【導讀】摘要：在這次設計中要求設計壓力為蒸汽溫度為420℃。在設計中應充分考慮受熱。面的積灰，低溫腐蝕和震動問題。指出采用螺旋肋片管可使鍋爐結構更為緊湊、傳熱效果更。腐蝕是影響余熱鍋爐壽命的重要原因，它一般分低溫腐蝕和高溫腐蝕。特點是均勻性的腐蝕，它使管壁厚度逐漸減薄以至破裂。高溫腐蝕的特點是局部性潰瘍性腐

　　

【正文】 *106= hqp/d=20/42= Sqp/d=12/42= W— 氣流在管簇最狹截面上的流速 m/s γ — 氣流的運動黏度 m2/s hqp— 肋片高度 Sqp— 肋片節(jié)距 ξ ’ =( +（ Sqp/d） (hqp/d ))/（ S1/d） *（ Z2 1） * Re =（ +*( )） /（ 110/42） *（ 141） * = ξ = Kξ ’ =* = 省煤器段 水 流動阻力計算 阻力 Δ P=(Σξ i+λ 0l/d)ρ ’w2/2 =(2*8+*8*6/)**892/2= λ 0=1/(4*lg(3700*))= 其中 : λ 0為引用摩擦系數(shù) w為水流動速度 l為水流動管道長度 ρ ’ 為水比重 ξ wt彎頭阻力系數(shù)取 2 省煤器段 煙氣流動阻力計算： ①煙氣阻力 Δ P=ξρ w2/2=**其中： ρ為煙氣密度 ， 丁 娟 余熱鍋爐改造方案設計 17 M=Σφ i M i=44*+32*+18*+28*= R=8314/M=8314/=286 v0=286*(273+244)/*105= m3/Kg ρ =1/v0=Re= Sqp*W/γ =**106= hqp/d=20/38= Sqp/d=12/38= W— 氣流在管簇最狹截面上的流速 m/s γ — 氣流的運動黏度 m2/s hqp— 肋片高度 Sqp— 肋片節(jié)距 ξ ’= （ +（ Sqp/d） (hqp/d )） /（ S1/d） *（ Z2 1） * Re =（ +*( )） /（ 100/38） *（ 8 1） * = ξ =Kξ =*= 流動總阻力校核 煙氣流動總阻力 ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3=++= =5000 Pa 煙氣流動阻力符合設計要求。 設計結果 沿煙氣流向依次布置為中壓過熱器 ﹑蒸發(fā)器﹑省煤器。（見方案布置圖） 各受熱面計算結果于表 表 余熱鍋爐主要設計參數(shù) 項目 單位 過熱器 蒸發(fā)器 省煤器 基管規(guī)格 — Φ 38*4 Φ 42*4 Φ 38*4 排列方式 — 順列 順列 順列 布置方式 — 逆流 — 逆流 橫向節(jié)距 mm 100 110 100 縱向節(jié)距 mm 100 110 90 煙氣流速 m/s 煙氣阻力 Pa 傳熱系數(shù) kw/ 平均溫差 oC 傳熱面積 m2 2100 受熱面重量 t 6 26 利舊 丁 娟 余熱鍋爐改造方案設計 18 第 3 章 設計中需要考慮的問題 受熱面煙氣流速的選擇 余熱鍋爐受熱面煙氣流速是設計中的一個重要參數(shù) ,它直接關系到余熱鍋爐的技術經(jīng)濟性和運行的安全性。選用較高的煙速可強化對流換熱 ,減小余熱鍋爐的受熱面積 .但過高流速會增加煙氣的流動阻力。根據(jù)熱工學原理 ,對橫向沖刷的管束 ,傳熱量與煙速的 次方成正比 ,而流動阻力與煙速的平方成正比。 .因此應綜合比較投資與運行費用 ,來選擇適合的煙氣流速。選用較高的煙速 ,對形成松散性積灰的受熱面 ,其 自清灰作用更為明顯 ,但對含塵煙氣 ,將帶來較大的受熱面磨損 ,根據(jù)研究受熱面的磨損與煙速的 3～ 4次方成正比。此外 ,在選用煙速時 ,還需考慮余熱鍋爐的振動問題 ,在煙氣橫向流過管束時 ,過高的煙速容易引起受熱面的振動 ,造成余熱鍋爐不能正常運行。綜合考慮以上因素 ,對再生煙氣余熱鍋爐煙氣流速在 7～ 16ｍ /ｓ比較適宜。 積灰的防止和清除 積灰 工業(yè)爐窯排出的煙氣中含有較多的煙塵時，余熱鍋爐的積灰問題是關系到余熱鍋爐能否成功的關鍵所在。過去由于積灰問題沒有解決好，失敗的教訓是很多的，因此可以說余熱鍋爐的 發(fā)展就是不斷改進處理積灰，所以，必須十分重視。 積灰的分類 根據(jù)煙氣溫度的高低，余熱鍋爐的積灰一般可分為高溫區(qū)的積灰 （ 900℃以上）、 低溫區(qū)的積灰 （ 650℃以下） 和過度溫區(qū)的積灰 （ 650～ 900℃） 。 高溫區(qū)的積灰 一般是指煙塵大部分呈熔融或半熔融狀態(tài)下所形成的積灰。其溫度和積灰的熔點有關，不同成分的煙塵其熔點相差很大，這種煙塵如附著在高溫耐火磚壁面上，經(jīng)自然冷卻后，積灰質(zhì)地特硬，并堅韌不脆，一般很難清除；如附著在鍋爐水冷壁管子或其他冷卻件上，積灰就較松脆。在后一種情況下，只要及時吹 灰或機械振打等方法尚較易清除。但積灰超過一定厚度時，其外表就會結焦成一層硬殼，作為積灰的核心促使積灰速度增長很快，并且越積越大，這時再想清除它就比較困難了。 低溫區(qū)的積灰 是指煙塵在凝固點以下的積灰，也就是呈固體顆粒的積灰。這種積灰往往隨著固體顆粒的性質(zhì)及成分的不同而有著很大的差異。在鍋爐對流受熱面上積灰的表現(xiàn)也有所不同， 一般可分為松散性的積灰和粘附性的積灰，用機械清灰方法都較易清除。 過渡溫區(qū)的積灰 是指煙塵大部分為固體顆粒，而尚有一部分呈熔融或半熔融狀態(tài)下所形成的積灰。其中大顆粒的煙塵外表面常 常是一層薄的硬殼，而中間仍是半熔融狀態(tài)。這個溫區(qū)的分布與積灰的軟化點有關。當積灰成分很復雜時，由于各種成分的軟化點相差很大，因而積灰的軟化點便成了范圍較大的溫區(qū)。在這個溫區(qū)內(nèi)形成的積灰稱為“過渡溫區(qū)”的積灰。這種積灰如果附著在高溫耐火磚上，開始一段時間一般是不硬不脆，稍用力就能加以清除，但如積灰時間較長等，質(zhì)地變堅硬后就更難以清除了。這種積灰如果附著在鍋爐水冷壁管子或其他冷卻件上，當積灰較薄時，用機械方法容易清除，而積到一定厚度時，其外表面也可能形成堅硬焦殼，并越積越厚，但比高溫區(qū)積灰的形成速度往往要慢些。 以上積灰溫區(qū)的劃分，是由煙塵的熔點、軟化點和凝固點決定的。由于工業(yè)爐窯的種類、使用場合和目的的不同，排出煙塵的性質(zhì)也不相同，因而積灰的情況也很不一樣，有的只出現(xiàn)其中的一、兩種情況。有的三種積灰情況都會錯綜地同時出現(xiàn)。例如炭素煅燒窯煙塵的軟化點很高，只形成固體顆粒的積灰。而重有色金屬火法冶煉溫區(qū)的劃分，一般在 900℃以上為高溫區(qū)， 650℃以下為低溫區(qū)，兩者之間為過渡溫區(qū)，所形成的積灰三種情況均有。 積灰的成分與流經(jīng)煙氣的溫度有密切的關系。通常難熔元素及其化合物，如鐵、銅、硅、丁 娟 余熱鍋爐改造方案設計 19 金、銀、鎳等，在高溫區(qū)即固結并大量沉積下來，到低溫區(qū)則顯著減少。反之，易熔元素及其化合物，如鉛、鋅、錫、銻、砷、鎘等，在高溫區(qū)主要呈揮發(fā)性氣體狀態(tài)難于捕集，到低溫區(qū)才逐步凝聚下來。從積灰及各溫區(qū)清除出來灰粒的顏色來看也是不同的。各元素及其化合物的熔點和汽化點是決定其在某溫區(qū)沉積的重要因素?；曳葜懈鹘M分的來源丙烯腈裝置廢水廢氣中主要含有丙烯腈、乙腈、氫氰酸、硫銨聚合物、丙烯醛、 HO CO、 O N Na2CONaOH 和丙烯腈催化劑等，其中催化劑主要構成元素為 Mo、 Ni、 Si 等。燃料油為煉廠減壓渣油 ，除含有 C、 H、 O、 S、 N以外，還有 Ni、 V、 Fe、 Na、 Cu 等金屬元素。 余熱鍋爐受熱面上的積灰按其特性一般可分為松散性的積灰，粘附性的積灰和粘結性的積灰。在低溫區(qū)一般生成松散性的積灰和粘附性的積灰，在高溫區(qū)和過熱溫區(qū)才生成粘結性的積灰。積灰形成的機理是很復雜的。 松散性的積灰 主要發(fā)生在低溫區(qū)的鍋爐受熱面上，一般是小于 200微米的微小顆粒，大部分是 1050微米， 它往往在管子背部形成，因為當煙氣橫向沖刷管束時，管子背面產(chǎn)生渦流，小顆粒煙塵因慣性小而進入渦流區(qū)撞在管 壁上，在管子背部形成尖劈狀流線型的積灰。由于流線型化對煙氣的阻力增加不大，低煙速時甚至觀察到管束阻力反而減小。只有在煙速很小或煙塵顆粒很細時，松散性積灰才會在管子的正面形成。這種積灰會大大惡化傳熱效果，但很容易用機械清灰法清除掉。一般認為是由于分子引力和靜電引力的作用而形成的，因單位重量的微小顆粒具有著較大的表面積，也就是具有較大的表面能，當灰粒與管壁接觸時，其分子與管壁的吸引力大于灰粒本身的重量時，就會附著在管壁上，其灰粒直徑一般為 35微米。另外煙氣流中的灰粒還可能帶有靜電荷，如灰粒直徑小于 10微米，靜 電引力足以克服灰粒本身的重量而被吸附到管壁上，甚至 2050微米的灰粒也可能被吸附上去。但是這種分子吸引力和靜電引力的作用范圍很有限，當積灰厚度增大到一定尺寸時，其重量將超過這種引力而脫落，從而使積灰的厚度不再增長而自行終止下來。松散性的積灰常發(fā)生在燒煤粉的鍋爐中，也發(fā)生在炭素煅燒爐窯后的余熱鍋爐中，對于鉛、鋅、錫等低熔點金屬含量極少的煙塵，如黃鐵礦沸騰焙燒爐余熱鍋爐中也常出現(xiàn)這種積灰現(xiàn)象。 粘附性的積灰 主要是在煙塵中含有較多低熔點金屬元素的情況下形成，這些金屬元素的氧或硫化物，在高溫煙氣中大都呈氣態(tài) ，煙溫降低時即形成凝結物，變成粘附性較強的物質(zhì)。它對管子表面附著力很強，易積成封閉性的灰環(huán)，如不施加外力一般不會自行脫落。但因質(zhì)地較松軟，即使積灰厚度增加也不會結成硬殼，通過振打吹掃即可清除。清除后管壁表面殘存著薄薄一層富有金屬性的灰垢，猶如軸承表面的潤滑劑一樣。對于含塵量大的煙氣，即使提高煙氣的速度，也沒有自吹灰的效果。 粘結性的積灰 產(chǎn)生在高溫區(qū)和“過渡溫區(qū)”。當煙氣對管子橫向沖刷時，主要在管子的正面形成，并迎著沿氣流方向不斷地增長，甚至可以觀察到隨著積灰尺寸的增大生長速度也增大的現(xiàn)象，并且無限制的 增長下去。這種積灰會引起煙氣阻力迅速增加，直到煙道完全堵塞被迫停爐為止。在積灰的形成和生長過程中，它的強度提高很快，其抗壓強度也很大。粘結性積灰的原因是煙塵顆粒呈熔融狀態(tài)或呈粘性狀態(tài)所引起的，也可能是活性固體顆粒與煙氣中某些成分起化學反應，在積灰的沉積層上發(fā)生了二次物理化學過程而形成。由此可知，它是機械因素和化學因素同時作用的結果。這種積灰危害很大，需要認真研究并加以處理。粘結性積灰形成的機理可歸納為以下幾點： 1 機械性的粘結和二次物理化學過程 2 積灰表面溫度對粘結性積灰的形成有影響 3松散性積灰的轉(zhuǎn)化 另外 ，吹灰對粘結性積灰的形成也有影響。在較低的管壁溫度下，由于化學反應速度小，積灰可能完全被吹掉。而在較高管壁溫度下，由于化學反應速度大，吹灰后管子表面仍有一些粘結性積灰的殘余，當再吹灰時又會生長新的粘結性積灰。這樣一次一次的殘余物疊加起來，就生成較厚的緊密性積灰。這種積灰生成的速度取決于松散性積灰的堆集速度、煙塵的性質(zhì)、管壁和煙氣的溫度。這種現(xiàn)象常發(fā)生在過熱管束上。 丁 娟 余熱鍋爐改造方案設計 20 積灰形成原因分析 （ 1） 分子引力和靜電引力 當顆粒直徑很小（ d ＝ 3～ 5 μ m），微小顆粒具有較大的表面積，即具有較大的表 面能。當灰粒與管壁接觸時，灰粒與管壁的引力大于自重，就會附著在管壁上。另外，煙塵中還帶有靜電，當灰粒直徑小于 50 μ m 時，靜電吸力可能大于重力而吸附到管壁上。但這種引力的范圍很有限，當積灰增大到一定厚度時，就因重力大于引力而脫落，致使厚度不再增加。該積灰位于管子背面，呈尖劈流線型，松散易脫落，發(fā)生在蒸發(fā)段（ E813）的第二、三組和預熱段（ E814）的低溫區(qū)，未呈熔融狀態(tài)。 （ 2） 粘附作用 當煙塵中含有較多低熔點金屬元素時，在高溫煙氣中呈氣體狀態(tài)，而遇到爐管壁時溫度降低，形成粘附性較強的凝結物而粘附 在管壁上。該積灰呈環(huán)形，質(zhì)地松軟，不會結成硬殼，不會自行脫落，即使提高煙速，也不會吹落，但可以通過振打吹灰清除。 （ 3）機械性的粘結和二次物理化學過程