一种单锅体分段火管间接加热锅炉的制作方法

本发明涉及火管式锅炉技术领域，尤其是一种单锅体分段火管间接加热锅炉。

背景技术：

锅炉是生产蒸汽或者热水的设备，发展至今，常见两种形式：火管式锅炉和水管式锅炉。火管式的锅炉在装水的锅壳内设置烟管，燃料燃烧产生的烟气流经火管内部，热量传给火管后再传给火管外部的水，即火管直接传热给炉水；水管式的锅炉从锅筒引出水管，烟气流经水管外侧，热量传递给水管再传给水管内部的水。

典型的火管式锅炉，一般包括锅壳、炉胆、喉管、前烟箱、后烟箱和火管，火管横穿锅壳内部水空间，火管两侧分别与前烟箱和后烟箱连通，前烟箱与烟囱连通，炉胆内燃烧产生的烟气通过喉管进入后烟箱，流经浸泡在水中的火管，从而给水加热，锅炉的主要受热面为炉胆和火管。

典型的水管式锅炉，是在两个锅筒之间、锅筒和集箱之间设水管（水冷壁和对流管束），水管布置在炉膛内，炉膛内燃料燃烧产生的烟气通过辐射和对流等方式把热量传给水管，再传递给水管中的水，锅炉的主要受热面主要为水管。

在上述典型锅炉传热过程中，热量从烟气对流或辐射传到金属外表面，再从金属外表面导热传到内表面，内表面对流传到炉水，其中烟气到金属表面的传热系数最低，是传热的薄弱环节。为满足锅炉热负荷的需要，要么增加火管或者水管的数量、长度，以扩大烟气传热面积，要么增加烟气与金属表面的温差。火管水管均为承压部件，扩大烟气传热面积会增加设备的复杂程度和金属消耗量；增加温差会导致排烟温度升高，降低热效率。因而，对追求结构简单的小型锅炉，设计热效率难以提高。

对火管锅炉，火管与锅壳的连接处为应力集中的地方，容易拉裂，火管数量众多，易因腐蚀、过热等原因穿孔导致炉水泄露，这也是火管锅炉的主要故障之一，出现此类故障后维修困难。

对火管锅炉，产生的蒸汽为饱和蒸汽，如需过热蒸汽，需在高温烟气侧增设过热器，过热器一般为管式的换热器，造成设备结构复杂，过热器管也容易泄露，维修困难。

为了增加火管锅炉的蒸发量或热功率，需布置更多的受热面，即更多的火管，就需要更大的锅壳直径和水容量，这会降低锅炉的安全性，限制了锅炉的大容量高参数发展，导致火管锅炉只能适应低参数和小容量。但火管锅炉对水质的要求低。

对水管锅炉，水管与锅筒的连接处为应力集中的地方，容易拉裂，水管数量众多，易因腐蚀、过热等原因穿孔导致炉水泄露，这也是水管锅炉的主要故障之一，维修困难；生产过热蒸汽的锅炉，过热器管也是容易泄露的部位，维修困难。

对水管锅炉，受热面布置灵活，热效率高，适合高参数和大容量锅炉，但对水质的要求也高，运行过程中管外积灰难清理会降低热效率。

对水管锅炉，为保证水管内的水循环，水冷壁的热负荷不能过大，要求大面积布置受热面以降低排烟温度，因受热面积大部分为承压管道，制造成本高。

为了在维持结构简单的基础上提高热效率，中国专利201822207011.3公开了一种立式蒸汽锅炉，储水室与炉壁之间形成烟气通道，烟气通道设置多个挡板，增加烟气的扰动和流通时间，从而提高锅炉的热效率；中国专利201721762386.5公开了一种无烟管立式锅炉，水箱和锅筒之间形成烟气通道，锅筒上横向设立c型挡板，水箱上设立竖向烟气挡板，延长烟气与水箱的接触时间，增加接触面积，达到提高效率目的。这些都属于无管锅炉，其共同特征是，通过各种肋片增加传热面积，而增加更大面积的肋片，要么导致结构复杂烟尘清理困难，要么体积庞大甚至烟气偏流。如要生产过热蒸汽，还需设置过热管，结构更复杂。

技术实现要素：

本发明提供一种单锅体分段火管间接加热锅炉，具有简单结构，方便制造、维护和检修的优势，又可以保证充足的换热面积，降低排烟温度，提高热效率，实现一体化无过热管的过热蒸汽生产。

一种单锅体分段火管间接加热锅炉，包括锅壳，所述锅壳一端设置有省煤器，所述省煤器的一侧连接有进水管；

所述省煤器和锅壳通过联通管相连；

所述锅壳和省煤器的外壁和/或内筒布设有火管束作为受热面。

优选的，所述锅壳另一端设置有燃烧室，所述燃烧室与火管束连通。

优选的，所述火管束分为三段，依次为蒸发段火管束、过热段火管束和预热段火管束，所述蒸发段火管束和所述过热段火管束设置在所述锅壳的外壁和/或内筒，所述预热段火管束设置在省煤器外壁和/或内筒；所述蒸发段火管束和过热段火管束之间、所述过热段火管束和预热段火管束之间分别连通有蒸发段出口烟室和过热段出口烟室。更优选的，部分所述蒸发段火管束用隔热材料与其他所述蒸发段火管束分隔，或用隔热材料制作，设置为隔热火管束，所述隔热火管束的底部设置有过热蒸汽调节装置，所述过热蒸汽调节装置用于调节进入隔热火管束的烟气量。

优选的，所述火管束顶部连通有排烟室，所述排烟室设置有排烟口。

优选的，所述锅壳的顶部连接有蒸汽出口。

优选的，所述排烟室顶部有清扫孔，所述清扫孔处设置有弹性挡板用于遮挡清扫孔。

优选的，所述火管束沿锅壳方向设置，呈环形均匀布设在锅壳和省煤器的外壁和/或内筒。

优选的，所述火管束的火管呈圆筒形和/或方柱形和/或三角柱形。

以上所述的单锅体分段火管间接加热锅炉，沿着锅壳及省煤器外壁和/或在锅壳及省煤器的内筒中设置火管束，火管束和锅壳、省煤器之间紧密接触或者固定连接在一起，或者整体制造以降低火管束和锅壳、省煤器之间的热阻，燃料燃烧产生的烟气流经火管，热量传递给火管束，火管束再传给锅壳和省煤器，锅壳和省煤器传递给其中的水。

本发明的有益效果是：

（1）以与锅壳及省煤器内和/或外紧密连接的火管束作为锅炉主要受热面，火管束无需横穿锅壳内部空间，结构简单、规则，火管束非承压部件，易于维护检修；火管与承压锅壳无交叉焊接口，耐压性能好；

（2）火管的表面积是烟气与锅炉金属表面的换热面积，也是锅炉传热的薄弱环节。本发明的火管表面积可在不显著增加结构复杂性的前提下任意调整。同样的传热量，通过增大火管束表面积，降低锅炉设计排烟温度，从而提高热效率；

（3）进一步的，本发明设计火管的均匀布置，可解决烟气偏流问题，也可降低排烟温度提高效率；

（4）本发明优选设计火管为圆筒形和/或方柱形和/或三角柱形，规则形状有利于清理烟灰。

（5）进一步的，本发明设置有隔热火管束，通过隔热火管束可以调节蒸发段火管束的烟气流量，从而可以合理的调节过热蒸汽的温度。

附图说明

图1是带环形锅壳的锅炉。

图2是带圆筒形锅壳的锅炉。

图中，省煤器1，进水管2，联通管3，锅壳4，内传热肋片5，炉水6，燃烧室7，过热蒸汽调节装置8，火管束9，隔热火管束901，蒸发段火管束902，过热段火管束903，预热段火管束904，蒸发段出口烟室10，蒸汽出口11，过热段出口烟室12，排烟口13，排烟室14，清扫孔15。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。

实施例1

结合图1，图中所示的为一种单锅体分段火管间接加热锅炉，锅炉主体部分主要包括锅壳4和省煤器1，该锅壳4和省煤器1均为环形，有中空的内筒，锅壳4上端设置有省煤器1，省煤器1的一侧连接有进水管2；省煤器1和锅壳4通过联通管3相连，一般来说，为了提高热效率，联通管3的上端与省煤器1的顶部一侧连接，下端与锅壳4的底部一侧连接；锅壳4和省煤器1的外壁和内筒均布设有火管束9作为受热面。设置在外壁的火管束8和设置在内筒的火管束9通过焊接或压紧、或其他材质浇注粘接、或整体制造等方式与锅壳4和省煤器1紧密接触以降低热阻，所有火管束9都不横穿锅壳，火管束9非承压部件，规格整齐，结构简单，方便制造和维修。

优选的，为了提高热效率，省煤器1和锅壳4内可焊接内传热肋片5加强传热。

当然，火管束9需要有烟气通过从而为锅壳4提供热量，本发明优选是在锅壳4下面设置有燃烧室7，燃烧室7与火管束9连通。

优选的，火管束9分为三段，包括由下至上设置的蒸发段火管束902、过热段火管束903和预热段火管束904，锅壳4分为蒸发段锅壳和过热段锅壳，蒸发段锅壳和过热段锅壳为连通的，炉水经过蒸发段锅壳加热蒸发为蒸汽，蒸汽进入至过热段锅壳继续加热变成过热蒸汽，对应的，蒸发段火管束902和过热段火管束903设置在锅壳4的外壁和内筒，分别对应在蒸发段锅壳和过热段锅壳的外壁和内筒，预热段火管束904设置在省煤器1外壁和内筒，炉水初始进入时是利用省煤器1和预热段火管束904的热量来对炉水进行加热；蒸发段火管束902和过热段火管束903之间、过热段火管束903和预热段火管束904之间分别连通有蒸发段出口烟室10和过热段出口烟室12。设置蒸发段出口烟室10和过热段出口烟室12的作用是混合烟气，让烟气温度更均匀，减少热偏流。

优选的，火管束9顶部连通有排烟室14，排烟室14设置有排烟口13，排烟口13设置在排烟室14一侧或顶部更佳。

水从进水管2进入省煤器1，在省煤器1加热后经过联通管3进入锅壳4，在锅壳4内被加热蒸发，蒸汽在过热段锅壳加热后变成过热蒸汽，从蒸汽出口11送出。

燃烧室7的烟气加热锅壳4底部后，进入火管束9，热量传递给蒸发段火管束902，蒸发段火管束902与锅壳4紧密连接，热量有效传导至锅壳4内表面，再对流传递给炉水6。烟气继续进入过热段火管束903加热蒸汽，再进入预热段火管束904预热省煤器1中的炉水6，最后从排烟口13排出。

锅炉通过以下方式提高效率：

增加烟气侧传热面积提高效率。根据传热公式

q=k·△t·a

q——传热量

k——传热系数

△t——传热温差

a——传热面积

既定的传热量q下，只要有足够的传热面积a，传热温差△t可以维持较低的值，即排烟气温度可以设计在较低的值，从而提高效率。本锅炉中，火管束作为烟气侧的传热面，改变火管束9的数量和直径、高度，可以改变烟气侧的受热面积，但不会明显增加设备的制造和维护的复杂程度，火管不承压，也不会显著增加成本。

优选的，部分蒸发段火管束902用隔热材料与其他蒸发段火管束902分隔，或用隔热材料制作，设置为隔热火管束901，隔热火管束901的底部设置有过热蒸汽调节装置8，过热蒸汽调节装置8用于调节进入隔热火管束901的烟气量。一般来说，隔热火管束901是选择设置在外侧的蒸发段火管束902，以方便调节过热蒸汽调节装置8，过热蒸汽调节装置可以有多种设置方式，如可开合的结构，调节开合的口径大小，或如可以平移的结构，平移向外以后，进入蒸发段火管束902的烟气量则变多。设置隔热火管束901，隔热管束901用隔热材料制作或用隔热材料与其他火管束9分隔，使烟气的热量不被传递到蒸发段火管束902，而是从燃烧室7直接进入蒸发段出口烟室10，调节过热蒸汽调节装置8可以调节进入隔热管束901的烟气量。对过热度要求高的锅炉，可将锅壳4分为上下两部分，即在下的蒸发段锅壳和在上的过热段锅壳，蒸发段锅壳和过热段锅壳用法兰连接，减小蒸发段锅壳和过热段锅壳的传热，可保持过热段锅壳较高的温度。

优选的，锅壳的顶部连接有蒸汽出口11，过热蒸汽从锅壳的顶部排出。

优选的，排烟室14顶部有清扫孔15，清扫孔15处设置有弹性挡板用于遮挡清扫孔15。运行时弹性挡板挡住清扫孔15防止烟气外泄，需要清扫火管束9时，用直棍从清扫孔15深入即可清扫孔内烟灰。该弹性挡板的设计已为现有结构。

优选的，火管束9竖向设置，呈环形均匀布设在锅壳4和省煤器1的外壁和内筒。火管束9的均匀布置解决烟气偏流问题，也可降低排烟温度提高效率。

优选的，本实施例将火管束9的火管设置为圆筒形，火管束9结构规则，流通各烟管阻力一致，烟气偏流的情况减少。同时通过结合蒸发段出口烟室10和过热段出口烟室12使烟气均匀混合，能进一步消除热偏差，解决阻力不均造成的热偏流导致平均排烟温度提高的问题。根据情况，火管束9的火管也可以设置为三角柱形或方柱形，或者是这几种形状的结合。

优选的，省煤器1采用结构一致的形式，呈均匀的环形结构，通过结构一致的省煤器1回收余热，可降低排烟温度，提高效率。进一步的，省煤器1环形结构和锅壳4结构一致，即外径和内径相同，能更好的统一均匀布设火管束9，结构简单，效率高。

对于实际使用时的具体尺寸设计，可列举一个具体数值，如：在环形锅壳内筒和外壁竖直均布φ40mm圆形管道组成的火管束9。

实施例2

结合图2所示，实施例2与实施例1大致相同，但采用的为圆筒形的锅壳4和圆筒形的省煤器1，如此一来，火管束9仅能设置在省煤器1和锅壳4的外壁。锅壳4同样也分为蒸发段锅壳和过热段锅壳，火管束9同样也分为三段，包括由下至上设置的蒸发段火管束902、过热段火管束903和预热段火管束904。

对于实际使用时的具体尺寸设计，可列举一个具体数值，如：在圆形锅壳外壁均布φ40mm圆形管道组成的火管束，火管束9焊接在锅壳4上。