锅炉运行中必须经常注意防止水冷壁管外积灰、结渣或管内结垢，否则会影响传热效果， 严重时还可能发生爆管事故。 2100433B

按结构型式，主要有光管式、膜式和刺管式三类。光管水冷壁由一整排无缝钢管组成，结构最为简单；膜式水冷壁是把许多轧制好的水冷壁鳍片管用点焊互相焊接在一起，使成为一密封的组合受热面，既可提高炉膛的气密性、减少漏风，又能更好地保护炉墙，使炉墙重量减轻、结构简化；刺管水冷壁是在水冷壁管上焊接许多长20～25mm，直径6～12mm的销钉，然后敷上铬矿砂耐火塑料， 以减少水冷壁该部位的吸热量，提高燃烧区温度，适用于燃料着火特别困难的场合或某些液态排渣炉。按布置部位，有附墙式和隔墙式（即双面受热）水冷壁两种。前者大多部分地嵌入炉墙内壁面，单面吸热；后者多半装在大型锅炉炉膛的中间，将整个炉膛分隔成彼此独立的两部分，双面受热。

水冷壁光管式水冷壁

光管水冷壁由一般锅炉钢管组成。广泛用于中小容量锅炉。水冷壁布置紧密程度以管间距s与管子外径d之比（s/d）来衡量。锅炉容量小，s/d大（1.5～2），金属利用率高，对炉墙保护性能差，往往采用耐火砖砌重型炉墙。随锅炉容量增大，s/d变小（1.1～1.2），金属利用率低，可采用轻型炉墙。当s/d<1.1时，可以采用敷管炉墙。光管水冷壁制造工艺简单，不需要大型机械化设备，但锅炉密封性差，炉墙结构复杂且施工困难，支吊结构也较复杂，安装时还需充分注意热膨胀问题。

水冷壁膜式水冷壁

膜式水冷壁由管子和鳍片焊成的气密式结构。优点为炉膛漏风少；可采用敷管炉墙，减轻钢结构荷载，降低锅炉成本;便于采用悬吊结构且改善热膨胀系统;适合大型机械化生产，组装率高;蓄热能力小，缩短起、停炉时间。缺点是制造工艺较复杂。大容量、高温高压锅炉多采用膜式水冷壁。

按制造工艺的不同，膜式水冷壁分为三种（见图1）：①用轧制的鳍片管成排焊制而成，焊接工作量少，但鳍片管价格昂贵。②光管加鳍片（扁钢）成排焊成，材料成本低，易满足多种节距的要求，但扁钢精度要求高，需要精整设备。③光管烧熔焊，管间鳍片由焊丝熔化填充形成，多用于管间节距较小的管屏。膜式水冷壁的管间节距与锅炉压力、炉膛热负荷等因素有关，一般s/d为1.2～1.5。

材质和管径对于中、高压及超高压锅炉，在正常水循环工况下，管壁能受到良好冷却，可选用碳钢管。对于亚临界及超临界压力锅炉，由于可能出现传热恶化，且介质温度高（特别是达到超临界参数时），往往需要采用内螺纹管（管内壁上有多头螺旋形槽道，图2示出较典型的结构）或Cr-Mo合金钢管，对于膜式水冷壁还应校核鳍片最高温度及鳍片应力。自然循环锅炉水冷壁管外径一般为42～76 mm，亚临界压力控制循环锅炉为42～51 mm，直流锅炉为22～42 mm。

膜式水冷壁的优点

(1)保证炉墙密封性，减少燃烧室漏风。

(2)实现燃烧室全水冷，在强化燃烧的情况下有利于防止结焦。

(3)蓄热能力小，燃烧室升温快，冷却也快，可缩短锅炉启动和停炉冷却时间。

(4)适宜采用敷管炉墙，从而大大减轻了锅炉构架负荷，便于悬吊。

(5)与光管相比，提高了管子的吸热能力。

(6)提高了锅炉部件的预组合程度，方便并减少了安装工作量。

水冷壁销钉式水冷壁

又称刺管式水冷壁。它是按照要求在光管表面焊上一定长度的圆钢，利用销钉可以牢固地在水冷壁上敷设耐火涂料，用以构成卫燃带、液态排渣炉渣池及熔渣段，以及旋风炉的旋风筒。内螺纹管水冷壁是在管子内壁开出单头或多头螺旋形槽道的管子。内螺纹管用于直流锅炉、亚临界参数强制循环锅炉用自然循环锅炉炉膛的高热负荷区或汽化率高的水冷壁管段。工质在内螺纹管内流动时，发生强烈扰动，使汽水混合物中的水压向管壁，并迫使汽泡脱离壁面被水带走，从而破坏汽膜的形成，防止出现沸腾换热恶化，使水冷壁管壁温度下降。

双面曝光水冷壁指沿炉高布置在炉膛空间能双面吸收辐射热的水冷壁。多用在大容量锅炉上。水冷壁材料一般用碳素钢。锅炉压力在14兆帕以上时也有部分用合金钢的。管子外径：自然循环锅炉一般用51～83毫米；多次强制循环锅炉和直流锅炉一般用22～60毫米。直流锅炉的水冷壁不像自然循环锅炉那样一定是直立式的，也可以是水平围绕或其他形式的。参数高时，尤其在直流锅炉中，为了在炉膛高热负荷区防止传热恶化,常采用内螺纹管或在管内装设扰流子。

全称“水冷壁管”，旧称 “水冷墙”，亦称“上升管”。通常垂直铺设在炉墙内壁面上，主要用来吸收炉内火焰和高温烟气所放出辐射热的锅炉受热面。是各种现代锅炉蒸发受热面的主要型式，亦为锅炉水循环回路中的基本部件。因兼有冷却和保护炉墙的作用，故名。

水冷壁最初设计时，目的并不是受热，而是为了冷却炉膛使之不受高温破坏。后来，由于其良好的热交换功能，逐渐取代汽包成为锅炉主要受热部分。敷设在锅炉炉膛内壁、由许多并联管子组成的蒸发受热面。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量,在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度，保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。锅炉中有40～50%甚至更多的热量由水冷壁所吸收。除少数小容量锅炉外，现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。

膜式水冷壁有两种型式，一种是光管之间焊扁钢形成膜式水冷壁；另一种是由轧制成形的鳍片管焊成。膜式水冷壁对炉墙的保护最好，炉墙的重量、厚度大为减少。因为膜式水冷壁的炉墙只需要保温材料，不用耐火材料，因而可采用轻型炉墙。同时，水冷壁的金属耗量增加不多。此外，膜式水冷壁的气密性好，大大减少了炉膛漏风，甚至也可采用微正压燃烧，提高锅炉热效率。由于蓄热能力小，炉膛燃烧室升温快，冷却亦快，可缩短启动和停炉时间。厂内预先组装好才出厂，可缩短安装周期，保证质量。膜式水冷壁的缺点主要是制造工艺较复杂，设计时必须考虑到它的一些特点。如不允许两相邻管子的金属温度差超过50℃(这个要求对自然循环锅炉是容易做到的)，因要把水冷壁系统制成整体焊接的悬吊框式结构，设计膜式水冷壁时必须保证有足够的膨胀延伸自由，还应保证人孔、检查孔、看火孔以及管子横穿水冷壁等处有良好的密封性。水冷壁管穿过炉墙的部分要留出膨胀间隙。为了防止漏风，间隙内填充石棉绳。对于敷管炉墙，炉墙贴附在膜式水冷壁管外面形成一个整体，穿墙部分可不留间隙。膜式水冷壁由于具有显著的优点，因而得到了广泛的应用。大型锅炉几乎全部采用的是膜式水冷壁。 2100433B

水冷壁主要有两类，即光管式水冷壁和膜式水冷壁，如图1《水冷壁管的型式》（1-管子；2-耐火层；3-绝热层；4-护板；5-扁钢；6-鳍片管；7-特制销钉；8-耐火水泥；9-耐火材料）所示。其中(a)光管；(b)鳍片管焊成的膜式水冷壁；(c)用扁钢焊成的膜式水冷壁；(d)涂有耐火水泥的销钉管水冷壁；(e)涂有耐火水泥的销钉管膜式水冷壁。

光管式水冷壁就是通过锅筒及集箱连接起来的一排布置在炉墙内侧的光管受热面；膜式水冷壁就是各光管之间用鳍片或扁钢焊接成的一组管屏。光管水冷壁是由普通的无缝钢管弯制而成，一般是贴近燃烧室炉墙内壁、互相平行地垂直布置，上端与锅筒或上集箱连接，下端与下集箱连接。

水冷壁管布置的紧密程度用管子的相对节距来表示。管子的节距s与外径d之比(即s/d)称为相对节距。相对节距不同，说明水冷壁的吸热量和对炉墙的保护程度不同。若d不变，相对节距减小，说明s减小，管子排列紧密，即在同样大小的炉膛内布置水冷壁管多，水冷壁的吸热量大，炉墙的安全性增强，但火焰照射到炉墙上的辐射热量减少，炉墙对管子的反射热量少，管子金属的利用率低；相反，相对节距增大，水冷壁管的总的吸热量减小，对炉墙的保护作用差．但管子的利用率较高。

在一定的s/d下，水冷壁管中心线至炉墙内表面的距离e与管子外径的比值(即e/d)对水冷壁的吸热量及炉墙的保护作用也有影响，若e/d的数值大，则炉墙接受火焰的辐射热多。若d不变，说明管子与炉墙之间的距离增加，炉墙内表面对管子的辐射作用增强，因而水冷壁管的吸热量也较多。但这时炉墙温度升高，炉墙上容易结渣，焊在水冷壁管背面起固定作用的拉杆也容易烧坏。

现代锅炉为了减轻炉墙重量，常将水冷壁的一半埋在炉墙中(e=0)，这种炉墙称为敷管式炉墙。这种炉墙的主要优点是炉墙温度较低，炉墙可以减薄，使安装方便、节省材料，能够减轻锅炉的重量。自然循环锅炉常用的水冷壁管外径有60、76、83 mm等，壁厚为3.5～6mm。管径越小，遮盖同样面积的炉墙所消耗的金属越少。

光管式水冷壁具有制造、安装简单等优点。但它的缺点是保护炉墙的作用小，炉膛漏风严重。由于焊接工艺的限制，以前普遍采用光管式水冷壁。现代小型锅炉受制造成本的限制时，有时也采用光管式水冷壁。

炉膛水冷壁就是布置在炉膛四周的、管内流动介质一般为水或汽水两相混合物的受热面。若锅炉为蒸汽锅炉，水冷壁主要为蒸发受热面；若锅炉为热水锅炉或超临界压力锅炉．则水冷壁主要为加热受热面。

在自然循环锅炉炉膛内，如果管内工质向上流动，水冷壁也称上升管。水冷壁的基本作用为：①吸收炉膛内火焰的热量。由于炉内火焰温度较高，且烟速很低，因此这种吸热主要通过辐射方式来进行，在炉膛出口处将烟气的温度冷却到足够低的程度。②保护炉墙。由于水冷壁的存在，使得火焰只能部分或完全不接触炉墙，从而起到保护作用。除此之外，水冷壁还能起到悬吊炉墙、防止炉壁结渣等作用。