常压燃气热水锅炉工艺设计.docx

本科生毕业论文

姓 名： 学 号：
学 院：
专 业：热能与动力工程专业
论文题目： 80×104 kcal/h常压燃气热水锅炉工艺设计
指导教师： 职 称：

年 月 徐州

毕业论文任务书

学院 专业年级 学生姓名

任务下达日期： 2011 年 3 月 1 日

毕业论文日期： 2011 年 3 月 1 日至 2011 年 6 月 20 日

毕业论文题目：80×104 kcal/h常压燃气热水锅炉工艺设计

毕业论文专题题目：

毕业论文主要内容和要求：根据要求设80×104 kcal/常压燃气热水锅炉一台。主要有一下几大步骤：
1 锅炉的选型
2 燃料及锅炉的热力计算
3 烟风阻力计算
4 焊接及制作工艺等说明
5 绘制相关图纸若干
6 外文文献及翻译
在满足出力要求的情况下力求设计的最优化。

院长签字： 指导教师签字：
中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：

成 绩： 指导教师签字：
年 月 日
中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：

成 绩： 评阅教师签字：
年 月 日
中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：

成 绩： 评阅教师签字：
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中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩
答 辩 情 况
提 出 问 题
回 答 问 题
正 确
基本
正确
有一般性错误
有原则性错误
没有
回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：
年 月 日
学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：
年 月 日

摘 要

本设计主要介绍了80×104kcal/h燃气常压热水锅炉的设计方法、内容、程序以及基本原则。其中主要设计内容有燃料燃烧计算、锅炉热力计算、烟风阻力计算、强度校核以及制造工艺的探讨及分析。
本次设计采用成熟的常压卧式内燃三回程湿背式结构，其型号为CWNS 0.93—95/70—QT。炉胆采用非对称是布置，烟管采用螺纹管，强化了烟气的换热，同时烟管采用同心圆排列于炉胆上方，增强换热效果。焊接部分详细介绍了锅炉制造中主要的焊接方法及技术要求。
再设计过程中，对于热水锅炉的结构特点以及工作特点进行了相对全面的分析，并对燃烧器做一定的介绍，同时对常压热水锅炉的现状以及发展做了客观的分析。
锅炉整体具有高效率、结构紧凑、体积小、重量轻、外形美观、污染小等特点。
关键字： 燃气锅炉； 热水锅炉； 火管。

ABSTRACT

目 录

1 绪论 1
1.1工业锅炉 1
1.1.1工业锅炉设备概述 3
锅炉安全 3
1.2燃油燃气锅炉 4
1.2.1燃油燃气锅炉的特点 4
1.2.2燃油燃气锅炉的结构 5
1.3卧式燃油燃气锅炉的结构选型 10
1.4燃油燃气锅炉的发展现状 11
1.4.1燃油燃气锅炉发展的客观因素 11
1.4.2燃油燃气锅炉发展趋势 11
1.5热水锅炉设计原理 11
2 锅炉热力计算 12
2.1燃料燃烧计算 12
2.1.1锅炉参数 12
2.1.2燃料燃烧特性 12
2.1.3燃烧器资料 13
2.1.4理论空气量和理论烟气容积计算 13
2.1.5烟气特性 13
2.1.6烟气的比焓 15
2.2锅炉热平衡燃料消耗计算 16
2.3炉膛（胆）的传热过程和计算 17
2.4对流受热面的传热计算 19
2.4.1第一管束的传热计算 20
2.4.2第二管束的传热计算 22
2.5重要数据汇总及锅炉总热平衡校核 25
2.5.1炉胆，第一，第二管束外形尺寸 25
2.5.2炉胆管束温度汇总 25
2.5.3炉胆传热数据汇总 25
2.5.4锅炉总热平衡量校核 25
3 烟风阻力计算 26
3.1 烟风阻力各计算结构说明 26
3.1.1管束排列与布置 26
3.1.2烟箱的形状与尺寸 26
3.1.3烟囱形状与尺寸设计 26
3.2局部阻力计算 26
3.2.1炉胆出口到后烟箱局部阻力Δh 27
3.2.2后烟箱到第一管束进口局部阻力Δh 28
3.2.3第一管束进口到前烟箱局部阻力Δh 28
3.2.4前烟箱到第二管束进口局部阻力Δh 29
3.2.5第二管束出口到集烟室入口局部阻力Δh 30
3.2.6集烟室入口到出口的局部阻力Δh 30
3.2.7烟囱出口速度损失Δh 31
3.3沿程摩擦阻力计算 31
3.3.1第一管束沿程阻力计算 31
3.32第二管束沿程阻力据算 32

3.3.3阻力计算汇总表 33
4 锅炉结构 33
4.1炉胆 34
4.1.1炉膛容积 34
4.1.2炉胆尺寸的选择 35
4.2烟管 35
4.2.1管束型式 35
4.2.2烟气流速 37
4.2.3烟管布置 37
4.3封头 38
4.4吊耳 38
4.4.1吊耳结构型式 38
4.4.2吊耳校核 38
4.5其他 40
5锅炉附件及附属设备 40
5.1水位表 41
5.1.1水位表的作用和原理 41
5.1.2水位表安全技术要求 41
5.2排污装置 41
5.2.1排污的作用 41
5.2.2对排污装置的要求 41
5.3给水设备 42
5.3.1给水设备的作用 42
5.3.2给水设备的配置和使用要求 42
6 燃油燃气锅炉制造工艺 42
6.1锅炉制造中常用焊接方法 42
6.2焊接接头设计 43
6.2.1焊接结构设计的一般原则 43
6.2.2焊接接头型式及尺寸 44
6.2.3焊缝符号及标注方法 48
6.3锅炉组件焊接工艺 48
6.3.1锅筒的焊接工艺 48
1.锅筒筒节纵缝的装配与焊接 48
2.锅筒环缝的装配与焊接 48
6.3.2炉胆制造工艺 48
6.3.3烟管的焊接 49
6.3.4其他部位的焊接 49
7热水锅炉运行常见事故诊断与处理及噪声分析 49
7.1热水锅炉运行常见事故诊断与处理 49
7.1.1常见事故 49
7.1.2爆炸事故原因及预防 51
7.1.3管板裂纹事故原因 51
7.1.4管板裂纹事故原因及处理 52
7.2噪声分析 52
7.2.1燃烧噪声 52
7.2.2烟气噪声 53
7.2.3风机噪声 53
7.2.4泵的噪声 55
总结 55
制造工艺指导书 58
一、 锅壳的制造工艺 58
二、 炉胆的焊接制造工艺 58
三、 烟管的焊接工艺 58
四、 其他部位的焊接工艺 58
五、 安装步骤与焊接工序 59
参考文献 60
英文原文 61
Modeling and optimization of efficiency and NOx 61
emission at a coal一fired utility boiler 61
Huan Zhao, Pei-bong Wang 61
I. INTRODUCTION 61
II. MODELINGFORNOX EMISSIONANDBOILER EFFICIENCY 62
A. Experimental Data 62
B. Support Vector Regression 63
C. Hybrid Model for NOx Emission and Boiler Efficiency 63
III. OPTIMIZATIONFORLOWNOX EMISSIONAND HIGHBOILEREFFICIENCY 64
A. Modified 64
B. Optimization Objective 64
A. Prediction of NOx Emission and Boiler Efficiency 65
B. conbustion Optimization based on Hybrid Model 65
V. CONCLUSION 67
REFERENCES 68
电站锅炉热效率与NOx排放响应特性建模方法 70
0 引言 70
1电站锅炉热效率和 NOx 排放的特性响应模型 70
1.1核主元分析 70
1.2 ε-支持向量回归机算法 71
1.3 电站锅炉热效率与 NOx 排放的特性响应模型 72
2 实例分析 72
2.1 锅炉燃烧设备概况与特性试验样本的获取 72
2.2 锅炉排放特性模型的辅助变量选取 73
2.3 锅炉排放特性模型的参数选取与核主元分析 73
2.4 锅炉热效率与 NO 排放的特性响应模型的建x立与误差分析 74
3结论 76
致 谢 78

1 绪论
随着全球环保意识的提高，能源和环境目前已成为世界关注的焦点，我国能源的消费结构远远跟不上国民经济的发展和人民生活水平的提高。而能源的消费结构将从根本上影响我们所处的环境，，能源的浪费和环境污染问题相当严重。虽然到目前为止，对容量稍大的燃煤工业锅炉进行了大规模地改造，但其改造的范围是很窄的，大多数的生活锅炉并没有得到根本的改进，致使我们国家环境污染问题日趋严峻，很多城市和地区变成了酸雨区。因此，现在已经到了从根本上改变我们国家能源消费结构的时候了。虽然我们国家以煤为主要能源的情况在未来多年内不会改变，但我们可以通过渐进的方式逐步改变，首先大型煤机组的发展和改造应和先进发达国家的水平保持一致，提高效率和运行水平，降低SOx，Nox和CO2的排放量。在本世纪初，这一进程将大大加快。
目前我们国家所面临的最大难题是改造现有的工业和生活锅炉，为此我们应该大力开发节能产品和节能技术，以改造耗能和环境污染大户——工业锅炉。适当进口石油，放宽城市小型工业锅炉和生活锅燃用油品的限制，并开发燃用油、天然气和城市煤气的燃油和燃气锅炉，以取代那些耗能高、分布广、污染严重的生活锅炉和部分工业锅炉。由于以前的能源的消费结构使得我们在燃煤技术的研究上下了较大功夫，而忽略了对燃用油、天然气和城市煤气的燃油和燃气锅炉的研究和开发，使得我们在燃油和燃气锅沪的研究和设计制造方面存在很多盲目性。本次设计论文根据近几年对燃油和燃气锅炉基础理论方面的研究以及和多家锅炉制造厂合作设计的实践讨论燃油和燃气锅炉结构和设计。
1.1工业锅炉
工业锅护的参数系列(参见GBI 921一1988，GB3166一1988)
锅炉参数指锅炉容量、工作压力、工作温度。
工业蒸气锅炉的容量用额定蒸发量(D)表示。额定蒸发量(D)表明锅炉在额定蒸气压力、蒸气温度、规定的锅炉效率和给水温度下，连续运行时所必须保证的最大蒸发量，单位为t/h。工业热水锅沪以额定供热量(Q)表示，其单位为为MV。
蒸气锅炉额定工作压力和温度是指末级过热器出口集箱主熬气阀出口处的过热蒸气压力和蒸气温度，对于无过热器的锅炉，可用主蒸气阀出口处的蒸气压力和温度来表示;热水锅炉额定工作压力和温度是指额定热水出水阀口处的热水压力和温度。压力的单位用MPa，温度的单位为℃。
蒸气锅炉给水温度是指进省煤器的水温度，对无省煤器的锅炉是指进人锅沪锅简的水温度;热水锅护一般称为额定进口水温度。
热水锅炉的参数系列如表1－1：
热水锅炉的规格系列1－1
额定
热功率MW
额定出口/进口水温温度℃
95/70
115/70
130/70
150/90
180/110
允许工作压力MPa（表压）
0.4
0.7
1.0
0.7
1.0
1.0
1.25
1.25
1.6
2.5
0.1
Δ

0.2
Δ

0.35
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Δ

0.7
Δ
Δ

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1.4
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Δ

Δ

2.8
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4.2

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7.0

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Δ
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10.5

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Δ

14.0

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29.0

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460

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58.0

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116.0

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Δ

常压热水锅护的参数系列(参见JB/T 7985--1995)
常压热水锅炉是以水为介质，表压力为零的固定式锅炉。这种锅炉本体开孔与大气相通，在任何工况下锅炉水位线处表压力为零。常压热水锅炉的系列参数应符合下表1－2的规定。
常压热水锅炉的参教1－2
额定热功率MW

0.05,0.07,0.1,0.2,0.35,0.5,0.6,0.7,1.05,1.4,2.1，2.8，（3.5）（4.2）
允许工作压力侧MPa(表压)
0
领定出口水温度℃
95
级定进口水沮度℃
70

锅壳锅炉总体型式代号1－3
锅壳锅炉总体型式
代号
立式水管
LS(立水)
立式火管
LH(立火)
卧式外燃
MW(卧外)
卧式内燃
WN(卧内)
工业锅炉如为气水(热水、开水)两用或三用锅炉，以锅炉的主要功能来编制产品型号。
常压热水锅护产品型号的编制方法今见《JB/T 7985一1995)
常压热水锅沪的产品型号也由三部分组成，和工业锅炉产品型号的编制方法基本相同，所不同的是型号的第一部分由常压锅炉的代号(c）,锅炉总体型式和燃烧设备组成。
例如:CWNS 1.4-95/70-YZ表示常压锅壳式、卧式、内燃、室燃，……锅壳式(火管式)燃油燃气锅炉
锅壳式徽油燃气锅炉是环保型锅炉的主要形式，锅壳式可分为立式和卧式两种类型。其中立式锅炉容量较小，卧式锅炉一般具有较大的容量。
1.1.1工业锅炉设备概述

锅炉是由“锅”和“炉”以及保证她们正常安全运行的所必须的附件、仪表以及附属设备等三大部分组成。
锅是指锅炉中存放锅水和蒸汽的密封受压部分，是锅炉的吸热部分。主要包括：汽包、对流管、水冷壁、联箱、过热器和省煤器等。
“炉”是指锅炉中使用燃料燃烧产生高温的部分，是锅炉的吸热部分。主要包括：燃烧设备、炉墙、炉拱和钢架等。燃烧在“炉”内通过燃烧所产生的灼热烟气，通过炉膛和各段烟管向锅炉受热面放热，最后从锅炉的尾部排出。
锅炉上装置的仪表和附件很多，通常包括：安全阀、压力表、水位表和高低水位报警器、排污装置、锅炉和汽水管道、通用阀门和有关仪表。
此外，近几年由于对锅炉的机械化和自动化要求不断提高，工业锅炉上配置机械操作和自动控制的附件和仪表很普遍，如给水自动调节装置、燃烧自动调节装置，自动点火、熄火保护一级鼓引风机连锁装置。
锅炉的附件设备一般包括：燃料的供给与制备系统，通风系统，给水系统及除渣销灰除尘装置等。
锅炉安全
锅炉安全经济运行是保障国家财产及人民安全，促进国民经济发展，合理使用和节约能源的重要保证。锅炉是受火焰加热且具有爆炸危险的特殊工业设备和压力容器，器安全性尤为重要。如果处理不善往往会引起事故，轻则停炉影响生产，重则发生爆炸，造成人生上伤亡，损坏厂房，设备，后果十分严重，必须引起高度警惕，应该特别注意。只有在充分保证工业锅炉安全运行的基础上，才能保证工业锅炉的经济运行。因此，工业锅炉的经济运行实在满足安全生产、保护环境和运行可靠的前提下,通过科学管理、技术改造、提高操作及运行水平，使工业锅炉实现热效率高的状态。
因此我国在锅炉和压力容器的安全工作领域制定了相关法律和安全工作条例规程等。今年劳动部门和中央各有关部门先后也颁布了一系列的规程、规范和校准等。主要有：
《蒸汽锅炉安全监察规程》
《事关锅炉受压元件受压迁都计算》
《锅壳式锅炉受压强度计算标准》
《工业锅炉产品技术条件》
《锅炉压力容器焊工考试规则》等
尽管如此，锅炉事故仍然频繁发生。因此，我们要对工作条件和生产规程了然于心，更应该加强管理和防范措施，以减少和杜绝事故发生。
在我国一次能源的消费结构中，化石燃料占95%以上。锅炉是我国将一次能源转化成二次能源的主要装置，通过锅炉转化的一次能源占总能源消费的很大成分，因此工业锅炉排放的烟尘则是我国大气污染的主要来源。因此，对于工业锅炉设计者设计的工业锅炉应该满足以下基本要求：
（1） 保产保暖 按质（压力、温度、净度） 按量（蒸发量、过热量）提供蒸汽和热水，满足生产和采暖要求。
（2） 安全耐用 正确选用钢材，保证材质合格；正确进行受压元件的强度计算，保证足够的壁厚；正确设计结构和选择制造工艺，保证制造、安装和施工质量；正确进行热工、水力计算，保证工质对受热面的良好冷却；
（3） 采用合理的结构与措施，防止零部件受到腐蚀、磨损，以及由于热应力、机械振动等原因而产生的材料疲劳；采用适当的水处理装置，满足水质要求。
（4） 节省材料 完善燃烧过程和传热过程，提高热效率，节约燃料和电力，节约金属材料和建筑材料。
（5） 节能环保 组织好燃烧工况，燃烧充分，采取除尘装置，控制排烟的含尘浓度和排烟量，尽量减少污染。
1.2燃油燃气锅炉
1.2.1燃油燃气锅炉的特点
近几年，我国各大中型城市积极推行集中供热以解决小型燃煤锅护引起的局部环境污染问题，但集中供热的热源仍以燃煤为主，不能从根本上解决粉尘、废水、废渣、有害气体的排放。因此，以燃用天然气、煤气、液化石油气以及液体燃料油等清洁燃料为主的环保型供热系统在城市小区供热系统中获得了广泛的应用。清洁型燃料燃烧充分，产生的有害气体少，对城市小区而言，这种环保型的燃油燃气锅炉供热系统还可使居民自行调节供热的温度和时间。但这种环保型的燃油燃气锅炉供热系统要求更高，已成为锅炉和自动控制工作者联合研究的课题。
总体上看环保型燃油燃气锅炉是向减小体积和重量、提高效率、提高组装化程度和自动化程度的方向发展。特别是近几年采用一些新型燃烧技术和强化传热技术，燃油和燃气锅炉的体积比以前大为降低，锅壳式蒸气锅炉的热效率已高达92%—93%。随着工业的发展，人们对燃油和燃气锅炉的总体要求将更加严格。这种要求主要是解决经济性、安全性、可使用性的矛盾，具体表现在以下几个方面:
(1)锅炉的高效率。燃油和燃气锅炉的高效率意味着可以节约日益紧张和昂贵的能源。环保型燃油燃气锅炉的燃烧效率和大型工业锅炉已基本相当。环保型燃油燃气锅沪，特别是蒸汽锅炉，由于采用了低阻力型火管传热技术和低阻力高扩展受热面的紧凑型尾部受热面，环保型燃油燃气锅炉的排烟温度基本上和大容量的工业锅炉相同，可达130℃—140℃。
(2)结构简单。采用简单结构的受热面，对锅壳式锅炉，采用单波形炉胆和双波形炉胆燃烧，强化型传热低阻力火管，以及低阻型扩展尾部受热面。除此之外还可根据具体要求配备低温过热器(≤250℃)受热面。对水管式锅炉，采用膜式壁型炉膛，紧凑的对流受热面，可配备引风装置，除此之外还可根据具体要求配备高温过热器(≥250℃)受热面。
(3) 使用简易配套的辅机。给水泵、重油泵、重油加热器(电气一蒸汽两用)、鼓风机和其它一些辅机要和锅炉本体一起装配，且要保证运愉的可靠性。
(4) 全智能化自动控制并配有多级保护系统。不仅配有完善的全自动燃烧控制装置，更配有多级安全保护系统，应具有锅炉缺水、超压、超温、熄火保护、点火程序控制及声、光、电报警。
5) 配备燃烧器(送风机)和烟道消音系统，降低锅护运行的噪音。
(6) 应装备自动加药装置，水处理装置。
(7)配备其它监测和限制装置，至少应保证锅炉24小时无监督安全运行。
1.2.2燃油燃气锅炉的结构
锅护的产生是从人们对液体进行加热的认识基础上发展起来的。采用燃侥的方式对液体的加热大体上可分为直接加热和间接加热。所谓间接加热，就是高温火焰或烟气与被加热的物料不直接接触或用固定导热体隔开。锅沪就是采用间接加热原理来加热介质的。对圆筒中的水进行直接火焰加热，即把锅筒直接放里在燃烧设备上方加热，就是间接加热的一种，这种简单的加热方式热效率较低，为45%—55%，一般只能用作厨房燃具。以后在此基础上形成了火管式锅炉和水管式锅护，如表1－1所示。所谓直接加热，就是高温火焰或烟气与被加热的物料直接接触。这种加热方式一般有三类:一类是用短火焰或高温烟气直接烘烤固体，对固体进行局部性快速加热，如热处理护加热;二类是高温烟气和被加热的气体物质进行混合，将低温的气体物质加热成高温介质，如直燃式的暖风机;三类是高温烟气和被加热的液体介质进行混合加热，如浸没燃烧加热。对于一些小型的采吸锅炉，当燃用比较清沽的气体燃料时，也可直接将锅炉尾部的烟气和冷水相接触，将水加热以供应热水，同时最大限度地利用锅炉尾部余热。
从锅沪技术的发展史可以看出，锅护的发展可以归纳为两个不同的方向，这两个方向都是在对液体间接加热基础上演变而来。了解这一锅炉的发展渊源，对我们更好地开发新产品会有一定的指导作用。如下图1－1：
图1－1
一个方向是在圆筒形锅炉a)的基础上，在圆筒内部增加受热面积，开始是在一个大圆筒内增加了一个火筒b),燃料在火简中嫩烧。以后增加到两个火筒c ）。再以后从两个火筒发展到很多小直径的烟管(纯烟管式d)，开始是立式的烟管e),f），后来容量增大后发展为卧式的火筒一烟管式g)，h)。这些锅炉因为燃料燃烧后的高温烟气在火筒(炉胆)和烟管中流动，所以统称为火管或者锅壳式锅炉。
另一个方向是在圆筒形锅沪i)的基础上，在圆筒外部增加水筒的数目j)，嫩料在筒外燃烧。和火管式锅炉的发展相类似，水筒的数目不断增加，发展成很多小直径的水管(k，l，m，n，o)。也有一开始就采用盘旋的一次直流水管直接快速地加热工质p)，q)。这些锅炉因为水在管中流动，所以统称为水管式锅炉。
燃油燃气锅炉就其本体结构而言可分为火管锅炉和水管锅炉。火管锅炉结构简单，水及蒸气容积大，对负荷变动适应性好，对水质的要求比水管锅炉低，多用于小型的企业生

图1－1
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。水火管锅沪是在火管锅炉和水管锅护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。火管锅炉因为容t较小，结构紧凑，一般制成快装式锅炉，容t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。
锅壳式燃油燃气锅炉是环保型锅炉的主要形式，锅壳式可分为立式和卧式两种类型。其中立式锅炉容量较小，卧式锅炉一般具有较大的容量。
从理论上看，小型立式锅护要想达到较高的热效率，必须具有特殊设计的燃烧器以强化炉膛内和温度的四次方成正比的辐射换热和增强部分对流换热.采用较大的辐射换热面积，这样才能最大限度地降低炉膛的出口烟温，对流受热面一般只能采用烟风阻力较低的异形受热面或直接采用光管管束，因而不能期望第二回程产生较大的温降，如果设计不当，排烟温度可能较高。对蒸气锅炉而言，热效率一般为85%左右;对热水锅护而言，热效率一般为87%以上。这是小型立式锅炉的矛盾所在。
随着人们对节能和环保意识的增强，现代燃油燃气小型锅炉也向着组装化、大型化、自动化方面发展，在这些方面，燃油燃气锅炉比燃煤锅炉有突出的优点。其中，卧式锅壳式燃油燃气锅护受到很大重视，究其原因，有以下几点:
(1) 高、宽度尺寸较小，适合组装化对外形尺寸的要求，而锅壳式结构也使锅炉的围护结构大大简化，比组装式水管锅炉具有明显的优点;
(2) 采用微正压燃烧时，密封间题比较容易解决，而且火筒的形状有利于燃油、燃气锅炉的火焰形状;
(3) 由于采用了强化传热的异型烟管作为对流受热面，其传热性能超过一般水管锅护的横冲管束的水平，克服了烟管采用光管传热性能较差的缺点，使燃油燃气锅炉结构更加紧凑;
(4) 这种锅炉在燃油、嫌气爆炸时，锅炉本体受破坏的可能性小，因为其烟气通道的承压能力比水管锅护高；
(5) 对水处理要求较低，水容积较大，对负荷变化的适应性强。
这种锅炉近年来在结构上有许多改进，特别是对火筒结构上的改进。例如，采用湿背式火筒结构代替干背式结构，避免第一回程出口转向烟室难以密封的问题，使这种锅炉更适于微正压燃烧。烟气通道的密封问题，也得到完善的解决。采用先进的隔热保温材料减少了散热损失，进一步提高了现代燃油燃气锅炉的热效率。
卧式火管锅炉常用的烟管结构形式，主要区别是采用烟气的回程数，生产实践中大多是三回程的，此外还有用二回程和四回程，甚至五回程的。二、四回程的烟囱在炉前，安装使用不方便;五回程的结构太复杂，一般少用。
采用卧式锅壳式锅炉较易采用微正压燃烧，密封问题比较容易解决，而且火筒的形状比较符合燃油、气燃烧器火焰形状，炉膛和对流受热面布置起来比较容易，可采用多回程。可以布置适当的尾部受热面以降低排烟温度。

图1－2
卧式锅壳式锅炉总体上可分为干背和湿背式结构。
图1－2 a)为干背式锅炉简图。可以看出，由燃烧器喷出燃料点燃后生成的燃烧产物到达炉胆的另一端后，经耐火砖隔成的烟室折转进人烟管.多为二、三回程结构。干背式锅炉结构、制造工艺简单，制造工时省，因此采用这一结构的厂家很多，但经过几年的运行暴露出来的问题很多，干背式结构锅炉的燃烧器喷出燃料点燃后生成的燃烧产物在面积有限的炉胆内换热，炉胆出口的高温烟气直接和后烟箱盖接触和冲刷，后烟箱盖多为耐火砖制成，容易损坏，不得不经常停炉修理，缩短了锅炉的正常运行周期。锅炉容量越大，这一情况越严重。但随着锅炉容t的减小，炉胆的相对面积增加，护胆出口温烟大为降低，可明显改善烟气对后烟箱盖的冲刷和破坏程度，经过计算认为，1.0t/h小以下的锅炉可采用干背式结构，而这一结构显然不适合容量较大的锅炉。
图1－2 a)为干背式锅炉简图。可以看出，由燃烧器喷出燃料点燃后生成的燃烧产物到达炉胆的另一端后，经耐火砖隔成的烟室折转进人烟管.多为二、三回程结构。干背式锅炉结构、制造工艺简单，制造工时省，因此采用这一结构的厂家很多，但经过几年的运行暴露出来的问题很多，干背式结构锅炉的燃烧器喷出燃料点燃后生成的燃烧产物在面积有限的炉胆内换热，炉胆出口的高温烟气直接和后烟箱盖接触和冲刷，后烟箱盖多为耐火砖制成，容易损坏，不得不经常停炉修理，缩短了锅炉的正常运行周期。锅炉容量越大，这一情况越严重。但随着锅炉容t的减小，炉胆的相对面积增加，护胆出口温烟大为降低，可明显改善烟气对后烟箱盖的冲刷和破坏程度，经过计算认为，1.0t/h小以下的锅炉可采用干背式结构，而这一结构显然不适合容量较大的锅炉。
图1－2 b)是全湿背式顺流燃烧式结构，这种湿背式结构被较多地用于燃油和燃气锅炉，主要是因为该锅炉的湿背式结构避免了干背式结构后烟箱盖受高温烟气直接冲刷容易损坏，不得不经常停炉修理的缺点，从而延长了锅炉的正常运行周期，大大降低了维护费用。另外经过炉胆和第一回程烟管的换热，至前烟箱时烟温已较低，使得前烟箱门的制造简单。但这一结构的回燃室制造起来比较复杂，装配起来也比较困难，要增加很多辅助部件，其制造成本包括一些模具的初投资较高。还有焊缝的数盆较多，焊接工作t大，比较适合现代大规模运作生产。这种锅炉在熟练制造工艺的前提下，无论是燃烧过程还是结构本身以及运行都具有最高的可靠性。这也是经常采用这种结构的一个主要理由。目前我国几家专业的燃油燃气锅护制造厂采用这一结构已成功地制造出12t/h，15t/h，20t/h蒸气锅炉。
图1－2 c)是全湿背式中心回焰燃烧结构，这种悬浮式全湿背炉胆是英国换热器公司的一项技术革新，后来日本川崎重工的KS型锅炉和平川铁工所MP800，东京煤气公司的MP2000，还有意大利NVA型热水锅炉也都相继采用了这种结构。这种类型的锅护若为蒸气型一般采用轴对称向下偏置，若为热水锅炉时则往往采用中心对称。该结构有如下几个特点:
(1)受热面积的优化利用。根据炉膛辐射换热量和温度的四次方成正比的原理，该炉炉胆空间大，有效辐射受热面大，沪膛辐射吸热t占总吸热量的比例大。
(2)炉内气流组织均匀。由于高速火焰对回流的卷吸作用，炉内的温度场极为均匀，且降低了火焰的温度，可有效地抑制NOx的生成，是一种利于环境(friendly-environmental)的燃烧方式。同时由于回流的紊流作用，增加了气流和壁面的对流换热，特别当在火焰中心附近设置波纹炉胆时，对流换热更加强烈。
(3)烟管管束为单回程，有效地降低了本体的烟风阻力。可显著降低鼓风机的运行电耗，且该锅炉不需要引风机，降低了对燃烧器所克服背压的要求。散热损失少，可获得比其它结构更高的热效率。和干背式比，没有后烟箱盖的散热，和其它湿背式锅炉相比，因为本

图1－3

体的流阻小，其前烟箱盖可采用夹层风冷的两层结构，燃烧用的空气从耐火层外侧进人，一方面起冷却作用，降低烟箱盖的表面温度，另一方面被顶热的空气可强化燃烧。
(4)结构简单，符合锅炉制造厂制造工艺的要求，也符合用户对运行和维修的要求。
(5)全湿背式中心回燃结构也存在一些缺点:由于锅炉容量太小时，炉胆受热面积的相对增加量比较大，辐射吸热量很大，低温回流的卷吸作用将影响燃烧的稳定。故这种结构不宜在容t太小的锅炉上采用。另外这种结构对前烟室的要求较高。国外这种锅沪前烟室的耐火层都是异形浇注，密封和固定都比较好，特别是这类锅炉中的中心对称热水锅沪，加上异形浇注的耐火层，结构紧凑，更具有特别的魅力。
以上所谈到的三种炉型都有一些各自的变种，如干背式可采用不同的二、三回程;湿背顺流燃烧式炉胆可以偏置，也可以轴对称布置;全湿背式中心回燃结构的炉胆不仅可以轴对称布盆，也可以中心对称布置，有时还可以偏置。这种偏孟式的布置虽然在水循环方面有一些好处，但偏置时对燃烧气流的流动有一定的影响，在这里提请设计者注意:除非采用具有大动量的燃烧器喷出气流，否则宜少用这种结构。上述三种炉型的变化可以用图1－3进行说明：
1.3卧式燃油燃气锅炉的结构选型
综合以上分析，本次锅炉设计最终选定锅炉型式为卧式内燃三回程湿背式常压燃气热水锅炉。其型号为CWNS0.93—95/70—QT.。具体结构尺寸参见锅炉本体图。

1.4燃油燃气锅炉的发展现状
1.4.1燃油燃气锅炉发展的客观因素
高层民用建筑的出现，给与之配套的锅炉呆了一系列的问题，场地紧张，对周围环境的影响（烟气扩散问题），对自动化程度和安全可靠性要求提高，因此促进了燃油燃气锅炉的应用。
高新经济技术开发区的的建设要求标准提高，因此集中供热和燃油、燃气锅炉将得到进一步的发展。
晚报要求提高：进入21世纪，国际社会对环境问题日益关注，我国对环保工作也愈来愈重视，特别制定了新的烟气排放指标，许多城市对燃气锅炉的审批进行了限制。
各城市对燃煤锅炉的限制及燃油燃气锅炉的发展计划的实施，加速了该行业的发展。
1.4.2燃油燃气锅炉发展趋势
我国能源发展“十一五”规划提出，天然气占一次能源的消费总量比例将于5年内提高2.5个百分点，到2010年达到5.3%。据中国石油专家测算，西气东输二线管道建成后，可将我国天然气消费比例提高1至2个百分点。这些天然气每年可代替7680万吨煤，减少二氧化硫的排放166万吨，二氧化碳排放1.5亿吨。有国家实施的“西气东输”工程，届时供气范围将覆盖整个中原、华东、长江三角洲地区。西气东输二线将西起新疆的赫尔果斯、经西安、南昌等地、东至上海。途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽、湖北、江西、广西、广东、浙江、和上海13个省、自治区、直辖市。全长4895千米，加上若干支线，管道总长超过70000千米，向长江中下游每年可提供190亿立方米的供气能力。在这种气源形成网络的情况下在倡导节能低碳经济的可持续发展的大背景下，以燃油，特别是燃气作为家庭供热和企事业单位供应热能的手段将在大范围的推广和普及。所以燃油燃气锅炉将会得到更多厂家的亲眯和选择，尤其是燃气锅炉。
预计工业锅炉的每年的增长速度为3%~5%,但燃油、燃气锅炉的增长速度将会达到30%~40%，原因有两个：一是燃料结构调整，我国燃油、燃气锅炉只占工业锅炉的12%左右，与发达国家相比，相差甚远，因此今后应大力发展燃油、燃气锅炉；二是大力发展燃用城市煤气工业锅炉，我国煤的资源相对丰富，按照目前的年开采量，至少还能才100年，而煤的气化早已工业化，城市煤气天然气用于工业锅炉的价格还可以接受的。所以在未来燃油燃气锅炉将必会是人们的首选。
1.5热水锅炉设计原理
燃料在锅炉中所放出的人类，一部分通过受热面被锅炉中的水吸收而得到有效利用，成为有效利用热。用Q1(Kj/Kg)表示，其余的部分通过不同的方式损失掉，成为锅炉热损失。锅炉热损失包括排烟损失Q2、化学不完全热损失Q3、机械不完全热损失Q4、散热损失Q5及灰渣无力热损失Q6。
锅炉热平衡以单位燃料为基准进行，现以1m3气体燃料为例，挡锅炉的输入热为Qr时，课的到热平衡方程为：

锅炉输入热中除有效利用热之外，均为散热损失。通过锅炉热平衡计算，可以的到锅炉的热效率，进而可以计算出过来的燃料消耗量。
知道了燃料消耗量，便可以转入炉胆的传热计