文章编号：1004-8774(2021)01-0030-04
D0I ：10.16558/jki.issn1004-8774.2021.01.005
130 t/h 燃气蒸汽锅炉的开发设计
吕晓军】，王鹏南】，王惠云2
(1.陕西建工金牛集团股份有限公司，陕西西安710043；
2.陕西建工金牛节能环保装备研究院有限公司，陕西西安710043)
摘 要：介绍了 130 Uh 燃气蒸汽锅炉的关键技术及结构设计特点。经过实际 运行验证，锅炉运行效率高、污染物排放低，满足国家环保指标要求，为用户创造了良 好的经济和社会效益。
第一作者：吕晓军(1985-)，男，工 程师，从事锅炉设计工作。
关键词：燃气蒸汽锅炉；SZS 结构；锅炉振动；水位平衡
中图分类号:TK229 文献标识码:A
Development and Design of 130 t/h Gas-fired Steam Boiler
LYU Xiaojun , WANG Pengnan , WANG Huiyun
(1.SCEGC Golden Bull Group Holding Co., Ltd., Xi'an 710043 , Shannxi , China ；
2.SCEGC Golden Bull Group of Energy Saving and Environmental Protection
Equipment Research Institute Co., Ltd., Xi'an 710043 , Shannxi , China )
Abstract : The key technology and structural design features of 130 t/h gas-fired steam boiler are introduced. Through
the actual operation ， the boiler has high operating efficiency ， low pollutant discharge ， meets the national environmental pro
tection index request , has created good economic and social benefit for the user.
Keywords ： gas-fired steam boiler; SZS structure; boiler vibration; water level balance
0前言
目前，燃气蒸汽锅炉在供暖领域及工业生产上
都有广泛应用，10 t/h 以下的蒸汽锅炉主要应用于 医院、学校、企事业单位等小型供热区域，而在集中
供热领域，主要采用20 t/h 、30 t/h 、55 t/h 、80 t/h 等 大型蒸汽锅炉，并且，用户的实际需求朝着更大容量
的锅炉发展。
现有蒸发量大于100 t/h 的燃气蒸汽锅炉均采 用立式锅炉，炉型也是从立式燃煤锅炉改造而来，但 存在以下问题：
深度尺寸小，与燃烧器火焰匹配不好，需要选用多台 燃烧器才能满足出力要求。
向、横向交替冲刷对流管束，锅炉换热效率低。
收稿日期: 2020-08-1 1
(3)立式锅炉本体悬吊在钢架上，锅炉钢结构 复杂，需要承担锅炉本体及外包、平台扶梯的重量,
锅炉钢耗量大，经济性差。
基于以上问题，该次设计的130 t/h 燃气蒸汽
锅炉采用了 SZS 型卧式结构。
1锅炉概述
SZS 130-1.6-Q 燃气蒸汽锅炉采用双锅筒纵置
式卧式结构，炉膛位于锅炉左侧，组成的对流受热面
位于锅炉右侧；炉膛采用全膜式水冷壁结构，由前
墙、后墙、侧墙组成；锅炉尾部布置有节能器、冷凝
器、空气预热器；锅炉配置2台燃烧器，在锅炉前墙 上下布置。锅炉总体布置见图1o
1.1设计参数及燃料特性
额定蒸发量： 130 t/h
额定蒸汽压力： 1.6 M Pa
额定蒸汽温度：
204 C
给水温度：
104 C
适用燃料：
天然气
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130t/h燃气蒸汽锅炉的开发设计
1—上锅筒2—下锅筒3—蒸汽出口集箱
4—连通管5—支座
图1锅炉总体布置图
燃料低位发热量：33077.3kj/m3（标态）
锅炉效率：95.91%
燃料消耗量：9821.2m3/h（标态）
通风方式：平衡通风
设计排烟温度：75.67°C
锅炉水容积：49m3(正常水位时) 1.2锅炉烟气流程
锅炉的烟气流程为两回程。烟气在炉膛后部180°转弯进入第二回程对流管束向前流动，转90°弯由出烟口离开锅炉本体依次进入节能器、冷凝器和空预器后，进入烟道，由烟囱排入大气。烟气流程示意见图2。
1.3锅炉汽水流程
锅炉给水经过软化和热力除氧后，经过给水泵输送，一部分给水经节能器进入上锅筒，另一部分经过
旁通进入上锅筒，在锅筒内由给水分配管沿锅筒长度均匀分配，通过自然循环方式流经对流管束及水冷壁后加热成汽、水混合物，经锅内汽水分离装置转化为饱和蒸汽，通过连接管引入出汽集箱。下锅筒经连通管与前、后壁下集箱连通，前、后壁上集箱经连通管与上锅筒连通，汽水混合物通过旋风分离器进行粗分离，被分离出的水进行再循环，蒸汽再经波形板分离器细分离后由8根^159x6的连通管引入出汽集箱。
图2锅炉烟气流程示意
1.4热力计算
主要热力计算数据如表1所示。
表1热力计算汇总
名称及符号单位炉膛对流管束1对流管束2节能器冷凝器空气预热器入口烟气温度C1776.3781153.929509.711333.689186.19489.896
出口烟气温度C1153.929509.711333.689186.19489.89675.672吸热量kJ/m3(标态)12811.87512159.3223159.5492483.271568.796329.359烟速m/s—16.30910.57410.5548.1479.524
工质入口温度C204.322204.322204.3221042020
工质出口温度C204.322204.322204.322190.81276.57944.961
2结构设计
(1)锅筒及锅筒内部装置
锅筒纵向布置，上锅筒内径为机600mm，下锅筒内径为机000mm，锅筒材料为Q245R(GB/T 713—2014)o
锅筒内部装有水下孔板、缝隙档板和旋风分离器，沿锅筒长度均匀布置，作为汽水混合物的粗分离装置，在锅筒顶部装有二次分离装置。为了提高锅水及蒸汽品质，延长锅炉使用寿命，锅筒内部还装有加药分配管及连续排污管。锅炉正常水位在锅筒中
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130t/h燃气蒸汽锅炉的开发设计
心线处，最高和最低水位分别位于正常水位±50mm 处。
(2)炉膛及水冷壁
炉膛为“D”型布置,2台燃烧器布置在前墙，上下布置。水冷壁为膜式壁结构，由Q76x5(20/GB/T 3087—2008)的锅炉无缝钢管加扁钢焊接而成，炉膛膜式壁分片出厂。
(3)对流管束
上下锅筒之间布置有"51x5的对流管束，管子材料20G/GB/T3087—2008，锅炉管束焊接于上下锅筒之间。管束外围有"76x5管子组成的膜式壁。
(4)节能器、冷凝器
节能器采用螺旋翅片管结构，管子规格"32x3，材料为20/GB/T3087-2008；
冷凝器采用螺旋翅片管结构，管子规格"32x3，材料为09CrCuSb/NB/T47019。
(5)空气预热器
空气预热器分为两个管箱，便于运输，现场安装上下布置，就位后将两个管箱进行固定。空预器管子为错列布置，采用"40x1.5的不锈钢管，材料为304不锈钢。
3锅炉结构特性
将SZS型卧式锅炉与立式锅炉(n型锅炉)进行结构特性对比分析，如表2所示。
表2结构分析比较
序号结构设计SZS型卧式结构立式(口型锅炉)
1燃烧器位置前墙布置，燃烧器火焰与炉膛长度方向一致，匹配
性好，100t/h,130t/h锅炉只需要配置1-2台燃
烧机就可以满足处理要求
侧墙布置，炉膛深度方向尺寸小，相同吨位
锅炉需要配置3台以上的燃烧器
2对流受热面传
热系数
燃烧后烟气与对流管束都是横向冲刷，传热系数
高，大于80W/(m2-C)
火焰与对流管束呈横向和纵向交替冲刷对
流管束，传热系数低。一般不超过60W/
(m2-C)
本体自支撑结构。锅炉本体重量通过对流管束传本体悬吊在钢架上，锅炉钢结构复杂，需要
3耗钢量递到下锅筒支座，锅炉钢架不承担本体重量，相对承担锅炉本体及外包、平台扶梯的重量，锅于n型布置的立式锅炉，节省钢耗量30%炉钢耗量大不经济
4锅内装置二级分离，一级是水下孔板、旋风分离器；二级是与SZS型卧式锅炉内装相同，或者一级采波纹板分离器用水下孔板，二级是波纹板分离器
采用优化的锅炉给水方式，低温软化水首先经过
冷凝器预热后进入除氧器，一方面降低了烟气温尾部受热面包括节能器和空预器，锅炉软
尾部受热面及给水管路度，减少了排烟热损失，另一方面提高了给水温度化水经过给水泵，再全部经过节能器换热
5降低了除氧器蒸汽消耗；再经给水泵输出，一路水后进入上锅筒
经过节能器换热后从汽包前部进入汽包的低热值空预器加热冷风，降低排烟温度，提高热效
区，一路水通过旁路管道直接进入汽包的高热值
区，有效地平衡了汽包前后的热负荷
率
6安装维护安转周期短，维护方便安装时间长，检修、清理不方便
4锅炉关键技术
4.1防止锅炉振动的技术措施
SZS型锅炉随着锅炉参数的增加，本体高度升高，锅筒长度增加，对本体结构刚度及稳定性提出了更高的要求，采取了以下措施提高刚度并消除锅炉振动：
a、提高受热面的刚度，膜式壁选用"76x5的大直径厚壁管，对流管束采用"51x5的厚壁管［1］；
b、在膜式壁周围增加刚性梁，提高膜式壁刚度，因为烟气冲刷对流管束产生的横向驻波作用于膜式壁，极易导致膜式壁振动，所以通过增加刚性梁进一步提高膜式壁自身刚度是避免振动的主要方法［2］;
c、由于对流管束是光管，两端与上、下锅筒连接，在锅炉高度增加以后，单根管子极易失稳，所以在管子中间增加支点，用扁钢将管束连接成整体，提高了单根管子的固有频率，且远大于卡门涡流的脱落频率，避免了共振的发生［3］。
d、空预器加装隔板［4］。卡门涡流是空预器产生振动的主要原因，通过加装隔板提高空预器风室的固有频率可以有效解决振动问题。
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130 t/h 燃气蒸汽锅炉的开发设计
4.2对流受热面防振措施
对流管束的设计除了采用厚壁管及管子中间增
加支点（用耐热钢板将管束相互连接成整体）外，烟 气流速也要控制在合理范围。一方面，要校核管束 的卡门涡街频率及声学共振频率，避免产生声学共
振现象；另外，控制烟气流速使对流管束的传热系数 控制在80 W/（m 2 - C ）范围内。
4.3锅炉水位稳定措施
由于锅筒长度达13 m，对流管束入口烟温
1 153 C ，换热后对流管束出口温度333 C，锅筒内
汽水混合物前后端密度差很大，容易造成锅筒内水 位前低后高及虚假水位现象。
电玉粉
这种情况一方面影响锅炉的水位监控，容易造
成误报警；另一方面，后部水位升高，压缩了蒸汽空
间，易造成蒸汽带水，影响蒸汽品质。因此，设计采
取两种办法规避这种情况的发生：一是采用两路给
水，高负荷区进低温水，低负荷区进高温水，平衡汽 包前后锅水的焓值；二是将高温区上升流动的汽水
混合物导向一侧的旋风分离器，不仅提高了蒸汽品
挤压爆破
质，也有效地稳定了锅炉水位。
4.4燃烧器布置仿真模拟
锅炉配置两台出力相同的燃烧器，上下布置，燃
烧器之间的中心距离应大于火焰直径，上下燃烧器
旋流风向反向安装，以免火焰相互干扰引起炉膛内
压力波动，影响锅炉的燃烧稳定性。
采用仿真软件对炉膛及对流管束区域进行了模
拟，如图3所示。
2.152bKM»1舶亦003
Temperature
■ 2
1 652^003
1 447«>003
9.777e*002
7 42®e*002
图3温度变化截图
通过仿真，将两台燃烧器旋向相反和相同两种 工况进行对比，如图4所示，旋向相反时，炉膛内压
发动机飞轮壳
力脉动强度低于60 Pa，而且炉内整体压力分布较 为均匀，避免燃烧脉动引起锅炉热声振动。
4.5点火及负荷调节
锅炉上下布置2台燃烧器，采用高灵敏度的火 检，且火检检测角度调整为不同的方向，充分考虑火
焰的相互干扰问题;2台燃烧器采用逐一点火方式,
这样点火时炉内压力波动小，安全性高；如采用同时
点火，着火的瞬间，炉内产生很大的压力波动。2台 燃烧器同时启动进行检漏和吹扫，点火时再分先后,
一台燃烧器点火成功后，马上进行另一台燃烧器的
点火。
燃烧器为全自动电子比例调节燃烧器,2台燃 烧器点火成功后同步进行负荷调节，且2台燃烧器
的负荷相同。负荷调节范围20% - 110%，适应锅炉 负荷范围大。
（6）低N0”排放技术
采用分级分区燃烧、多级配风、炉内烟气再循
环、低氧燃烧技术、独特的燃烧器机头设计，并通过
BMS 的控制实现空气与燃料的完全匹配，一方面提 高了燃烧效率，另一方面也降低了 N0”排放。再通
过增加烟气外循环技术，可以实现N0”排放＜30
mg/m 3（标态），符合国家环保要求。图5为FGR 管
道连接示意图。
图5 FGR 管道示意图
（下转第66页）
・ GONGYE
GUOLU
垃圾焚烧炉过热器防腐技术的选择与实践
2.4不同防腐技术的性能比较
表4为碳化硅、喷涂、熔覆3种不同防腐技术的
性能比较。
表4防腐技术的性能比较
项目碳化硅喷涂熔覆
材料价格1600~18002000~22007000-8000元/m2元/m2元/m2
寿命 1.5~2年 1.5~2年2~3年
敷设厚度20mm 1.5〜2mm 1.5〜2mm
对换热影
响程度
较大较小较小由表4可知，过热器管子进行碳化硅敷设成本低，能够有效对过热器进行防腐，可维持1.5〜2年，但需注意出灰频率和压力，以及启炉时的升温曲线，防止浇注料脱落，可适当加强燃烧提升烟气温度，以补偿换热损失。喷涂技术与熔敷技术成本较碳化硅敷设高，但不会影响过热器管子传热，使用时间长，防腐效果好，一般可维持2年以上，无需担心过热器爆管，可保证锅炉安全环保运行。
因此，在垃圾焚烧炉过热器选择防腐技术及材料时，应结合技改成本和换热影响进行综合考虑。
3结语
在电厂垃圾焚烧炉向高温、高压力参数发展时，必须做好过热器换热管的防腐处理，特别是烟气温度超过650C，蒸汽温度超过450C时，采用20G或12Cr1MoV材料的管子必须做好防腐措施。从长期稳定运行、安全运行角度出发，做好焚烧炉过热器的防腐措施可以明显增加电厂的经济效益。E
参考文献
[1]周顺深•火电厂高温部件剩余寿命评估[M].北京：中国
导电碳油电力出版社,2006.
[2]王捷•电站锅炉高温受热面寿命在线监测技术的研究与
应用[D].北京：华北电力大学(北京)，2008.
[3]潘葱英.垃圾焚烧炉内过热器区HCI高温腐蚀研究[D].
杭州：浙江大学,2004.
[4]文卫东•超音速电弧喷涂技术在锅炉防磨防腐中的应用
[J].南方金属,2011(3)：53-55.
[5]吕震，姜江，杨德良•热喷焊技术在锅炉管道防护中的应
用[J].山东冶金,2005(4)：24-25.
[6]徐国建，高飞，杭争翔，等•等离子堆焊镍基合金粉末的组
织与性能[J].沈阳工业大学学报,2018,40(2):133-138.
dibase(上接第33页)
5结束语
130t/h燃气蒸汽锅炉已经运行了2个采暖季，各项技术性能指标均满足设计要求，节能、环保优势突出，得到了用户的肯定和好评。
通过SZS130t/h燃气蒸汽锅炉的开发，我公司燃气锅炉产品实现了系列化，同时，也满足了工业生产及集中供热市场对大型燃气蒸汽锅炉的需求。Q 参考文献
[1]朱新伟•大型水管锅炉振动问题研究[J].高端装备制造,
2013(1)：179.
[2]韩伟，彭军•大型SZS锅炉设稳定性探讨[J].工业锅炉,
2015(2)：28-31.
[3]吴晓云•大容量燃气热水锅炉对流管束的振动分析和预
防措施[J].能源研究与信息,2013(2)：79-83.
[4]揭钊•管式空气预热器振动原因分析及其处理方案[J].
破窗器
大众科技,2006(2):128-129.
[5]吴柏杨•大型电站锅炉尾部烟道的声学振动机理及消振
措施[J].锅炉技术,2000,31(10)：23-25.
[6]赵钦新，惠世恩•燃油燃气锅炉[M].西安：西安交通大
学出版社,2000.
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