【知识】锅炉炉墙的结构形式及炉墙作用

炉墙的作用与工作条件

用来形成锅炉燃烧室和对流受热面烟气流的墙壁，叫做炉墙。其作用是组成封闭的燃烧室，以供燃料燃烧，并将锅炉燃烧的火焰，高温烟气及各受热面与外界隔绝起来。炉墙是锅炉本体的重要组成部分;其主要作用是：

(1) 隔热作用：防止锅炉内热量的散失，最大限度地减少锅炉的散热损失。

(2) 密封作用：当锅炉负压运行时;防止外界空气漏入炉膛和烟道，确保运行的经济性。当锅炉正压运行时，防止烟气和火焰喷出，确保运行人员的安全和锅炉房的环境卫生。

(3) 组成烟气的通道：促使锅炉中的烟气，按一定的通道依次流过各受热面。

炉墙的主要部分是锅炉燃烧室的炉墙，约占整个锅炉炉墙的60%-70%,本节除重点对燃烧室的炉墙做叙述外，也给出一些层燃炉的前拱和后拱，不同炉型的炉顶和冷灰斗部位，水冷壁穿墙管和集箱的密封部位的结构示意图。

炉墙是处在一个相当恶劣的条件下工作的，首先是处于很高的温度之下，炉墙内表面附近的烟温可达1000℃左右，燃料在炉膛中燃烧所产生的热量有一部分将通过炉墙传递到外面损失掉。外面的冷空气将通过炉墙的不严密处漏入燃烧室而影响燃烧，炉墙还会受到熔融的灼热灰渣和高温烟气的直接侵蚀和冲刷，当炉墙上结渣后，会将砖墙熔融成千疮百孔的形状，并增加砖的脆性。炉墙也会受到锅炉燃烧产生的振动和锅炉房各回转机械振动的影响，当锅炉负荷在运行中突然发生很大变化时;炉膛温度也随之发生骤然变化，经常这样会导致炉墙产生裂纹。由此看出炉墙质量的好坏与锅炉运行的安全性与经济性有很大的关系，所以，无论在新建的锅炉安装中，对炉墙砌筑的质量，还是在投产后锅炉运行和修理中对炉墙的维护与保养;都应给以高度重视和严格的要求，才能保证锅炉的安全与经济运行和延长锅炉的使用期限。

炉墙结构的基本要求

为保证炉墙能起到上述所要求的作用，炉墙的结构应满足下列几项要求：

(1)足够的耐热性：由于炉墙受到炉膛内火焰的高温辐射，或者要和高温烟气以及灼热的灰渣接触，所以炉墙应具有足够的耐高温性能，并应能承受很大的温度变动和抵抗灰渣侵蚀的能力。对于敷设水冷壁的炉壁，炉墙内壁温度一般不超过800〜900℃,当水冷壁管的节距很小时，炉墙内壁温度可降到500-600℃以下。对于小型锅炉，炉膛中有相当部分不敷设水冷壁管或敷设的水冷壁管的节距很大时，炉墙内壁面温度可高达800~900℃以上。对无水冷壁保护的过热器区炉墙，其内壁温度可达1000-1100℃。由上可知，不同水冷壁结构的炉膛，对炉墙耐热性的要求也不同。釆用膜式水冷壁时，对炉墙耐热性的要求则大大降低。另外锅炉不同部位的烟道，由于承受的温度不同，则炉墙的耐热性要求也不同。

(2)良好的隔热性：锅炉的散热损失在很大程度上取决于炉墙的结构和炉墙材料的合理选取，为了提高锅炉运行的经济性和安全性，要求220t/h以下的锅炉炉墙外表面温度不超过50℃。例如：蒸发量为80t/h以上的锅炉，要求外部散热损失在5%以下。

(3)严密的密封性：由于炉墙密封不严造成的漏风，增大了锅炉的排烟损失，使引风电耗增大，并恶化了炉内燃烧过程。如果不计入锅炉的引风电耗，则漏入锅炉烟道中的空气量每增加△a=0.1,锅炉效率降低约0.4%~0.5%。对于正压运行锅炉，更要求炉墙严格的密封，以确保锅炉工作人员的安全，锅炉的安全经济运行和锅炉房的环境卫生。

(4) 一定的机械强度：作用在炉墙上的力有温度应力，自重和锅炉正常运行时的烟气压力。此外室燃炉运行过程中由于燃料供应失调或燃烧工况恶化，炉膛内会发生爆燃现象，造成突发性的烟气压力，炉内燃烧火焰的脉动也会引起炉墙的振动。再如处于地震区的炉墙，还需要考虑由于地震作用引起的使炉墙产生水平惯性力的作用。锅炉炉墙的机械强度应保证炉墙在上述各种外力的作用下，不致发生损坏。

由于一般的耐高温材料往往隔热性能较差而且也较重，隔热性能好的材料往往又不能承受过高的温度，所以炉墙常由几层组成;内层用能承受高温的耐火材料，如用耐火砖砌成或用耐火混凝土浇制。中间为隔热层，用隔热性能良好但承受温度不很高的隔热材料(保温材料)制作。为了保持良好的密封性，外面再用密封材料抹面或金属护板等做成外壁密封层。故一般锅炉的炉墙通常由这三层，即内壁耐火层(耐热层)、中间隔热层(保温层)和外壁密封层(保护层)。

重型炉墙的结构

重型炉墙的结构特点是：炉墙直接砌筑在锅炉的地基上，锅炉的重量直接由锅炉基础来承受，故亦称为基础式炉墙，多用于无水冷壁或水冷壁管稀少的，蒸发量小于35t/h的锅炉。

炉墙由内外两层组成：即用标准耐火砖(230mm×114mm×65mm)砌成的内衬墙。耐火层和用机制红砖(240mm×115mm×53mm)砌成的外墙隔热层。由于红砖保温性能差,墙身砖缝又多，炉墙外表面温度可达80~90℃，热流量相应达到700~900W/m2。为改善重型炉墙的隔热性能，在耐火砖与红砖之间留有7~20mm的空气夹层或增设优质隔热材料层，常用硅藻土砖(250mm×123mm×65mm)、(230mm×114mm×65mm)。红砖外墙四壁转角处在砌筑时互相咬住，使四壁形成整体，不需要或只需使用很少的钢架把外壁箍柱,所以重型炉的结构较简单，形状近似普通的砖墙。炉墙的厚度和重量均较大，常用的2又1/2块砖厚的重型炉墙，每平方米的炉墙重量约1000~1200kg,而且砌筑时耗工时多，单位造价也较高。

重型炉墙的厚度通常为1.5〜3块砖，相当于360-730mm厚，内层0.5〜1块耐火砖,外层1~2块红砖。在锅炉尾部烟道的低温区，烟气温度低于500℃,炉墙可以全部用红砖砌筑。普通重型炉墙的厚度可根据不同的砖块数按表1选取，中间加有硅藻土砖层的重型炉墙的厚度可按表2选取。

表1 普通重型炉墙厚度

表2 加硅藻土砖的重型炉墙厚度

为使炉墙受热后有膨胀的可能性，炉墙需分别在水平和垂直方向设置膨胀缝。炉墙的水平膨胀缝一般设置在内墙分段卸载结构处，如图1所示。两条水平膨胀缝的上下间距，即内墙分段高度通常为2~3m。在垂直炉墙与顶棚炉墙的交界处也应设置水平膨胀缝。炉墙的垂直膨胀缝一般设在炉墙的角部，如图2所示;如炉膛宽度大于5~6m时;应在炉墙中部增设一定数量的垂直膨胀缝。在膨胀缝中应嵌入石棉绳以防止漏风和防止缝隙被灰渣堵塞而失去作用。

图1 内墙的分段卸载结构及水平膨胀缝

1—红砖;2—硅藻土砖;3—耐火砖

图2 炉墙角部的垂直膨胀缝

为保持石棉绳在缝隙中的紧密性，其直径应比缝宽大2mm,且石棉绳装入缝隙内被压缩的量不应超过原直径的2/3。内墙的全长的膨胀量应平均分配在墙的两边，这样石棉绳所需的直径可按下式选取：

式中△为内墙全长的膨胀量，其值可根据耐火砖的线膨胀率α和残余线收缩率β以及内墙全长L(mm)，算出

式中的α和β可按表3选取

表3 内墙的平均线膨胀率α和残余线收缩率β

重型炉墙为了防止内墙与外墙脱离和倾斜，内墙在每高5~8层砖就要把一层耐火砖伸入红砖外墙中，即砌一层拉固砖，如图3所示;或者在每层有几块耐火砖作拉固砖，而各层拉固砖的位置在垂直线上应错开。当锅炉墙体高于10m时，必须用金属构件进行加固和牵连，牵连结构常采用拉钩和衔铁结构，并采用特制的异形砖砌筑。

图3 牵连砖布置示意图

1-拉固砖；2-耐火砖；3-空气砖；4-红砖

重型炉墙因受到炉墙结构稳定性和砌体强度的限制，炉墙高度一般不宜超过10~12m。

（未完待续）