1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1、课题研究背景

近十几年来, 天然气的勘探和开发在世界范围内迅速展开, 我国也勘探发现了多个储量巨大的天然气资源。国家能源局预计, 到2015 年, 煤炭在一次能源消费中的比重将从2009 年的70% 下降到63%, 天然气消费比重将从目前的3. 9% 提高至8. 3%[1]。同时为改善大中型城市的环境污染和大气质量, 我国对燃料政策进行了调整, 各级政府开始鼓励公共企事业单位燃用天然气, 从而大大加快了燃气锅炉的发展。在西气东输的影响下, 全国气源已形成网络, 丰富的燃气资源使我国许多地区的燃煤锅炉更新为燃气锅炉变得更为实际。以燃气锅炉作为家庭和企事业单位的供热在国内的许多区域获得了较好的应用[2-6]。

2、卧式火管燃气锅炉的基本结构

燃气锅炉结构可根据场地情况选择立式和卧式，卧式锅壳式锅炉是工业锅炉中数量最多的一种, 已由原来最大生产4~6t/h 发展到可以生产40t/h 锅壳式锅炉[7-11]。

长期以来，国内外容量约为 1t/h(0.7MW)以上的卧式火管燃油（气）锅炉大多采用单回程炉胆，再配以双回程烟管的结构形式，一般称为三回程卧式火管锅炉。而三回程结构已成为传统结构形式，采用双回程烟管才能使排烟温度降至可以接受的程度（约lt;250℃）。但是双回程烟管占据了大量空间，致使锅壳直径明显增大。

国内大量同类锅炉为了不使锅壳直径增大，降低壁厚，便于制造，随导致锅壳内剩余空间相对国外同类锅炉偏小，见图1 a)。螺纹烟管由于其明显高效传热性能使卧式火管燃气锅炉的结构、性能产生重大变化。有人突破传统结构，在大量优化设计基础上，开发出新型单回程火管燃气蒸汽型与热水型锅炉，充分发挥了螺纹烟管的高效传热特点，另外，在锅壳直径、长度基本不变条件下，锅壳内的剩余空间明显增大，见图1 b)，这使得这种锅炉很容易向大容量锅炉发展，发展空间很大，优点明显。

图 1 卧式火管燃油(气）锅炉结构简图

a)双回程烟管 b)单回程烟管

1-锅壳 2-炉胆 3-圆形回烟室 4-跑道行回烟室 5-拉撑平管板 6-斜拉杆 7-无拉撑拱形管板 8-I回程烟管 9-II回程烟管 10-单回程烟管 11-检查孔 12-燃烧器 13-排烟道

3、卧式火管燃气锅炉的发展及现状

卧式燃气锅炉是在新型水火管锅炉取得大量成熟经验基础上进行革新的。将旧型结构中两个回程烟管改为单回程烟管,从而使锅炉钢耗、工艺量明显下降、锅壳内检修空间、汽水分离空间明显增大。新炉型采用经验成熟的直燃式（非回燃式）炉胆、运行可靠的湿背结构；热水型高温管板采用了有效保护措施蒸汽型水位胀起较高现象得到消除。中小型容量的新型卧式火管燃气锅炉已得到国内外厂家的高度重视[12-21]。

4、燃气火管锅炉燃气的特点

燃气是指在常温常压下呈气体状态的可燃性气体。作为锅炉的燃料，污染小、发热量高、易于操作调节，是一种优质锅炉燃料。燃气分类见表1[22-25]。

表 2 燃气分类

燃气的主要使用特性，由其组分、发热量、密度、华白书数及爆炸极限等决定。使用时对燃气的压力和温度要求也是必不可少的。常用燃气的热值见表2[9]。

表 3 常用燃气的热值

5、燃气锅炉的优越性

5.1 环保。由于燃气中的灰分、含硫量和含氮量均比煤中的含量低, 燃烧后产生的烟气中粉尘量极少, 因此燃气锅炉可以大大减轻对环境的污染, 从而排放出的烟气比较容易达到国家对燃烧设备所要求的标准。

5.2 热效率高。燃气锅炉的炉膛容积热强度较高;由于烟气污染小, 对流管束不受腐蚀和结渣, 传热效果好, 燃气燃烧产生大量三原子气体(二氧化碳、水蒸气等)的辐射能力较强, 而且排烟温度低, 使其热效率明显提高。

5.3 投资成本低。1) 燃气锅炉可选用较高的炉膛热负荷, 从而缩小炉膛体积。因不存在受热面污染、结渣、磨损等问题, 可选用较高的烟速, 减小对流受热面的尺寸。通过合理布置对流管束, 使燃气锅炉较同容量燃煤锅炉结构紧凑、尺寸小重量轻, 设备投资明显减少; 2) 燃气锅炉不需要配置吹灰器、除尘器、出渣设备和燃料烘干器等附属设备; 3) 燃气锅炉使用管道输送的燃气为燃料, 无需燃料储存设备。在供给燃烧前也无需燃料加工制备设备, 使系统大为简化; 4) 由于无需燃料储存, 节省运输费用、场地及劳动力。

5.4 便于调节且运行成本低。1) 燃气锅炉的供热负荷适应性强, 在系统内调节灵活。2) 燃气计量简单准确, 便于燃气供应量的调节。3) 系统启动快, 减少预备工作带来的各种消耗。4) 由于附属设备少, 又无燃料制备系统, 因而用电量较燃煤锅炉要低。5) 不需要加热燃料及燃料烘干所用的蒸汽, 蒸汽消耗较少。6)燃气内杂质较少, 锅炉不会发生高、低温受热面的腐蚀, 也不存在结渣的问题, 锅炉的连续运行周期长。

5.5 易保养、少维修。1) 燃气锅炉燃烧系统设备简单, 因而需要维修保养的项目少。2) 由于不存在结渣及高低温受热面腐蚀, 因而不需要由此而更换受热面的管件及空气预热器的元件[25-30]。

结束语

锅炉烟气是主要的大气污染源之一, 为了有效地保护环境, 国家环保总局制定了锅炉大气污染物排放标准[12]，并且随着能源结构的变化，旧式的煤粉锅炉已不再适应时代的发展，需要不断革新，而新兴燃气火管锅炉因其节能环保的突出特点，已经得到快速发展。预计新型中小型燃气火管锅炉在今后会得到持续发展，可见对上述燃气火管锅炉进行深入研究、全面革新的意义十分重大。此外，社会主义新农村和新型小城镇建设比较青睐于中小型锅炉，所以本课题是非常必要和及时的，很有意义。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题是4t/h天燃气火管锅炉的设计，通过回收烟气热量，产生蒸汽，水、汽侧采用自然循环的方式，保证循环畅通，并且水蒸气侧具备单独汽包。

设计燃气锅炉，要对锅炉进行以下几个运算：

1、热力计算 燃气锅炉的热力计算主要包括锅炉的热平衡计算、炉膛受热面计算以及对流受热面计算。