇形管屏，一般均为单层结构，主要应用在过热器和再热器的高温段，管屏端部直接与集箱的管接头相接，在集箱的纵向上吊挂排列，并穿出炉膛的顶棚，通过管屏上的附件与之密封；水平悬吊式蛇形管屏，绝大部分为双层结构，中间用水冷吊挂管来进行固定和吊挂，一般应用在过热器和再热器的低温段，以及省煤器蛇形管中。

图1-6 锅炉蛇形管屏

a）垂直悬吊式

1—管子 2—密封板 3—定位板 4—活动夹块

b）水平悬吊式

1—管子 2—吊挂管 3—连接钢板

蛇形管材质的选取，对于低温段的过热器和省煤器来说，一般采用碳钢、SA-213T12或15CrMo钢等材料；对于高温段的过热器和再热器来说，可采用12Cr1MoV、进口材料SA-213T22（简称T22）、SA-213T91（简称T91）、SA-213TP304H（简称TP304H）、SA213-TP347H（简称TP347H）等材料。但随着超临界、超超临界锅炉的广泛应用，锅炉参数如蒸汽出口压力和温度的逐步提高，受高温或高压的过热器和再热器的材料等级也逐步提高，一些新开发的材料也逐步得到应用，如SA-213T92（简称T92）、SA-213TP347HFG、SA-213S30432或Super304H、SA-213TP310HCbN或HR3C等。

（三）集箱

集箱是锅炉中重要受压元件之一，起着工作介质的汇集和分配的作用。集箱的结构一般由筒体、端盖、大小管接头、三通及附件组成，筒体、端盖和三通经过环缝的焊接连接在一起，筒体通过大小不一的开孔与各种管接头相连，形成一个承压容器，如图1-7所示。筒体都是由大口径厚壁无缝钢管来制造的，管径的范围一般在ϕ219～ϕ914mm之间，壁厚在20～150mm之间，集箱材质为碳钢、15CrMoG、12Cr1MoVG、SA-335P12（简称P12）、SA-335P22（简称P22）、SA-335P91（简称P91）、SA-335P92等；集箱端盖的结构一般分为平端盖和半球形端盖两种，平端盖为锻件经机械加工而成，而半球形端盖一般为板材冲压加工而成；集箱管接头外径的分类一般规定在ϕ101.6mm以下为小管接头，其余为大管接头，管径与材质按照集箱不同的布置位置而变化，并与水冷壁、过热器、再热器、省煤器，以及连接管道等相连，相应的各水冷壁管屏、蛇形管屏均吊挂在集箱上；集箱的三通按制造方式不同，一般分为锻造挤压三通、冲焊三通和焊接三通等几种。

图1-7 集箱

1—端盖 2—大管接头 3—起吊耳板 4—筒体 5—三通 6—小管接头 7—手孔装置

图1-8 连接管道

1—集箱 2—连接管道 3—直角锻造弯头 4—过渡管接头

（四）连接管道

连接管道一般由大口径无缝钢管、弯头以及过渡接头等部分组成，如图1-8所示。主要用在锅炉的各系统之间传送介质，例如水冷壁系统与过热器系统之间、主蒸汽输送管道和再热蒸汽输送管道等。连接管道的直径在ϕ406～ϕ813mm之间、壁厚为30～100mm，材质有P12、P22、P91、P92、WB36钢等多种，此类连接管道上的弯头处壁较厚、半径小，故一般在加热后采用压力机锻压制成单个弯头，然后与大口径无缝钢管对接，焊接工作量较大。压制弯头的弯曲半径分为两种：一种为短半径，即R/D=1；另一种为长半径，即R/D=1.5。对于外径小于ϕ406mm的连接管道，由于管子外径较小、壁厚较薄、弯曲半径变化较大，故一般采用大型机械弯管机或中频感应弯管机进行热弯加工。

为保证介质的流动特性，各种连接管道的外径并不一致，在接口处就需要有过渡管接头，即俗称的“大小头”，例如蒸汽出口与汽轮机相接的管道等。