水冷壁管

水冷壁管垂直佈置在爐膛內四周，其主要作用是吸收高温煙氣的大量輻射熱，同時可以減少熔渣和高温煙氣對爐牆的損壞，保護爐牆。水冷壁管下端與下集箱相連，下集箱通過下降管與鍋筒的水空間相連，上端直接與上鍋筒連接，或接到上集箱經導汽管與鍋筒連接，構成水冷壁的水循環系統。

水冷壁管通常採用外徑51～76 mm、壁厚3.5～6.0 mm的10號或20號無縫鋼管。管中心距一般為管外徑的1．25～2倍，有光管和鰭片管兩種。在工業鍋爐中一般採用光管水冷壁。對於快裝鍋爐，為減輕爐牆重量，常採用鰭片管組成膜式水冷壁，這對爐牆的保護更加徹底，使爐牆温度大大降低，爐牆重量和厚度也減少很多。

水冷壁管一般都是上部固定，下部能自由膨脹。水冷壁管的上集箱固定在支架上或與上鍋筒相連接，下集箱由水冷壁管懸吊着。水冷壁管本身由拉鈎限制其沿水平方向移動，從而保證它只能上下滑動。

連接水冷壁管的上、下集箱是由直徑較大的無縫鋼管制成。集箱兩端設有手孔，以便清除水垢時用。下集箱上還設有定期排污管，以便排除鍋爐水中沉積的水渣和鍋爐放空時用。 ^[2] 

水冷壁管的主要形式有光管式、膜式與銷釘式三種。

光管式水冷壁一般由普通無縫鋼管制成。水冷壁管佈置的緊密程度，用管間節矩s與管子外徑d的比值s/d來表示。當s/d增大，即管子佈置較稀時，則管子背面受到爐牆反射的熱量較多，金屬的利用係數較高，但對爐牆的保護較差。反之，當s/d減小，即管子佈置較密時，管子受爐牆反射的熱量較少，金屬利用率較差，但對爐牆保護較好。

現代大中型鍋爐，普遍採用膜式水冷壁，它是由軋製的鰭片管構成的，相鄰管的鰭片相連接，並用電焊焊成整體。膜式水冷壁的優點是：爐膛密封性好，減少漏風，可降低排煙損失，有利於微正壓燃燒；能充分保護爐牆，因而可以減少爐牆厚度和重量，有利於採用懸吊結構；能改善爐內的結焦情況；提高了鍋爐的部件預組合程度，可減少安裝工作量；與光管水冷壁相比，提高了管子的吸熱能力。因此，我國近年生產的鍋爐大都採用膜式水冷壁。膜式水冷壁要求，相鄰管間的熱偏差應儘量小，以防止由於熱偏差引發的熱應力，致使管子損壞。為了能承受爐膛產生爆燃的壓力或爐內燃燒壓力波動，而導致水冷壁的結構產生變形或損壞，在爐牆外側四周必須分層佈置剛性梁，使整個水冷壁成為剛性整體。

對於採用不易着火燃料的鍋爐或旋風爐及液體排渣爐中，為穩定燃料燃燒，需保持較高的爐膛温度，常需要把部分水冷壁管表面遮蓋起來，以減少該部分的吸熱量。把這部分水冷壁表面稱為燃燒帶或衞燃帶。常用的敷設衞燃帶，是在光管式水冷壁管上焊上若干個長20～25mm、直徑為9～12mm的銷釘，然後敷上鉻礦砂耐火塑料或碳化硅耐熱材料。在這種衞燃帶結構中，銷釘起着冷卻和固定的作用。 ^[3] 

一般，水冷壁管敷設在鍋爐爐牆四周，但大容量鍋爐經常將部分水冷壁管佈置在爐膛中間。水冷壁管的主要作用如下：

(1)保護爐牆，減少爐膛內高温的煙氣和爐渣對爐牆的浸蝕破壞作用。裝設水冷壁後，鍋爐爐牆內壁温度和爐膛的煙氣温度都大大降低，有效地防止了爐牆和受熱面結渣，同時還可減小爐牆厚度及減輕爐牆的重量。現代大型鍋爐，採用爐牆與水冷壁管共同組成敷管式或管上爐牆，即利用水冷壁管懸吊的爐牆。

(2)爐膛內的高温火焰對水冷壁管的導熱，主要是輻射傳熱。輻射傳熱強度與燃氣絕對温度的四次方成正比。由於爐膛內的燃氣温度很高，所以，水冷壁管在爐膛內吸收輻射傳熱很強烈，是鍋爐的主要蒸發受熱面。

對高壓和超高壓鍋爐，在爐膛頂部常佈置輻射過熱器；對直流鍋爐，一部分預熱受熱面(相當於省煤器)和過熱受熱面(相當於過熱器)常佈置在水冷壁中；而超臨界直流鍋爐，因為沒有蒸發受熱面，水冷壁則只用於加熱給水和過熱蒸汽。 ^[3] 

爐膛水冷壁管的外部腐蝕先在高壓，液態排渣爐上發現，後來在其它超高壓鍋爐甚至在超臨界壓力鍋爐的下輻射部分相繼發現嚴重的外部腐蝕問題。事實上，任何容量參數型式的鍋爐的爐膛水冷壁上都可能發生腐蝕。

腐蝕通常發生在燃燒器中心線位置標高上下,對於管子來説，向火側的正面點腐蝕得最快，側面較好，背面幾乎不發生腐蝕，腐蝕速度高達2 mm/a，一般情況下為1.1～1.5 mm/a。目前，對這種高温腐蝕發生的機理還認識得不很清楚。但研究表明，發生腐蝕的管壁附近，沒有例外地都是還原性氣氛。並且當管壁温度超過300℃時，才發生腐蝕。温度越高，腐蝕越嚴重。H₂S及SO₂的濃度越高，腐蝕越嚴重。

防止或減輕水冷壁管腐蝕的措施有：

(1)燃料脱硫，如果能在進入爐膛前徹底脱除燃料中的硫分，則幾乎不會產生高温腐蝕。但現有的技術水平，還不能實現。

(2)儘量減少H₂S及SO₂的產生，降低其濃度，可採用燃燒過程脱硫的辦法。

(3)改善環境氣氛，合理組織燃燒室的空氣動力場，不使燃燒過程有局部的缺氧，抑制還原性氣氛的產生。

(4)設法降低管壁温度，採用煙氣再循環。

(5)在可能發生腐蝕的區域貼壁噴入空氣流，形成保護膜。

(6)採用耐腐蝕的材料，如在水冷壁管上噴塗氧化鋁等。 ^[4]