锅炉屋

壳式锅炉可以定义为传热表面全部包含在钢壳内的锅炉。壳式锅炉也可以被称为“火管”或“烟管”锅炉，因为燃烧的产物通过锅炉管，而锅炉管又将热量传递给周围的锅炉水。

在壳锅炉中使用了几种不同的管布局组合，涉及通过锅炉炉的热量的数量在放电之前将使用。

图3.2.1a和3.2.1b显示了典型的双道锅炉结构。

图3.2.1a示出了干燥的锅炉，其中热气体通过锅炉的外电镀上的耐火衬里腔室反转。

图3.2.1b显示了更有效的方法，通过湿背锅炉配置反转热气体。逆转室完全包含在锅炉内。这允许更大的传热区域，以及允许锅炉水在来自炉子的热量的点处被加热 - 在腔室壁的末端。

值得注意的是，在进入逆转室之前，应将燃烧气体冷却至至少420℃，对于合金钢锅炉470℃。过量的温度会导致管端板的过热和裂缝。锅炉设计师将考虑这一点，如果正在考虑不同的燃料，这是一个重要的点。

几种不同类型的壳式锅炉已经被开发出来，现在将进行更详细的研究。

兰开夏郡锅炉

威廉·费尔本爵士在1844年从特雷维西克的康沃尔锅炉发展了兰开夏锅炉。虽然只有少数仍在运行，但它们无处不在，是今天使用的精密和高效锅炉的前身。

兰开夏锅炉由一个通常在5 - 9米长的大钢壳组成，通过两个大口径的炉管称为烟道。每个烟道的一部分是波纹状的，以承担膨胀时，锅炉变热，并防止坍塌的压力。在锅炉的前端，每个烟道的入口都安装了一个炉子。通常情况下，炉子会被安排用来烧煤，可以手动加煤，也可以自动加煤。

燃烧产生的热气态产物从炉中通过大口径波纹管。热烟道气体的热量被转移到这些烟道周围的水里。

锅炉是在砖墙的设置，其设置为将从烟道中冒出的热气体向下和在锅炉下方，通过锅炉外壳的底部传递热量，然后沿锅炉侧面返回，然后通过烟囱排出。

这两个侧面管道在锅炉的背面遇到并喂入烟囱。

这些通行证是试图在释放到大气之前从热产物气体中提取最大能量量。

后来，通过增加经济学者提高了效率。在第三次通过之后，气流通过了经济学者进入烟囱。经济学机加热给水，导致热效率提高。

兰开夏锅炉的缺点之一是锅炉的反复加热和冷却，以及由此产生的膨胀和收缩，破坏了砖砌结构和管道。这导致了空气的渗入，使炉内通风变差。

这些锅炉现在的生产成本非常昂贵，因为要使用大量的材料和建造砖砌背景所需的劳动力。

这些锅炉的大尺寸和水容量具有许多显着的优势：

• 突然大的蒸汽需求，例如坑绕发动机开始，可以容易地耐受，因为锅炉压力的降低释放来自在饱和温度的锅炉水中释放大量的闪蒸蒸汽。
  这些锅炉可能已经手动激发，因此对锅炉压力降低的反应以及对更多燃料的需求将缓慢。
• 大量的水意味着虽然蒸汽速度可能很大，但水位的变化率相对较慢。
  水位控制仍然是手动的，操作员要么启动一个往复的蒸汽动力给水泵，要么调整给水阀以保持所需的水位。
• 低级警报简单地是水位下降的浮子，当达到预定水平时，将端口打开到蒸汽哨。
• 与蒸汽速率相关的大水表面积意味着蒸汽从表面释放的速率（以每平方米的千克表示）低。

这种低流速意味着，即使水中含有高浓度的总溶解固体(TDS)，也有大量的机会使蒸汽和水颗粒分离并干燥蒸汽，从而供应到工厂。

作为控制系统，材料和制造技术变得更加复杂，可靠且成本效益，锅炉厂的设计发生了变化。

经济型锅炉(双回烘干)

双通经济锅炉只有相当于兰开夏郡锅炉的一半，热效率较高。它具有圆柱形外壳，其包含作为主要燃烧室的两个Arge-孔波纹炉烟道。热烟道气通过锅炉背面的两个炉子烟道中的砖砌设置（干燥回来），并且通过布置在大孔炉烟道上方的许多小孔管偏转。这些小孔管向水中呈现了大的加热表面。将烟道气从前面的锅炉流出并进入诱导的风扇，将它们传递到烟囱中。

经济锅炉（三次通行，潮湿）

经济锅炉的进一步发展是创建三次潮湿的锅炉，这是今天使用的标准配置，（见图3.2.4）。

这种设计已经发展成为材料和制造技术先进的：引入更薄的金属管，允许容纳更多的管，传热速率改善，锅炉本身变得更加紧凑。

三道湿背经济锅炉的典型传热数据如表3.2.3所示。

包装锅炉

在20世纪50年代初，英国燃料和权力部提出了改进锅炉厂的研究。该研究的结果是包装锅炉，由三碳经济湿后锅炉的进一步发展引起。主要是，这些锅炉设计用于使用油而不是煤。

包装式锅炉之所以叫它，是因为它作为一个完整的包与燃烧器，液位控制，给水泵和所有必要的锅炉配件和安装。一旦交付现场，它只需要蒸汽、水、排污管道、燃料供应和电气连接，就可以开始运行。

开发对给定输出的锅炉的物理尺寸也产生了显着影响：

• 制造商希望使锅炉尽可能小，以节省材料，从而保持其产品竞争力。
• 通过使锅炉尽可能小的锅炉，辅助效率;锅炉和其表面积越小，环境越少。

在某种程度上，人们普遍意识到绝缘的必要性，以及现代绝缘材料的高性能，减少了这个问题。

• 消费者希望锅炉尽可能小，以尽量减少锅炉房屋所需的占地空间量，因此增加了可用于其他目的的空间。

• 尺寸较小(蒸汽产量相同)的锅炉往往在建设成本上更低。表3.2.4说明了这一点，以及其他因素。

体积热释放（KW / M3）

通过将锅炉中水体积的总热量除以锅炉的总热量来计算该因素。它有效地将在最大负荷下释放到锅炉中的水量的蒸汽量。该数字越低，锅炉中的储备能量越大。

请注意，现代锅炉相对于兰开夏郡锅炉的数字差分差距差分，表示通过类似的量减少储存能量。这意味着在现代锅炉中可获得减少的储存能量。通过控制系统可以快速响应并采取适当的行动来保护锅炉并满足需求的控制系统实现了这种发展。

蒸汽释放率（kg / m2s）

这个系数的计算方法是用每秒产生的蒸汽量除以水面的面积。这个数值越低，水粒子从蒸汽中分离出来并产生干蒸汽的机会就越大。

注意，现代锅炉的数值几乎要大三倍。这意味着蒸汽和水滴分离的机会更少。

水的TDS水平高，使得情况更加糟糕，精确的控制对效率和干蒸汽的生产至关重要。

在负荷迅速增加的时候，锅炉会经历压力的降低，这反过来意味着蒸汽的密度降低，甚至会出现更高的蒸汽释放率，并逐渐从锅炉输出更湿的蒸汽。

四通锅炉

四通装置可能是最热效率，但燃料类型和操作条件可能会阻止其使用。当用重型燃料油或煤时，这种类型的单元被低需求烧制时，来自燃烧气体的热传递可能非常大。结果，出口烟气温度可以低于酸露点，导致烟道和烟囱的腐蚀，并且可能是锅炉本身。四通锅炉单元也受到更高的热应力，特别是如果突然发生大负载摇摆;这些可能导致锅炉结构内的应力裂缝或故障。出于这些原因，四通锅炉是不寻常的。

反向火焰/顶针锅炉

这是传统锅炉设计的变化。燃烧室以顶针的形式，燃烧器向下发射。火焰在燃烧室内瓶子加倍，以进入锅炉的前部。烟管围绕着顶针并将烟道气通过锅炉和烟囱的后部。

壳式锅炉的压力和输出限制

施加在锅炉上的应力受国家标准的限制。最大应力将发生在圆柱体的周长周围。这被称为“箍”或“周向”应力。该应力值可由式3.2.1计算:

由此可以推断，环向应力随直径的增大而增大。为了弥补这一点，锅炉制造商将使用更厚的钢板。然而，这种较厚的板较难滚压，可能需要在板厚超过32毫米时消除应力。

制造锅炉的问题之一是轧壳用的钢板。锅炉轧辊，如图3.2.7和3.2.8所示，不能弯曲板的末端，因此，将留下一个平面:

• 辊A向下调整，以减少曲率半径。
• 轧辊B和C是电动的，以拉板通过轧辊。
• 卷不能弯曲板的末端

当板一起焊接板并且锅炉加压时，壳体将呈现圆形横截面。当锅炉离线时，板将恢复为“滚动”的形状。该循环可能导致疲劳裂缝距离壳焊缝的一定距离。这是一个令人担忧的锅炉检查员的原因，他们会定期要求留下所有锅炉滞后，然后使用模板来确定锅炉壳曲率的准确性。

显然，这个问题对体验很多骑自行车的锅炉更加关注，例如每晚被关机，然后每天早上重新发射。

压力限制

通过炉子管的热传递是通过传导。它是天然的，厚板不会像薄板一样快速地进行热量。更厚的板也能够承受更多力。

在火焰温度可达1 800°C的炉管中，这一点尤其重要，必须在以下之间达到平衡:

• 较厚的板材，具有承受锅炉中压力产生的力的结构强度。
• 较薄的板，能够更快地传递热量。

将板厚度与结构强度连接到结构强度的等式是等式3.2.1：

由式3.2.1可知，在锅炉压力相同的情况下，随着板厚的减小，应力增大。

将板厚与传热联系起来的方程为式2.5.1:

等式2.5.1表明，随着板厚度越来越少，传热增加。通过将两个方程传递到反射板厚度。

对于任何一个锅炉，如果增加传热速率（Q_dot - 身体文本.jpg），则减少最大允许的锅炉压力。

在炉管壁厚介于18毫米和20毫米之间的情况下达成了妥协。这转换为一个实际压力极限的壳锅炉大约27巴。

输出限制

壳式锅炉是作为成套设备制造的，所有的辅助设备都固定在适当的位置上。包装锅炉制造后必须运到现场，英国最大的可公路运输锅炉的产量约为27000 kg/h。

如果需要超过27000千克/小时，则使用多锅炉安装。然而，这具有提供更好的供应安全性和改善的工厂调节的优点。

总结

今天高效、灵敏的壳式锅炉是150多年来在以下领域发展的结果:

• 锅炉和燃烧器设计。
• 物质科学。
• 锅炉制造技术。
• 控制系统。

为了保证其成功和高效的操作，用户必须：

• 了解工厂的条件、环境和需求特点，并准确地向锅炉制造商说明这些条件。
• 提供锅炉房屋布局和安装，促进良好的操作和维护。
• 选择允许锅炉安全有效地操作的控制系统。
• 选择将在所需压力（S）和流量的植物中为植物提供干燥的锅炉的控制系统。
• 确定要使用的燃料，如有必要，将安全存储燃料储备在哪里以及如何安全地存储。

壳式锅炉优点:

• 整个工厂可以作为一个完整的组合购买，只需要固定在基本的基础上，并在调试前连接水、电、燃料和蒸汽系统。这意味着安装成本最小化。
• 该封装装置还意味着重新定位包装的壳锅炉很简单。
• 壳锅炉在饱和温度下含有大量的水，因此具有大量的储存能量，其可以被要求应对短期，快速施加的载荷。

这也可能是一个缺点，因为当储存的水的能量被使用时，可能需要一段时间才能再次建立储备。

• 壳锅炉的结构通常是直的，这意味着维护很简单。
• 壳式锅炉通常有一个炉管和燃烧器。这意味着控制系统相当简单。
• 虽然壳式锅炉的设计和建造可以达到27bar，但大多数锅炉在17bar或更少的条件下运行。这种相对较低的压力意味着相关的辅助设备很容易以具有竞争力的价格获得。

壳锅炉的缺点：

包装原理意味着一个壳式锅炉的最大产量约为27000 kg/h。如果需要更多的蒸汽，那么需要将几个锅炉连接在一起。

用于建造壳式锅炉的大直径气缸有效地将其操作压力限制在大约27巴。如果需要更高的压力，则需要水管锅炉。