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摘 要：为了减少工业锅炉带来的能耗和污染，江苏省四方锅炉有限公司和西安交通大学在引进层燃型角管热水锅炉技术的基础上，共同研究开发了新型的燃煤角管锅炉。本文主要介绍了新型角管锅炉的结构设计，并通过锅炉的实际运行，体现了新型角管锅炉结构合理，节能环保。
关键词：角管锅炉 研究 结构设计 节能
中图分类号：TN2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（c）-0096-01
国家质检总局也专门于2010年8月30日发布了《锅炉节能技术监督管理规程》和《工业锅炉能效测试与评价规则》安全技术规范，这些都表明了工业锅炉节能减排工作的重要性。如何寻求一种好的炉型来解决这个问题，也成为工业锅炉行业亟待解决的一个难题。通过对多种炉型的研究分析及运行情况的对比得知，角管锅炉具有明显的优势，因此，对角管锅炉进行深入研究有着重要意义。
1 角管锅炉的基本原理及结构特点
角管锅炉是在1944年由德国水动力学专家Vorkauf发明的，这种锅炉的最初设想是用于驱动汽车，因此，为了解决不利的给水条件、空间狭小等问题，Vorkauf利用不受热的下降管和灵活的混合物管，设计了一种水循环非常好的锅炉，由于这种锅炉的下降管布置在角上，不仅作为水循环通道，而且还是作为锅炉支撑框架的一部分，因此这种锅炉被称为角管式锅炉。角管锅炉结构上的特点在于一个起双重作用的管架系统，它把集箱、下降管等水循环系统和支撑框架集于一身。主要特点：（1）锅炉采用自承式结构，即锅筒通过位于两端下部的大直径下降管在下部支撑，无单独的构架支撑或悬吊，也称为无构架锅炉。（2）采用膜式水冷壁、炉膛为水冷壁整体焊为一个箱体，可减少漏风，不用笨重的耐火和保温砖墙。（3）下降管与下集箱连接的供水管，以及上集箱与锅筒连接的汽水引出管，不采用很大的弯曲半径，而用锻制的小R弯头与管子焊接而成，使锅炉结构紧凑，外形布置简单。
2 国内角管锅炉的发展现状
角管锅炉自从引进中国，到目前为止，并没有获得预期的市场占有率，主要存在以下的原因。
（1）国外先进的技术具有煤种的局限性，国外对煤质要求非常严格，都采用选煤作为锅炉燃料，而中国的国情决定了工业锅炉用煤没有统一的标准，因此引进的先进技术并未在中国推广。
（2）强制的水循环结构对于低负荷和停电保护不利。引进的角管锅炉水循环属于强制循环，水冷壁受热面一般情况下都设计了向下流动的管屏，这样在突然停电或低负荷时候容易出现水循环停滞或水倒流的状况，威胁到锅炉的安全运行，不利于产品的推广。
（3）小型的角管锅炉在钢耗上没有优势。很多工业锅炉用户在选购锅炉时不论性能如何，不论锅炉整体造价怎样，只是一味的比较出厂价格。而角管锅炉相比传统的DZL＼SZL＼SHL型锅炉来说，由于采用膜式壁结构，40 t/h以下吨位钢耗量比其它几种炉型偏重，出厂价格没有优势。
3 新型角管锅炉的研究开发
我公司对多种炉型（如DZL水火管式＼SZL纵置水管式＼SHL横置水管式＼DHL角管式等）进行了详细的比较，由于角管锅炉有其特有的技术优势，因此将重点研究开发此产品。在这种情况下，我公司和西安交通大学锅炉研究所合作，联合设计生产了新型的角管式锅炉。我们开发研究的新型角管式锅炉产品在吸收国外先进技术的基础上，以高效节能和减排环保为主导思想，并结合公司生产自动化的特点，重点做了以下技术改造。
（1）适合多煤种燃烧的前后拱及二次风设计。
国外的用户燃料基本都是采用选煤，比较统一，而国内的用户所使用的煤种差别较大，因此引进的角管锅炉并不适合在中国使用推广。为适应我国锅炉燃煤特性，我们重新对角管锅炉的前后拱进行研究设计，并增加了二次风调节燃烧，使得新型的角管锅炉能够同时燃用二类烟煤及介于二类和三类之间的烟煤。
（2）炉膛出口的飞灰内循环流化复燃装置。
在炉膛出口的凝渣管上设置了高温分离装置，捕捉并分离高温烟气中50%～60%的未燃尽的含碳飞灰粒子，依靠其自身重力作用重新沿后墙水冷壁附近的空间回流下行，再受上升气流冲刷、夹带再次上升、往复循环，延长了在炉膛内的停留时间，利于含碳粒子的燃尽，大大降低了飞灰中的含碳量，可将机械不完全燃烧损失降低2%左右，提高了锅炉的效率，降低烟尘的初次排放浓度。
（3）尾部旗式对流受热面烟气采用等流速设计。
引进的角管锅炉尾部旗式受热面采用烟道流通截面不变的多级布置。此种结构布置会形成随着烟温的降低，尾部受热面烟气速度会越来越低，形成积灰。研究分析，烟气速度低于7 m/s时，比较容易积灰，而且传热系数会大大降低。另外，国内用户许多都采用含灰量较大的煤种，且不布置吹灰器或布置了吹灰器不经常开启，往往一个采暖期结束后再清灰，若采用引进的结构，则积灰很严重。为解决此问题，采用了变截面等烟气流速的设计方法，保证烟气流速始终>7 m/s，这样既可以减轻积灰，也强化了对流受热面的传热，且可以降低钢耗。
（4）可靠的水循环机停电保护措施。
国外引进的角管锅炉水循环受到质疑，为解决这个问题，我们在设计过程中采用“自然循环+强制循环”的水循环模式。在受热比较强烈的炉膛部分，水循环采用自然循环，保证在低负荷及停电的情况下此部分水循环安全可靠。在受热比较弱的尾部受热面，水循环采用强制循环，为停电保护，在各个回路最高点都设置放气阀。
（5）采用更利于实现批量化生产和现场检修的结构。
引进的角管锅炉采用紧凑的旗式受热面结构是一大亮点，但制造起来比较困难，很难实现批量化生产，而且若有一根蛇形管发生爆管等问题，无法进行检修更换。我公司针对这种情况，改变了传统的旗式受热面形势，不再把蛇形管直接焊接在旗杆上，而是采用小集箱的结构，将对流受热面引出尾部烟道，若发生爆管等事故时，可以将蛇形管抽出检修更换。
（6）采用先进的燃烧装置锅炉燃烧的好坏，燃烧设备也非常重要。新型的角管锅炉采用最新设计的炉排送风和配风结构，采用大风仓小风斗的炉排结构，使得炉排配风均匀，明显的提高燃烧的均匀性，极大地减少了炉渣含碳量。
4 结论
新型角管锅炉的运行实测效率可达83.1%，可见，通过我们的研究及技术改造，角管锅炉无论是在钢耗量上，还是运行后节能环保方面，都取得了很好的成效。目前角管锅炉也得到极大地推广，我公司已推出75 t/h中温中压的发电角管锅炉，92 MW的热水采暖角管锅炉也在制造。相信在我们不断地技术创新下，新型的角管锅炉一定会成为工业锅炉行业的一个领头军。
参考文献
[1] 黄祥新，宽煤种高效消烟双人字形节煤炉拱[J].工业锅炉，1996，17（1）：2-4.
[2] 赵志宽，贺东伟.链条炉燃烧合理配风[J].应用能源技术，2004，86（2）：23-24.
[3] 刘玉振.大风仓小风斗横梁式链条炉排[P].2009-05-06.
[4] 徐建华，毛艳悦.角管式锅炉特点和锅炉运行参数探讨[J].能源研究与信息，2010，26（2）：106-109
关键词：角管锅炉 研究 结构设计 节能
中图分类号：TN2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（c）-0096-01
国家质检总局也专门于2010年8月30日发布了《锅炉节能技术监督管理规程》和《工业锅炉能效测试与评价规则》安全技术规范，这些都表明了工业锅炉节能减排工作的重要性。如何寻求一种好的炉型来解决这个问题，也成为工业锅炉行业亟待解决的一个难题。通过对多种炉型的研究分析及运行情况的对比得知，角管锅炉具有明显的优势，因此，对角管锅炉进行深入研究有着重要意义。
1 角管锅炉的基本原理及结构特点
角管锅炉是在1944年由德国水动力学专家Vorkauf发明的，这种锅炉的最初设想是用于驱动汽车，因此，为了解决不利的给水条件、空间狭小等问题，Vorkauf利用不受热的下降管和灵活的混合物管，设计了一种水循环非常好的锅炉，由于这种锅炉的下降管布置在角上，不仅作为水循环通道，而且还是作为锅炉支撑框架的一部分，因此这种锅炉被称为角管式锅炉。角管锅炉结构上的特点在于一个起双重作用的管架系统，它把集箱、下降管等水循环系统和支撑框架集于一身。主要特点：（1）锅炉采用自承式结构，即锅筒通过位于两端下部的大直径下降管在下部支撑，无单独的构架支撑或悬吊，也称为无构架锅炉。（2）采用膜式水冷壁、炉膛为水冷壁整体焊为一个箱体，可减少漏风，不用笨重的耐火和保温砖墙。（3）下降管与下集箱连接的供水管，以及上集箱与锅筒连接的汽水引出管，不采用很大的弯曲半径，而用锻制的小R弯头与管子焊接而成，使锅炉结构紧凑，外形布置简单。
2 国内角管锅炉的发展现状
角管锅炉自从引进中国，到目前为止，并没有获得预期的市场占有率，主要存在以下的原因。
（1）国外先进的技术具有煤种的局限性，国外对煤质要求非常严格，都采用选煤作为锅炉燃料，而中国的国情决定了工业锅炉用煤没有统一的标准，因此引进的先进技术并未在中国推广。
（2）强制的水循环结构对于低负荷和停电保护不利。引进的角管锅炉水循环属于强制循环，水冷壁受热面一般情况下都设计了向下流动的管屏，这样在突然停电或低负荷时候容易出现水循环停滞或水倒流的状况，威胁到锅炉的安全运行，不利于产品的推广。
（3）小型的角管锅炉在钢耗上没有优势。很多工业锅炉用户在选购锅炉时不论性能如何，不论锅炉整体造价怎样，只是一味的比较出厂价格。而角管锅炉相比传统的DZL＼SZL＼SHL型锅炉来说，由于采用膜式壁结构，40 t/h以下吨位钢耗量比其它几种炉型偏重，出厂价格没有优势。
3 新型角管锅炉的研究开发
我公司对多种炉型（如DZL水火管式＼SZL纵置水管式＼SHL横置水管式＼DHL角管式等）进行了详细的比较，由于角管锅炉有其特有的技术优势，因此将重点研究开发此产品。在这种情况下，我公司和西安交通大学锅炉研究所合作，联合设计生产了新型的角管式锅炉。我们开发研究的新型角管式锅炉产品在吸收国外先进技术的基础上，以高效节能和减排环保为主导思想，并结合公司生产自动化的特点，重点做了以下技术改造。
（1）适合多煤种燃烧的前后拱及二次风设计。
国外的用户燃料基本都是采用选煤，比较统一，而国内的用户所使用的煤种差别较大，因此引进的角管锅炉并不适合在中国使用推广。为适应我国锅炉燃煤特性，我们重新对角管锅炉的前后拱进行研究设计，并增加了二次风调节燃烧，使得新型的角管锅炉能够同时燃用二类烟煤及介于二类和三类之间的烟煤。
（2）炉膛出口的飞灰内循环流化复燃装置。
在炉膛出口的凝渣管上设置了高温分离装置，捕捉并分离高温烟气中50%～60%的未燃尽的含碳飞灰粒子，依靠其自身重力作用重新沿后墙水冷壁附近的空间回流下行，再受上升气流冲刷、夹带再次上升、往复循环，延长了在炉膛内的停留时间，利于含碳粒子的燃尽，大大降低了飞灰中的含碳量，可将机械不完全燃烧损失降低2%左右，提高了锅炉的效率，降低烟尘的初次排放浓度。
（3）尾部旗式对流受热面烟气采用等流速设计。
引进的角管锅炉尾部旗式受热面采用烟道流通截面不变的多级布置。此种结构布置会形成随着烟温的降低，尾部受热面烟气速度会越来越低，形成积灰。研究分析，烟气速度低于7 m/s时，比较容易积灰，而且传热系数会大大降低。另外，国内用户许多都采用含灰量较大的煤种，且不布置吹灰器或布置了吹灰器不经常开启，往往一个采暖期结束后再清灰，若采用引进的结构，则积灰很严重。为解决此问题，采用了变截面等烟气流速的设计方法，保证烟气流速始终>7 m/s，这样既可以减轻积灰，也强化了对流受热面的传热，且可以降低钢耗。
（4）可靠的水循环机停电保护措施。
国外引进的角管锅炉水循环受到质疑，为解决这个问题，我们在设计过程中采用“自然循环+强制循环”的水循环模式。在受热比较强烈的炉膛部分，水循环采用自然循环，保证在低负荷及停电的情况下此部分水循环安全可靠。在受热比较弱的尾部受热面，水循环采用强制循环，为停电保护，在各个回路最高点都设置放气阀。
（5）采用更利于实现批量化生产和现场检修的结构。
引进的角管锅炉采用紧凑的旗式受热面结构是一大亮点，但制造起来比较困难，很难实现批量化生产，而且若有一根蛇形管发生爆管等问题，无法进行检修更换。我公司针对这种情况，改变了传统的旗式受热面形势，不再把蛇形管直接焊接在旗杆上，而是采用小集箱的结构，将对流受热面引出尾部烟道，若发生爆管等事故时，可以将蛇形管抽出检修更换。
（6）采用先进的燃烧装置锅炉燃烧的好坏，燃烧设备也非常重要。新型的角管锅炉采用最新设计的炉排送风和配风结构，采用大风仓小风斗的炉排结构，使得炉排配风均匀，明显的提高燃烧的均匀性，极大地减少了炉渣含碳量。
4 结论
新型角管锅炉的运行实测效率可达83.1%，可见，通过我们的研究及技术改造，角管锅炉无论是在钢耗量上，还是运行后节能环保方面，都取得了很好的成效。目前角管锅炉也得到极大地推广，我公司已推出75 t/h中温中压的发电角管锅炉，92 MW的热水采暖角管锅炉也在制造。相信在我们不断地技术创新下，新型的角管锅炉一定会成为工业锅炉行业的一个领头军。
参考文献
[1] 黄祥新，宽煤种高效消烟双人字形节煤炉拱[J].工业锅炉，1996，17（1）：2-4.
[2] 赵志宽，贺东伟.链条炉燃烧合理配风[J].应用能源技术，2004，86（2）：23-24.
[3] 刘玉振.大风仓小风斗横梁式链条炉排[P].2009-05-06.
[4] 徐建华，毛艳悦.角管式锅炉特点和锅炉运行参数探讨[J].能源研究与信息，2010，26（2）：106-109