水冷壁

全稱“水冷壁管”，舊稱 “水冷牆”，亦稱“上升管”。通常垂直鋪設在爐牆內壁面上，主要用來吸收爐內火焰和高温煙氣所放出輻射熱的鍋爐受熱面。是各種現代鍋爐蒸發受熱面的主要型式，亦為鍋爐水循環迴路中的基本部件。因兼有冷卻和保護爐牆的作用，故名。 ^[2] 

水冷壁最初設計時，目的並不是受熱，而是為了冷卻爐膛使之不受高温破壞。後來，由於其良好的熱交換功能，逐漸取代汽包成為鍋爐主要受熱部分。敷設在鍋爐爐膛內壁、由許多並聯管子組成的蒸發受熱面。水冷壁的作用是吸收爐膛中高温火焰或煙氣的輻射熱量,在管內產生蒸汽或熱水，並降低爐牆温度，保護爐牆。在大容量鍋爐中，爐內火焰温度很高，熱輻射的強度很大。鍋爐中有40～50%甚至更多的熱量由水冷壁所吸收。除少數小容量鍋爐外，現代的水管鍋爐均以水冷壁作為鍋爐中最主要的蒸發受熱面。

按結構型式，主要有光管式、膜式和刺管式三類。光管水冷壁由一整排無縫鋼管組成，結構最為簡單；膜式水冷壁是把許多軋製好的水冷壁鰭片管用點焊互相焊接在一起，使成為一密封的組合受熱面，既可提高爐膛的氣密性、減少漏風，又能更好地保護爐牆，使爐牆重量減輕、結構簡化；刺管水冷壁是在水冷壁管上焊接許多長20～25mm，直徑6～12mm的銷釘，然後敷上鉻礦砂耐火塑料， 以減少水冷壁該部位的吸熱量，提高燃燒區温度，適用於燃料着火特別困難的場合或某些液態排渣爐。按佈置部位，有附牆式和隔牆式（即雙面受熱）水冷壁兩種。前者大多部分地嵌入爐牆內壁面，單面吸熱；後者多半裝在大型鍋爐爐膛的中間，將整個爐膛分隔成彼此獨立的兩部分，雙面受熱。 ^[2] 

光管水冷壁由一般鍋爐鋼管組成。廣泛用於中小容量鍋爐。水冷壁佈置緊密程度以管間距s與管子外徑d之比（s/d）來衡量。鍋爐容量小，s/d大（1.5～2），金屬利用率高，對爐牆保護性能差，往往採用耐火磚砌重型爐牆。隨鍋爐容量增大，s/d變小（1.1～1.2），金屬利用率低，可採用輕型爐牆。當s/d<1.1時，可以採用敷管爐牆。光管水冷壁製造工藝簡單，不需要大型機械化設備，但鍋爐密封性差，爐牆結構複雜且施工困難，支吊結構也較複雜，安裝時還需充分注意熱膨脹問題。 ^[1] 

膜式水冷壁由管子和鰭片焊成的氣密式結構。優點為爐膛漏風少；可採用敷管爐牆，減輕鋼結構荷載，降低鍋爐成本;便於採用懸吊結構且改善熱膨脹系統;適合大型機械化生產，組裝率高;蓄熱能力小，縮短起、停爐時間。缺點是製造工藝較複雜。大容量、高温高壓鍋爐多采用膜式水冷壁。

按製造工藝的不同，膜式水冷壁分為三種（見圖1）：①用軋製的鰭片管成排焊制而成，焊接工作量少，但鰭片管價格昂貴。②光管加鰭片（扁鋼）成排焊成，材料成本低，易滿足多種節距的要求，但扁鋼精度要求高，需要精整設備。③光管燒熔焊，管間鰭片由焊絲熔化填充形成，多用於管間節距較小的管屏。膜式水冷壁的管間節距與鍋爐壓力、爐膛熱負荷等因素有關，一般s/d為1.2～1.5。 ^[1] 

材質和管徑對於中、高壓及超高壓鍋爐，在正常水循環工況下，管壁能受到良好冷卻，可選用碳鋼管。對於亞臨界及超臨界壓力鍋爐，由於可能出現傳熱惡化，且介質温度高（特別是達到超臨界參數時），往往需要採用內螺紋管（管內壁上有多頭螺旋形槽道，圖2示出較典型的結構）或Cr-Mo合金鋼管，對於膜式水冷壁還應校核鰭片最高温度及鰭片應力。自然循環鍋爐水冷壁管外徑一般為42～76 mm，亞臨界壓力控制循環鍋爐為42～51 mm，直流鍋爐為22～42 mm。 ^[1] 

(1)保證爐牆密封性，減少燃燒室漏風。

(2)實現燃燒室全水冷，在強化燃燒的情況下有利於防止結焦。

(3)蓄熱能力小，燃燒室升温快，冷卻也快，可縮短鍋爐啓動和停爐冷卻時間。

(4)適宜採用敷管爐牆，從而大大減輕了鍋爐構架負荷，便於懸吊。

(5)與光管相比，提高了管子的吸熱能力。

(6)提高了鍋爐部件的預組合程度，方便並減少了安裝工作量。

又稱刺管式水冷壁。它是按照要求在光管表面焊上一定長度的圓鋼，利用銷釘可以牢固地在水冷壁上敷設耐火塗料，用以構成衞燃帶、液態排渣爐渣池及熔渣段，以及旋風爐的旋風筒。內螺紋管水冷壁是在管子內壁開出單頭或多頭螺旋形槽道的管子。內螺紋管用於直流鍋爐、亞臨界參數強制循環鍋爐用自然循環鍋爐爐膛的高熱負荷區或汽化率高的水冷壁管段。工質在內螺紋管內流動時，發生強烈擾動，使汽水混合物中的水壓向管壁，並迫使汽泡脱離壁面被水帶走，從而破壞汽膜的形成，防止出現沸騰換熱惡化，使水冷壁管壁温度下降。

雙面曝光水冷壁指沿爐高佈置在爐膛空間能雙面吸收輻射熱的水冷壁。多用在大容量鍋爐上。水冷壁材料一般用碳素鋼。鍋爐壓力在14兆帕以上時也有部分用合金鋼的。管子外徑：自然循環鍋爐一般用51～83毫米；多次強制循環鍋爐和直流鍋爐一般用22～60毫米。直流鍋爐的水冷壁不像自然循環鍋爐那樣一定是直立式的，也可以是水平圍繞或其他形式的。參數高時，尤其在直流鍋爐中，為了在爐膛高熱負荷區防止傳熱惡化,常採用內螺紋管或在管內裝設擾流子。 ^[3-4] 

鍋爐運行中必須經常注意防止水冷壁管外積灰、結渣或管內結垢，否則會影響傳熱效果， 嚴重時還可能發生爆管事故。 ^[2]