WNS型鍋爐保溫結(jié)構(gòu)的改造

楊占杰 （四川重慶第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院 重慶400038）

韓偉 （天津?qū)毘蓹C(jī)械制造股份有限公司 天津300352）

張杰 （天津市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)科技局 天津300456）

WNS型鍋爐保溫結(jié)構(gòu)的改造

楊占杰 （四川重慶第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院 重慶400038）

韓偉 （天津?qū)毘蓹C(jī)械制造股份有限公司 天津300352）

張杰 （天津市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)科技局 天津300456）

WNS型燃油氣鍋爐是國(guó)內(nèi)中小型（20 t/h以內(nèi)）環(huán)保工業(yè)鍋爐使用量最大的產(chǎn)品，在樓宇采暖、工礦企業(yè)蒸汽制備、醫(yī)療衛(wèi)生單位蒸汽消毒等各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。分析WNS型油鍋爐煙箱過熱現(xiàn)象，提出保溫結(jié)構(gòu)改進(jìn)的建議。

鍋爐 局部外表過熱 內(nèi)部煙氣密封 高鋁硅酸鋁纖維板 耐高溫水泥膠 煙箱

0 引言

WNS型燃油氣鍋爐是國(guó)內(nèi)中小型（20 t/h以內(nèi)）環(huán)保工業(yè)鍋爐使用量最大的產(chǎn)品，在樓宇采暖、工礦企業(yè)蒸汽制備、醫(yī)療衛(wèi)生單位蒸汽消毒等各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、占地面積小、熱效率較高、配套自動(dòng)化燃燒設(shè)備、電腦程序化控制、檢修方便、外形美觀等等，受到使用單位的廣泛歡迎。但是，也正是由于外形緊湊小巧和開啟前后煙箱方便檢修的原因，造成鍋爐前后煙箱保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造困難，國(guó)內(nèi)很多廠家的產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行中鍋爐局部外表過熱嚴(yán)重，表皮變色，尤其是煙箱門四周，易造成人員燙傷，且鍋爐散熱損失加大，不僅影響了整體美觀，且降低了運(yùn)行效率，增加了檢修成本，給使用單位造成不小損失。因此，很多使用單位要求生產(chǎn)廠家進(jìn)行改進(jìn)修繕，生產(chǎn)廠家也苦于技術(shù)原因久修不絕，大大增加了生產(chǎn)成本。鑒于以上原因，我們從2004年開始對(duì)我公司W(wǎng)NS產(chǎn)品前后煙箱進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，經(jīng)過多年不斷的實(shí)踐，徹底解決了保溫問題，完善了WNS系列產(chǎn)品。從中我們總結(jié)出一些了經(jīng)驗(yàn)，下面提供給大家一同探討。

1 過熱分析

鑒于WNS型產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)要求小巧的原因，前后煙箱保溫結(jié)構(gòu)改造不能只以增厚保溫層來解決，否則造成煙箱尺寸過大影響鍋爐整體外形美觀。從外表過熱現(xiàn)象分析和保溫計(jì)算結(jié)果得出，過熱原因不是因?yàn)楸貙颖崃總鲗?dǎo)造成，而主要是內(nèi)部密封材料不嚴(yán)和鋼板傳導(dǎo)熱量所致。所以，解決的辦法應(yīng)該從煙氣密封、減少鋼板外傳導(dǎo)熱量、增加鋼板外保溫等方面入手。

2 煙箱內(nèi)保溫層改造

首先，如何達(dá)到內(nèi)部煙氣密封效果呢？煙氣內(nèi)部密封不能簡(jiǎn)單地使用類似鋼板焊接的方式將煙氣完全密封在內(nèi)部，因?yàn)?，既要滿足材料抵抗400～500℃的煙溫不變形，又要完全密封，還要保證能夠簡(jiǎn)單打開便于檢修鍋爐等多方面要求，不僅對(duì)材料要求非常高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更是非常復(fù)雜，會(huì)直接造成鍋爐制造成本的大大提高，是非常不經(jīng)濟(jì)、不可取的。達(dá)到“內(nèi)部煙氣密封”應(yīng)從兩方面著手解決：一是通過保溫材料無縫隙連接將高溫?zé)煔獍趦?nèi)部，使內(nèi)外層保溫材料正常發(fā)揮其隔熱作用，不會(huì)因保溫材料縫隙使高溫?zé)煔庵苯哟镣鈱颖鼗驘熛滗摪澹斐删植窟^熱，這就要求提高煙箱內(nèi)保溫層鋪設(shè)質(zhì)量，達(dá)到一種相對(duì)均勻的內(nèi)部保溫效果；二是通過整體焊制鋼煙箱完全密封處理，真正杜絕微正壓的高溫?zé)煔庀虮赝饬鲃?dòng)的途徑，這在低溫環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)部件是非常容易實(shí)現(xiàn)的，兩個(gè)條件缺一不可。

如何做到內(nèi)部保溫材料的無縫隙連接呢？起初，我們通過在耐火保溫纖維棉內(nèi)表面涂抹耐火混凝土方式，使煙氣側(cè)表面形成整體耐高溫殼，煙箱門周圍也用混凝土砌筑加固，以保證與煙箱門保溫材料壓緊，防止出現(xiàn)縫隙。但實(shí)際運(yùn)行后，因兩種材料熱膨脹系數(shù)相差大，耐火混凝土層與鍋筒和煙箱鋼結(jié)構(gòu)表面開裂，高溫?zé)煔鈴目p隙可直接外串到外保溫層，而外保溫層是采用硅酸鋁纖維板鋪設(shè)，用鋼絲網(wǎng)固定，制造中肯定會(huì)存在縫隙，所以煙箱整體還是存在大面積超溫現(xiàn)象。另外，耐火混凝土只具備耐火功能，其保溫特性非常差，與鋼結(jié)構(gòu)直接接觸的耐火混凝土將高溫傳導(dǎo)到鋼制煙箱局部，同樣也造成局部嚴(yán)重過熱。

之后，我們?nèi)∠四突鸹炷翚?，更換保溫材料，選用硬質(zhì)的高鋁硅酸鋁纖維板（見圖1），該材料不僅耐熱性能達(dá)到500℃以上，且導(dǎo)熱系數(shù)低、熱收縮系數(shù)低、保溫特性較好、強(qiáng)度較高、成型性良好，可采用手鋸切割定形，鋪設(shè)方便。另外，為保證硅酸鋁纖維板塊之間連接緊密，采用耐高溫水泥膠（一種快干耐熱粘接劑）連接密封，可將塊狀高鋁硅酸鋁纖維板連接為整體，通過煙箱壁面焊接的抓釘進(jìn)行固定，考慮到硅酸鋁纖維板熱收縮特性，鋪設(shè)時(shí)對(duì)硅酸鋁纖維板塊進(jìn)行了一定壓縮處理，形成相對(duì)均勻嚴(yán)密的煙箱內(nèi)整體保溫。煙箱門采用整塊高鋁硅酸鋁纖維板切割制作，在開合煙箱門的四周部位，采用便于打開的梯形連接面，不僅保證了兩種材料的壓緊密封，而且煙箱門旋轉(zhuǎn)開啟不會(huì)碰掉保溫材料。對(duì)于硅酸鋁纖維板與門板的固定，采用定形不銹鋼框和抓釘式螺栓壓緊固定，保證了硅酸鋁纖維板四周外沿邊角不會(huì)脫落。這種結(jié)構(gòu)解決了煙箱門保溫與箱體保溫材料無縫連接的問題，實(shí)際使用中效果非常理想，煙箱整體溫度均勻。后來，我們發(fā)現(xiàn)耐高溫水泥膠與高溫?zé)煔饨佑|后，能夠在纖維板表面形成固化薄殼體，可以大大提高硅酸鋁纖維板表面強(qiáng)度，防止煙氣沖刷脫落，因此，我們?cè)跓熛湔麄€(gè)保溫層內(nèi)面和門保溫層四周涂抹一層水泥膠，效果更好。

圖1 硬質(zhì)的高鋁硅酸鋁纖維板

3 煙箱鋼結(jié)構(gòu)改造

對(duì)于煙箱內(nèi)連接鋼板外導(dǎo)熱問題，我們采用了低溫部位縮形鋼結(jié)構(gòu)（如圖2）。前煙箱燃燒器火筒如采用原直接與外面板焊接結(jié)構(gòu)，火筒鋼板外圈因結(jié)構(gòu)原因保溫層面較薄，在高溫?zé)煔獠粩鄠鲗?dǎo)作用下，鋼板溫度會(huì)很高，直接傳導(dǎo)到煙箱外面板，常常使該連接部位高溫過熱。本次改進(jìn)中我們將大筒變小筒，將連接外面板的小筒四周增厚保溫材料，內(nèi)部延長(zhǎng)鋼板長(zhǎng)度以降低鋼板溫度，而內(nèi)部的大筒還能夠保證與爐膽的連接和燃燒器火口磚的砌筑。只簡(jiǎn)單的一個(gè)變徑結(jié)構(gòu)基本解決了鋼板傳導(dǎo)熱問題，另外，在保證煙箱強(qiáng)度和使用要求前提下，煙箱內(nèi)部我們盡量少的采用外連鋼板結(jié)構(gòu)，減少鋼板導(dǎo)熱的途徑，使局部過熱的可能性大大減少。

圖2 低溫部位縮形鋼結(jié)構(gòu)

還有，原前后煙箱四周沒采用外保溫結(jié)構(gòu)，與鍋筒焊接部位的鋼板圈采用較厚鋼板（如圖3），以承受煙箱的整體重量，其導(dǎo)熱性非常強(qiáng)，直接將鍋筒蒸汽溫度導(dǎo)至外壁形成整圈超溫。對(duì)于熱水鍋爐因鍋筒內(nèi)水溫較低，鋼板圈外傳導(dǎo)熱量較少，局部過熱現(xiàn)象較輕，但蒸汽鍋爐鍋筒內(nèi)160℃左右的飽和水高溫外傳導(dǎo)，就會(huì)造成整圈外護(hù)板的過熱。在實(shí)際使用中該部位的溫度能夠達(dá)到80～90℃。由于煙箱體鋼板與鍋筒密封焊接結(jié)構(gòu)不能更改，向外傳導(dǎo)肯定也不會(huì)避免，辦法只能在煙箱外圈增加保溫層，但會(huì)使前后煙箱直徑增大，使鍋筒中段的保溫層不必要地加厚。浪費(fèi)很多保溫材料不說，鍋爐整體直徑的增大，加大了占地面積，會(huì)直接影響用戶方鍋爐布置設(shè)計(jì)選型，可能會(huì)為銷售帶來影響，所以，鍋爐不能因此而增大直徑。借鑒水管鍋爐上應(yīng)用雙層密封護(hù)板的良好效果，我們采用減薄內(nèi)保溫層，增加外保溫層的方式（如圖3），使煙箱四周整體保溫層厚度沒有減少，以解決密封和保溫的雙重要求。具體到煙箱結(jié)構(gòu)上，就是取消了煙箱與鍋筒連接的鋼板圈，減小了煙箱直徑，將煙箱筒體與鍋筒直接連接，從而為增加外保溫層創(chuàng)造了條件，通過此方式改造，不僅解決了煙箱四周過熱問題，而且使鍋爐外圓裝飾板形成統(tǒng)一，提高了鍋爐整體外觀效果。

圖3 與鍋筒焊接部位的鋼板圈采用較厚鋼板并增加外保溫層

4 結(jié)束語

當(dāng)然，技術(shù)上的改進(jìn)離不開新材料和新工藝的應(yīng)用，本次整改選用了硬質(zhì)高鋁硅酸鋁纖維板保溫材料并在保溫材料內(nèi)表面涂水泥膠，不僅強(qiáng)化了內(nèi)保溫表層的強(qiáng)度，提高了抗煙氣沖刷的性能，而且，較薄的加強(qiáng)層面為增厚保溫層提供了條件，能夠保證更高的煙氣溫度不過熱。另外，其粘接性能還使硬質(zhì)硅酸鋁纖維板得以連接成整體，避免了串煙現(xiàn)象的發(fā)生，所以，新材料的使用也是我們解決難題的關(guān)鍵。

通過以上改進(jìn)，我們可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)保溫層改造建議供大家參考：①解決鍋爐保溫問題應(yīng)內(nèi)外結(jié)構(gòu)統(tǒng)一考慮，使保溫層、密封層各負(fù)其責(zé)；②不能要求耐火保溫層去完成密封工作，其作用應(yīng)是無縫隙均勻保溫，合理的使用保溫材料高質(zhì)量的鋪設(shè)是其關(guān)鍵；③減少具有較強(qiáng)外傳導(dǎo)特性的耐火層與外層煙箱相連接的結(jié)構(gòu)，減少外導(dǎo)熱的鋼結(jié)構(gòu)件，是避免局部過熱的關(guān)鍵；④煙箱的密封工作應(yīng)該由焊接鋼結(jié)構(gòu)和螺栓壓緊密封結(jié)構(gòu)來完成；⑤對(duì)于有熱傳導(dǎo)部位的外露鋼結(jié)構(gòu)，必須考慮在外層增加保溫層?！?/p>

[1]清華大學(xué)熱能工程系熱能工程教研室.鍋爐原理及計(jì)算[M].北京：科學(xué)出版社，1985.

2011-05-09