动力机械：水冷壁

敷设在锅炉炉膛内壁﹑由许多并联管子组成的蒸发受热面。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量﹐在管内产生蒸汽或热水﹐并降低炉墙温度﹐保护炉墙。在大容量锅炉中﹐炉内火焰温度很高﹐热辐射的强度很大。锅炉中有40～50%甚至更多的热量由水冷壁所吸收。除少数小容量锅炉外﹐现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。 水冷壁按结构分为光管式和膜式两种。 光管式水冷壁 由一般的锅炉钢管组成(图1 光管式水冷壁 )。管子排列越密对炉墙保护效果越好。炉墙广泛采用轻质耐火材料和保温材料。这些材料可以砌成炉墙﹐也可敷设在水冷壁上成为敷管式炉墙以便于安装。

简介

膜式水冷壁 将鳍片管(或扁钢与光管)相互焊接在一起组成的整块管屏(图2 膜式水冷壁 )。它的优点是气密性好﹔管屏外侧仅需敷以较薄的保温材料﹐炉膛高温烟气与炉墙不直接接触﹐有利于防止结渣﹔管屏可在制造厂成片预制﹐便于工地安装。

水冷壁材料 一般用碳素钢。锅炉压力在14兆帕以上时也有部分用合金钢的。管子外径﹕自然循环锅炉一般用51～83毫米﹔多次强制循环锅炉和直流锅炉一般用22～60毫米。直流锅炉的水冷壁不像自然循环锅炉那样一定是直立式的﹐也可以是水平围绕或其它形式的。参数高时﹐尤其在直流锅炉中﹐为了在炉膛高热负荷区防止传热恶化﹐常采用内螺纹管或在管内装设扰流子(图3 内螺纹管和管内装扰流子 )。2100433B

膜式水冷壁有两种型式，一种是光管之间焊扁钢形成膜式水冷壁；另一种是由轧制成形的鳍片管焊成。膜式水冷壁对炉墙的保护最好，炉墙的重量、厚度大为减少。因为膜式水冷壁的炉墙只需要保温材料，不用耐火材料，因而可采用轻型炉墙。同时，水冷壁的金属耗量增加不多。此外，膜式水冷壁的气密性好，大大减少了炉膛漏风，甚至也可采用微正压燃烧，提高锅炉热效率。由于蓄热能力小，炉膛燃烧室升温快，冷却亦快，可缩短启动和停炉时间。厂内预先组装好才出厂，可缩短安装周期，保证质量。膜式水冷壁的缺点主要是制造工艺较复杂，设计时必须考虑到它的一些特点。如不允许两相邻管子的金属温度差超过50℃(这个要求对自然循环锅炉是容易做到的)，因要把水冷壁系统制成整体焊接的悬吊框式结构，设计膜式水冷壁时必须保证有足够的膨胀延伸自由，还应保证人孔、检查孔、看火孔以及管子横穿水冷壁等处有良好的密封性。水冷壁管穿过炉墙的部分要留出膨胀间隙。为了防止漏风，间隙内填充石棉绳。对于敷管炉墙，炉墙贴附在膜式水冷壁管外面形成一个整体，穿墙部分可不留间隙。膜式水冷壁由于具有显著的优点，因而得到了广泛的应用。大型锅炉几乎全部采用的是膜式水冷壁。 2100433B

水冷壁主要有两类，即光管式水冷壁和膜式水冷壁，如图1《水冷壁管的型式》（1-管子；2-耐火层；3-绝热层；4-护板；5-扁钢；6-鳍片管；7-特制销钉；8-耐火水泥；9-耐火材料）所示。其中(a)光管；(b)鳍片管焊成的膜式水冷壁；(c)用扁钢焊成的膜式水冷壁；(d)涂有耐火水泥的销钉管水冷壁；(e)涂有耐火水泥的销钉管膜式水冷壁。

光管式水冷壁就是通过锅筒及集箱连接起来的一排布置在炉墙内侧的光管受热面；膜式水冷壁就是各光管之间用鳍片或扁钢焊接成的一组管屏。光管水冷壁是由普通的无缝钢管弯制而成，一般是贴近燃烧室炉墙内壁、互相平行地垂直布置，上端与锅筒或上集箱连接，下端与下集箱连接。

水冷壁管布置的紧密程度用管子的相对节距来表示。管子的节距s与外径d之比(即s/d)称为相对节距。相对节距不同，说明水冷壁的吸热量和对炉墙的保护程度不同。若d不变，相对节距减小，说明s减小，管子排列紧密，即在同样大小的炉膛内布置水冷壁管多，水冷壁的吸热量大，炉墙的安全性增强，但火焰照射到炉墙上的辐射热量减少，炉墙对管子的反射热量少，管子金属的利用率低；相反，相对节距增大，水冷壁管的总的吸热量减小，对炉墙的保护作用差．但管子的利用率较高。

在一定的s/d下，水冷壁管中心线至炉墙内表面的距离e与管子外径的比值(即e/d)对水冷壁的吸热量及炉墙的保护作用也有影响，若e/d的数值大，则炉墙接受火焰的辐射热多。若d不变，说明管子与炉墙之间的距离增加，炉墙内表面对管子的辐射作用增强，因而水冷壁管的吸热量也较多。但这时炉墙温度升高，炉墙上容易结渣，焊在水冷壁管背面起固定作用的拉杆也容易烧坏。

现代锅炉为了减轻炉墙重量，常将水冷壁的一半埋在炉墙中(e=0)，这种炉墙称为敷管式炉墙。这种炉墙的主要优点是炉墙温度较低，炉墙可以减薄，使安装方便、节省材料，能够减轻锅炉的重量。自然循环锅炉常用的水冷壁管外径有60、76、83 mm等，壁厚为3.5～6mm。管径越小，遮盖同样面积的炉墙所消耗的金属越少。

光管式水冷壁具有制造、安装简单等优点。但它的缺点是保护炉墙的作用小，炉膛漏风严重。由于焊接工艺的限制，以前普遍采用光管式水冷壁。现代小型锅炉受制造成本的限制时，有时也采用光管式水冷壁。