燃油燃气锅炉结构设计及图册（重要）.pdf

1.5燃油燃气锅炉发展现状

课程，作者力邀罗正辉先生利用课余时间参与本书结构图的绘制工作，才有今天成书的可能， 燃油燃气锅炉的结构设计是锅炉系统设计中最为重要的·环，锅炉厂在开始燃油燃气锅炉制造生产的 可行性研究时，必须首先进行锅炉结构方面的论证，并确定合理的锅炉结构形式。锅炉的结构设计需要设 计者具备锅炉原理、传热学、流体力学、焊接结构力学等方面的基础知识，并具其有和制造、生产、检验、运行相 关的专业知识。鉴于锅炉原理、传热学、流体力学等方面的基础知识已有很多著作论述过，因此，本书在叙 述锅炉结构设计之前只讨论焊接结构力学等方面的基础知识。 为了让设计者更好地了解燃油燃气锅炉的结构，并将经过考验的优秀炉型应用下生产实践，本书将从 锅炉的发展历史谈起，对燃油燃气锅炉的结构变迁进行分析，并介绍和锅炉结构设计相关的基础知识，以使 读者对燃油燃气锅炉的结构设计有一个完整的认识。为此在本书的后半部分给出了不同时期、不同领域的 燃油燃气锅炉结构图集，以供读者参考。

锅炉设计是一个比较复杂的系统工程，涉及的知识面比较宽产，不役要用到和热工相关的工程热力学、 传热学、流体力学的知识，还要用到工程力学、材料力学和制造工艺方面的综合知识。这种知识的积果对设 计者的影响过程是潜移默化的，待到你想设计的时候再去掌握它是无济于事的。这种基础知识的学习必须 日积月累，才能最终渗透到你的产品设计当中去。本章不可能涵盖相关知识的所有具体内容，只是把相关 知识中和锅炉结构设计相关的结构设计基础部分抽取出来，进行篇幅压缩，以期能给读者一个系统的概念。 其他方面的基础知识读者可以参阅相关的教科书。 锅炉受压元件的结构形状可以是多种多样的，但大部分属于板壳结构类型。例如锅简（壳）、炉胆、集 箱、管件等元件的简身部分均为圆柱体，其封头为轴对称旋转壳体或阅平板。一般说来，它们的几何尺寸的 特征是壁厚相对于元件特征儿何尺寸（如直径、长度、宽度等）要小很多。因此，在构件应力分析时，·般采 用薄膜理论及薄壳理论对受压元件进行应力分析。通过应力分析，我们可以知道受压元件在压力作用下的 变形状态和应力分布，以确定来用的元件结构和形状。 受压元件的载荷形式也是多种多样的，但就其受力性质而言，可分为机械应力分析、稳定性分析及热应 力分析三类。对多数受压元件来说，机械应力分析是第一位的，它是确定受压元件壁厚的主要基础。对于 某些受外账的元件，如锅壳式锅炉的炉胆，可能由于失稳而发生结构或形状的改变，对这类元件，还要进行 憩定性分析，由于锅炉受压元件是在一定的温度场下工作的，因此对元件进行热应力分析也是非常重要 锅炉结构为焊接结构，在设计焊接结构时，除了要满起产品使用性能要求外，还要考虑焊接结构工艺 生：结构T艺性要求结构满足制造工艺的要求，包括焊缝施炼的方便性，焊接方法的采用，焊接接头的工艺 设计等。

导致结构失效：在动载和低温工作等条件下的高强度 钢结构 北京标准规范范本，更需采取磨、前或堆焊等措施进行圆滑过渡， 以降低应力集中。在结构设计中，不仪要尽量减少焊接结 本身的应力集巾，还要便焊缝尽可能地远离接 笃、支座等应力集中区，以避免因应力 的应力状态

6.克服焊接接头处的不均匀性

2.结构设计的工艺性考虚

焊接结构设计的工艺性主要涉及： （1）锅炉本体结构组装是否切实可行： （2）是否所有的焊缝都能焊到。 （3）是否保证焊接质量。 （4）足否能实施无损探伤要求。 （5）焊接变形是否可以控制， （6）焊工操作是否方便及安全

许接 （1）锅炉本体结构组装是否切实可行 （2）是否所有的焊缝都能焊到。 （3）是否保证焊接质量。 （4）是否能实施无损探伤要求。 （5）焊接变形是否可以控制， （6）焊工操作是否方便及安全

提高结构的抗裂性是结构设计的关键之，影响抗裂性的因素有： （1）结构形式。球形容器的抗裂能力比圆简形容器差，这是由结构形式所决定的。因此，在同样的工作 条件下，球形容器结构的选材应比筒形容器严格。 （2）结构的1作条件。结构的介质条件、温度条件、载荷条件的差别均可对结构的抗裂性能产生不同的 影响，在结构和接头设计时应加以考虑。 （3）焊接接头的匹配。对于抗裂性要求高的接头，可采用韧性的预堆焊方法，以提高接头的抗裂性。 （4）选用韧性好的母材和抗裂性高的焊接材料

2.2.3合理的接头设计

焊接接头是构成结构的关链部分，其性能好环直接影响到整个结构的质量，所以选择合理的接头形式 是十分重要的。在保证烊接质量的前提下，接头设计应遵循以下原则： （1）焊缝填充金属应尽量少 （2）焊接工作单成尽量少，且操作方便， （3）合埋选择坡口角度、钝边高、根部间隙等结构尺寸，使之有利于坡口加.工及焊透，以减少各种焊接缺 陷（如裂纹、未熔合、变形等）产生的可能性 （4）有利于焊接防护，即尽可能改善劳动条件。 （5）对结构钢焊件，按等强度原则，焊接接头的强度应不低于母材标准规定的抗拉强度下限值。对特殊 钢焊件，按化学成分、性能和母材相同的凉则。 （6）焊缝外形应尽景连续、圆滑，以减少应力集中。 表？1选用厂·些结构的合理焊接接头设计，供读者参考

2.2.4锅炉结构工艺设讯

应力集中而对低周疲劳强度的影响很人，参见表

式中K，——为径向孔应力集中系数； K。为夹角α的非径向孔理

设备安装技术、工艺3.1锅炉结构的基本要求

B.1锅炉结构的基本要求

钢炉结构的基本要求是要用最少的金属耗量，消耗最少的燃料达到规定参数（压力、温度）的蒸发量和 供热量，并在运行中符合安全可靠的要求、 要保证锅炉安全经济运行就要对受压部件进行强度校核，对燃料燃烧工况实行控制，并要保证安全附 件灵敏准确和自动装置的可靠性。但是，先要消除先天性缺陷，也就是要保证结构合理和保证制造质量。 在结构方面，具体地说，应符合下列要求： （1）要保证受压部件有足够的强度、刚度和稳定性。锅炉受压部件的强度是指该部件在介质压力（包括 附加载荷等)作用下在预定使用寿命内不发生失效的能力。材料的机械性能包括：抗拉强度、屈服强度、 变强度、持久强度、延伸率、断面收缩率、冲t韧性等。其中材料的强度性能就是确定受压元件强度的基础： 确定强度的日的是要保证安全。强度不够会导致受压部件鼓裂基至爆炸，但也要从节省锅材考虑，做到两 兼顾，此外，还要考惠具稳定： 蛋度计算标准中规定受压元件的最小厚。 板系固体，受热后呈线膨胀；水为液体，受热后旱体膨胀，如果锅炉受压部件两端固定，受热后膨胀受阻产 生热成力，使部件发生弯曲变形，甚至损坏，特别是在锅炉起动升温过程中容易发生事故。为此除操作时要 限制川温或冷却速度外，在钢筒（锅壳）、集箱、水冷壁、钢架、炉墙等设计时要充分考虑热膨胀。 （3）要有良好的水循环来保证受热面得到可靠的冷。锅炉水循环是指锅炉中的水在循环回路中流 动，日的是保持受热面得到充分冷却：如果水循环不好，会引起元件超温使强度减弱而导致损坏。在低 打示钢炉，般以户然循环为主，自然循环的锅炉是以水汽比垂差（压力差）促使水流动而循环的，锅炉 水循环对锅完锅炉米说，·般是安全的，对丁水管锅炉米说，应该引起足够的重视， （4）根据锅炉参数（压力、温度）和燃料的适成性来选用钢炉结构。根据锅炉结构和适用的燃料合理 布贷燃烧设备和受热面积.以保证燃烧工况稳定.适应负荷变化。 （5）要合理配鼓风机、引风机，使燃料利风查随若燃烧工况的变化保持相应的比例。 （6）受匹部件开孔和焊缝的布置应尽量避免或减少应力集中：如：胀接管孔不要开在焊缝上，焊接臂孔 尽量避免开任焊缝上，必要时只允许开个别孔。 （7）锅炉钢架在承受载荷附，成有足够的强度、刚度和抗腐蚀性。 （8）锅炉结构要便于安装，便丁操作、检修和清洗。内外部台扶梯和门孔（人孔、手孔、清洗孔、检查 孔、防爆门等）的布既要便于人员通过和保证安全。 （9）要考虑安全附件和自控装暨的可常性。安全附件和自控装置是锅炉中不可缺少的组成部分。其作 用是指示运行参数，帮助人们防止在运行中发生异常情况或发生异常情况时及时提出酱告，及时调整燃烧 L况，使「作参数恢复到正常状态，以防止事放的发生。但也必须指出：不能完全依赖安全附件和自动控制 装置，要有人监管 （10）要保持炉墙结构有良好的谢热性和密性，减少漏风、减少热损失保持燃陷

3.3固定式锅炉和移动式锅炉

起称火管）锅炉、水管锅炉和浸没燃烧式加热锅炉。锅 壳式锅炉结构简单，水及蒸汽容积大，对负荷变动适应件好，对水质的要求比水管锅炉低，多用于小型企业 的生产工艺和生活采暖上，水管锅炉的受热面布置方便，传热性能好，在结构上可用于大容量和高参数的 工况。但对水质和运行水平要求较高。水火管锅炉是在锅壳式锅炉和水管锅炉的基础上发展起来的，具有 两者的优点，对水质要求和水管锅炉相近。锅壳式锅炉因为容量较小、结构紧漆，一般制成快装式锅炉，容 量不大的水管锅炉也可制成快装锅炉，以便于运输和现场安装。浸没燃烧式加热锅炉不需要间壁式换热所 需要的固定传热面，而是将高温炳气直接喷人液体中完成加热的方式。浸没燃烧式加热锅炉热效率高，设 备成本低，加热速度快，适合快速加热和调峰操作的情况， 中小型锅壳式燃油燃气锅炉的发展，大体上可分为三个不同时期。 1.从燃煤锅炉的基础上发展而来，锅炉结构仍然保留着燃煤锅炉的特点。只是去除了燃煤的燃烧设 备，对炉膛稍加改装后，加装燃油燃烧装置而成的：这种锅炉在19世纪中后期就有了较大发展规模。，如图 3·2(a）所示， 2.第二次世界大战前后，中小型燃油锅炉得到了很大发展，这些锅炉很多结构是按燃油船用锅炉的要

厂房标准规范范本1.于背式顺流燃烧蒸汽锅炉2.T背式顺流燃烧热水锅炉3.源背式中心回焰燃烧蒸汽锅炉4湿背式中心回解燃烧热水锅炉5.混背式顺流燃烧然汽锅炉6源背式顺流燃烧热水锅炉7.湿背式顺流燃烧导烟管锅炉8.滏背式顺流燃烧双炉胆锅炉图345卧式锅壳式锅炉简图72

a.(e)(f)图357炉胆和烟管布置力式及其水籍环（a）炉轴对称下位布置；（b）炉胆轴对称上位布置；（c）炉胆偏心上位布置；（d)护胆轴刘称下化布暨：（e）炉胆中心刘称布暨；（1）双炉朋轴对称下位布置81

3.5水管燃油燃气锅炉