【正文】 。實踐證明，余熱鍋爐在各企業(yè)的節(jié)能中發(fā)揮了相當有效的作用， 獲得了較好的經(jīng)濟效益， 其投資一般可在3～ 4年內(nèi)回收。我國近幾年產(chǎn)量每年約在400~500蒸噸之間，尚不能滿足市場的需要。隨著技術的進步，今后工業(yè)部門將普遍采用高能效的先進工藝流程，這樣能源的有效利用率提高，高溫余熱資源總量相應減少，而中、低溫余熱資源相應增長。如干法熄焦余熱鍋爐，化鐵爐余熱鍋爐， 轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐等。余熱鍋爐是機械產(chǎn)品及余熱發(fā)電設備的一個重要組成部分，因此發(fā)展余熱鍋爐，振興余熱鍋爐行業(yè)，也是振興機械工業(yè)和電力工業(yè)，促進產(chǎn)品上質(zhì)量、上品種和上水平不可缺少的環(huán)節(jié)。強制循環(huán)余熱鍋爐圖1－1所示的余熱鍋爐就是強制循環(huán)余熱鍋爐。其特點是；各受熱面組件的管子是水平的，受熱面之間是沿高度方向布置，可節(jié)省地面的面積，并使出口處的煙囪高度縮短。目前油田進口的余熱鍋爐，多數(shù)采用此種型式。給水進入省煤器吸熱后，進入汽包。汽包還與蒸發(fā)器的上聯(lián)箱相連。當水吸收煙氣熱量就有部份水變成蒸汽，由于蒸汽的密度比水的密度要小得多，所以直立管內(nèi)汽和水混合物的平均密度要小于下降管中水的密度，兩者密度差形成了水的循環(huán)。直立管內(nèi)的汽水混合物向上流動，形成連續(xù)產(chǎn)汽過程。其特點是：省去循環(huán)泵，使運行和維修簡單。圖22 自然循環(huán)余熱鍋爐圖1－3是強制循環(huán)余熱鍋爐的布置圖，包括余熱鍋爐本體受熱面及煙道系統(tǒng)，其特點如下：圖2－3余熱鍋爐布置圖1．煙氣系統(tǒng)從燃氣輪機出來的高溫煙氣有兩路出口，一路進人余熱鍋爐，從主煙囪排人大氣，另一路進入旁路煙囪排人大氣。燃氣輪機工作而余熱鍋爐不工作，要開啟旁路擋板，關閉主擋板。另一方面為調(diào)節(jié)余熱鍋爐的產(chǎn)汽量，主擋板和旁路擋板可以部份開啟或部份關閉，擋板調(diào)節(jié)的內(nèi)容見后。當余熱鍋爐短時間停爐，可以關閉煙囪擋板，以防止余熱鍋爐內(nèi)的熱量損失。如果余熱鍋爐要停爐檢修，希望冷卻速度快些，可以開啟煙囪擋板。轉(zhuǎn)彎接頭與余熱鍋爐相連，這個轉(zhuǎn)彎接頭是經(jīng)制造廠試驗研究后確定的，其形狀尺寸必須要保證轉(zhuǎn)彎后的氣流分布均勻，均勻的氣流能夠使得煙氣放熱也均勻，管內(nèi)水或汽的吸熱也均勻，否則會使一些管子吸熱多而另一些管子吸熱少，這對余熱鍋爐的安全運行是不利的。采用膨脹節(jié)能吸收煙道的伸長量，可以減小熱應力。采用懸吊方式可以使汽包有足夠的撓性，因汽包下部有下降管，上部有省煤器進水管、蒸發(fā)器的汽水混合物引入管以及飽和蒸汽引出管等，當這些連接管受熱膨脹時，都會對設備產(chǎn)生附加應力，現(xiàn)在汽包用撓性支架，能減少對設備產(chǎn)生附加應力。在現(xiàn)場直接安裝，這樣大大縮短安裝工期。轉(zhuǎn)彎段，支承框架，汽包，煙道，擋板，煙囪縮口，過熱器，蒸發(fā)器I和II，省煤器，旁路煙道及其擋板和膨脹節(jié)等。圖2－4示出了上下拉桿組件管箱板的連接方式。與高溫煙氣接觸的內(nèi)壁采用耐熱合金鋼板，外壁采用碳鋼板。這是因為內(nèi)壁和外壁的溫度不同，材料不同，受熱后的膨脹伸長量也不同，所以兩壁之間會有相對移動。 煙氣在余熱鍋爐中自下而上流動，煙溫逐漸降低，所以管箱板的保溫層厚度也可減薄，省煤器出口的煙氣溫度不超過200℃，可以直接用碳鋼的鋼板制造煙道，來代替管箱板。 2. 高溫爐渣余熱:如高爐爐渣,轉(zhuǎn)爐爐渣,電爐爐渣等,該爐渣 溫度在1000℃以上,它帶走的熱量占總熱量的20%。4. 可燃廢氣、廢液的余熱:如高爐煤氣,煉油廠的催化裂化再生廢氣,造紙廠的黑液等,它們都可以被利用。 6. 冷卻介質(zhì)余熱:如工業(yè)爐窯的水套等冷卻裝置排出的大量冷卻 水,各種汽化冷卻裝置產(chǎn)出的蒸汽都含有大量的余熱,它們都可 以被合理利用。由于余熱是與其它生產(chǎn)設備及工藝密切相關,故余熱利用又具有以下特點: 1. 熱負荷不穩(wěn)定,主要有工藝生產(chǎn)過程所決定。 ,使有的煙氣具有腐蝕性。 。有的對鍋爐排煙溫度的限制,使其滿足生產(chǎn)工藝的要 求。和常規(guī)鍋爐不同，余熱鍋爐中不發(fā)生燃燒過程，也沒有燃燒相關的設備，從本質(zhì)上講，它只是一個燃氣—水/蒸汽的換熱器。通常是利用此熱量加熱水，使水變成蒸汽。對于稠油的油田可以用蒸汽直接注入油井中，以提高采油量。利用燃氣輪機排氣的熱量來產(chǎn)汽的設備，稱為“熱回收蒸汽發(fā)生器”，表明回收了排氣的熱量，用英文字母HRSG來表示?！坝酂徨仩t”通常是沒有燃燒器的，如果需要高壓高溫的蒸汽，可以在“余熱鍋爐”內(nèi)裝一個附加燃燒器。例如某余熱鍋爐不裝燃燒器時，入口煙氣溫度為500℃，裝設附加燃燒器后，可使入口煙氣溫度達到756℃。目前我國油田進口的余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)有：4MPa配450℃℃（飽和蒸汽）。燃燒設備出來的高溫煙氣經(jīng)煙道輸送至余熱鍋爐入口，再流經(jīng)過熱器、蒸發(fā)器和省煤器，最后經(jīng)煙囪排入大氣，排煙溫度一般為 150～180℃，煙氣溫度從高溫降到排煙溫度所釋放出的熱量用來使水變成蒸汽。進入鍋筒的水與鍋筒內(nèi)的飽和水混合后，沿鍋筒下方的下降管進入蒸發(fā)器吸收熱量開始產(chǎn)汽，通常是只用一部分水變成汽，所以在蒸汽器內(nèi)流動的是汽水混合物。根據(jù)產(chǎn)汽過程的三個階段對應三個受熱面，即省煤器、蒸發(fā)器和過熱器，如果不需要過熱蒸汽，只需要飽和蒸汽，可以不裝過熱器。如下圖所示： 由上圖可看出，余熱鍋爐是一個多輸入、多輸出且相互關聯(lián)的復雜控制對象。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋護和汽輪機安全運行的必要條件，也是鍋爐正常運行的主要指標之一。同時會使飽和蒸汽中含鹽量增高，降低過熱蒸汽品質(zhì)，增加在過熱器管壁和汽輪機葉片上的結(jié)垢。這些后果都是十分嚴重的。汽包水位不僅受汽包中儲水量的影響，亦受水位下汽泡容積的影響。因此，影響水位變化的因素很多，其中主要是鍋爐蒸發(fā)量即蒸汽流量和給水流量。 汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性給水量是鍋爐的輸入量，如果蒸汽負荷不變，那么在給水流量產(chǎn)生變化時，汽包水位的運動方程式可以表示為： (31)經(jīng)拉氏變換后可得: (32)從式(32)，可以方便地得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數(shù)為： (33) 對于中壓鍋爐，上式中TW的數(shù)值很小，常?？梢院雎圆挥嫞虼耸?33)可以進一步改寫為： (34) 其中 反應速度，即給水流量改變單位流量時水位的變化速度，單位為毫米／秒從式(34)可知，汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性為一個積分環(huán)節(jié)和一個一階滯后環(huán)節(jié)所組成,ε、T2的數(shù)值可通過實驗測試求得，數(shù)值的大小同鍋爐的結(jié)構(gòu)有關。反應速度ε及反應時間Ta都用相對量來表示：ε定義為：當擾動量為100%(從滿負荷突然變化到零)，水位(以允許變化的范圍為100%)的變化速度，單位為每秒。這就是說，當鍋爐在滿負荷運行時，如果突然停止供水，則由于出汽和進水流量的不平衡，水位將等速度下降，30秒鐘下降200毫米，如果給水量減少10%(23噸／小時)，則將在30秒鐘水位下降20毫米。hUwΔwttHo圖31給水量擾動下的水位飛升曲線根據(jù)式(35)在階躍輸入下作給水擾動(假定在一定范圍內(nèi)汽包的橫截面積不變，或變化不大)。由曲線可知：當突然加大給水量后(這時假定蒸汽量不變)，給水量大于蒸發(fā)量，但汽包水位一開始并不立即增加，而呈現(xiàn)出一段起始慣性段，這是因為溫度較低時更多的給水進入水循環(huán)系統(tǒng)，它從原有飽和汽水中吸取一部分熱量，汽包和汽水管路中由于熱量的“損失”汽泡體積減少。當水面下汽泡容積變化過程逐漸平靜時，汽包水位才由于貯水量的增加而逐漸上升。對于采用沸騰式省煤器的鍋爐，給水作用下的慣性段要比上述情況嚴重得多，甚至還可能出現(xiàn)“假水位”現(xiàn)象，在這種情況下，水位變化的特性應該采用如下傳遞函數(shù)： (36)式中： UsttHwH1HH2圖32采用沸騰式省煤器給水作用下的水位飛升曲線圖32是給水作用下汽包水位的反應曲線。H是由H1(t)為H2(t)迭加而成的．它的特性實際上是兩個環(huán)節(jié)的并聯(lián)。對大部分調(diào)節(jié)對象而言，平衡受到破壞的主要影響因素是系統(tǒng)中物料或能量的不平衡。當負荷設備的用汽量突然增加△D(假定供熱量及時跟上)，單從物料不平衡考慮，汽包中蒸發(fā)量大于給水量，汽包水位應如圖33中H1所示，相當于式(310)中的1／Ta這一項，是直線下降的。這是由于鍋爐汽包蒸發(fā)面以下和水管系統(tǒng)中蒸汽容積隨負荷的變化而改變所致。當蒸汽流量D階躍增加時，汽包中壓力減小，汽水循環(huán)管路中水的汽化強度W1加，蒸發(fā)面以下蒸汽容積VS增加。從圖中可以看出，當蒸汽量變化時，汽包水位的變化具有特殊的形式，負荷階躍增大時，汽水混合物中蒸汽的容積迅速增加。這種特殊現(xiàn)象稱為“虛假水位”。應該指出，當負荷階躍改變時，水面下汽泡容積變化引起的水位變化是很快的，圖33中H2的時間常數(shù)只有1020秒。“虛假水位”變化的幅度與鍋爐的汽壓與蒸汽量有關，對于—般100230噸／小時的中高壓鍋爐．加負荷階躍變化10%時，“虛假水位”現(xiàn)象可使水位變化達3040毫米。具體特性可用三種形式來描述，究竟采用何種形式