【正文】 ???? ? ?????????32 參考文獻(xiàn) ????????? ????????????????????????? 33丁 娟 余熱鍋爐改造方案設(shè)計(jì) 1 摘要 ： 在這次設(shè)計(jì)中要求設(shè)計(jì)壓力為 蒸汽溫度為 420℃。在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮受熱面的積灰，低溫腐蝕和震動(dòng)問(wèn)題。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。高溫腐蝕的特點(diǎn)是局部性潰瘍性腐蝕，它使管子因管壁穿孔而破壞。合金中的含鉻量越大，則越能抗腐蝕。重點(diǎn)闡述了低溫腐蝕和高溫腐蝕的形成原因以及防止發(fā)生高溫腐蝕和低溫腐蝕的設(shè)計(jì)、余熱鍋爐的熱負(fù)荷不穩(wěn)定性、鍋水循環(huán)方式、振動(dòng)和磨損問(wèn)題，還有余熱鍋爐主要部件即過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器的改造設(shè)計(jì)方案 , 以保證余熱鍋爐的正常運(yùn)行。開(kāi)源節(jié)流是解決能源供需矛盾的可靠辦法。我們知道，余熱鍋爐是利用二次能源的重要組成部分（高溫?zé)煔猓┑闹饕侄沃弧? 在目前工業(yè)生產(chǎn)中，使用著各種爐窯，如加熱爐 、轉(zhuǎn)爐、反射爐、沸騰焙 燒爐、回轉(zhuǎn)爐等。它們的熱效率都很低，一般只有 30%左右，而被高溫?zé)煔?、高溫爐渣、高溫產(chǎn)品等帶的熱量卻達(dá) 40~60%。隨著工業(yè)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，余熱利用在對(duì)改善勞動(dòng)條件、節(jié)約能源、增加生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本等方面起著越來(lái)越大的作用，有的已成為工業(yè)生產(chǎn)中不可分割的組成部分。在鍋爐整體布置上，力求做到立足全局，保證安裝維護(hù)的方便和鍋爐運(yùn)行的可靠。 丁 娟 余熱鍋爐改造方案設(shè)計(jì) 4 第一章 關(guān)于余熱鍋爐 余熱鍋爐的現(xiàn)狀與發(fā)展 余熱的背景 在工業(yè)生產(chǎn)中，很多方面已經(jīng)采用了一些新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備，相應(yīng)的降低了熱能的消耗。因此，一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)排放掉是剩余熱能的數(shù)量便可估計(jì)出熱能利用率的高低。這些爐窯都耗用大量的燃料。其中可利用的余熱在冶金方面約占燃料消耗量的三分之一，機(jī)械玻璃造紙等方面占 15%以上。為避免環(huán)境遭受污染，保障人門的正常生活與安全，必須對(duì)排放的廢物進(jìn)行凈化處理。 目前，我國(guó)的能源利用率是不高的；平均還不到 30%。當(dāng)然，能源利用率的高低與生產(chǎn)設(shè)備的先進(jìn)和落后、工藝流程是否合理、設(shè)備的完好情況，維護(hù)保養(yǎng)工作的好壞以及能源管理工作的水平都有關(guān)系。因?yàn)橛械挠酂岵慌欧懦鰜?lái)，就達(dá)不到生產(chǎn)工藝的要求。但這并不是說(shuō)，對(duì)所有的余熱都要全部加以回收。所以，合理而充分的回收余熱資源，才能達(dá)到迅速提高能源利用率的目的。在這些不同類型的爐子里，被加工的金屬物料基本上是不發(fā)生化學(xué)變化的，只是把它們的溫度升高或使其熔化而已。熱處理工藝則要求物料在爐子里進(jìn)行升溫、蓄熱、恒溫、降溫、冷卻等一系列工藝過(guò)程，一般要等完全冷卻后才能出爐。排放的熱爐煙溫度一般在攝氏四、五百度，甚至上千度。如果這種余熱不加以回收和利用，顯然是不合理的。 余熱資源的分類 余熱屬于二次能源，它是一次能源和可燃物料轉(zhuǎn)換過(guò)程后的產(chǎn)物，是燃料過(guò)程中所發(fā)出的熱量在完成某一工藝過(guò)程后所剩下的熱量。 丁 娟 余熱鍋爐改造方案設(shè)計(jì) 5 余熱利用的一般方法 采用余熱鍋爐來(lái)回收余熱的方法，近二十多年來(lái)，在各個(gè)工業(yè)部門中已得到廣泛采用。如煉焦?fàn)t產(chǎn)出赤熱焦炭的余熱，要想直接利用確實(shí)是會(huì)有一定的困難，但如采用惰性氣體進(jìn)行干法熄焦，惰性氣體溫度升高后再進(jìn)入余熱鍋爐回收熱量，冷卻后的惰性氣體再送去熄焦，這樣往復(fù)循環(huán)即可順利地將余熱回收起來(lái)。蒸汽有廣泛的用途，不但右以用來(lái)發(fā)電和供生產(chǎn)、生活用熱，有的 還可以用來(lái)強(qiáng)化生產(chǎn)。如在煉銅閃速爐熔煉技術(shù)中就是這樣。但可利用這種余熱將水加溫到一定的溫度，如淬渣水溫度就可達(dá) 80℃ 以上，經(jīng)沉淀過(guò)濾后送往熱用戶即可使用。另外這種熱水也可用來(lái)加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)。 預(yù)熱空氣 法 用余熱來(lái)預(yù)熱空氣，在鋼鐵方面早已采用。但應(yīng)當(dāng)注意到，余熱熱源的煙氣工作條件往往是很惡劣的，因此利用它來(lái)預(yù)熱空氣進(jìn)要特別慎重?；ず铣?、石油精煉等行業(yè)采用這類設(shè)備較多。 余熱利用的特點(diǎn) 在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，由于使用的生產(chǎn)方法、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及原料、燃料條件的不同和工藝上千變?nèi)f化的 需要，從而給余熱利用帶來(lái)很多困難。一般來(lái)說(shuō)其特點(diǎn)如下： （ 1）熱負(fù)荷不穩(wěn)定 （ 2）煙氣中含塵量大 （ 3）煙氣有腐蝕性 （ 4）受安裝場(chǎng)所固有條件的限制 余熱鍋爐的發(fā)展 余熱鍋爐是指那些利用工業(yè)過(guò)程中的余熱以產(chǎn)生蒸汽的鍋爐，其主要設(shè)備為鍋爐本體和氣包，輔助設(shè)備有給水預(yù)熱器，過(guò)熱器等。自 20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，由于世界性的能源短缺，各工業(yè)部門都十分重視節(jié)約能源 184。綜合余熱鍋爐的發(fā)展情況，主要有下列幾點(diǎn)發(fā)展方向。以輕柴油和石腦油等為原料的大型乙烯裝置中的廢熱鍋爐，即利用高達(dá) 800℃左右的裂解氣以產(chǎn)生 8～ 14MPa 的高壓蒸汽。 沖蝕 若熱氣流中含有大量粉塵，特別是研磨性粉塵，當(dāng)氣流速度大，加熱面就容易受到?jīng)_蝕。這些氣體在高溫時(shí)，對(duì)鍋爐的傳熱面不發(fā)生腐蝕，但當(dāng)熱氣流經(jīng)廢熱鍋爐冷卻后，其溫度降到低于腐蝕性氣體的露點(diǎn)時(shí)，便會(huì)與冷凝定 水氣作用生成酸，從而劇烈的腐蝕傳熱面。在足夠高的溫度和壓力下，氫使鋼脫碳，導(dǎo)致所謂氫腐蝕。 ②水側(cè)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕時(shí)把腐蝕過(guò)程看作早金屬表面的個(gè)別區(qū)域上有腐蝕性原電池工作的結(jié)果。另外由于存在溫差，便形成相應(yīng)堿的 濃度差，構(gòu)成濃差電池，也促進(jìn)腐蝕。 鍋垢引起的腐蝕 若鍋垢存在時(shí)，使傳熱變壞，管壁溫度升高，并使管壁表面溫度與溶液溫度相差很大。 氧腐蝕和二氧化碳的腐蝕 氧和二氧化碳的腐蝕按其性質(zhì)來(lái)說(shuō)，都屬于電化學(xué)腐蝕氧是去極劑。如果進(jìn)入廢熱鍋爐的氣體溫度不同，單從壓力的角度來(lái)考慮選材則一般可以采用優(yōu)質(zhì)碳鋼。原因是耐熱合金鋼一方面適用于高溫高壓，另一方面有些耐熱合金鋼含有的元素具有耐氫、氮、氨腐蝕的性能。高的抗氧化性。管子材料應(yīng)具有良好的熱加工工藝性，特別是可焊性。較高的強(qiáng)度 對(duì)于低碳鋼、低碳錳鋼及低碳錳釩鋼在 380℃以下，其他低合金熱強(qiáng)鋼在 420℃以下，設(shè)計(jì)時(shí)以抗拉強(qiáng)度限和屈服限為依據(jù)，如超過(guò)上述溫度則應(yīng)考慮持久限。較低的缺口敏感性 在制造中往往要在鋼板上開(kāi)孔和進(jìn)行焊接，造成應(yīng) 力集中，故要求鋼材應(yīng)有較低的缺口敏感性。良好的加工工藝性能和焊接性能 為了保證余熱鍋爐所用的鋼管，鋼板具有良好丁 娟 余熱鍋爐改造方案設(shè)計(jì) 7 的可焊性，只允許使用含碳量低的鋼材，對(duì)于適用珠光體鋼時(shí)，對(duì)鋼材中含碳量要求如下： 1）碳鋼≤ %； 2） %鉬鋼≤ %； 3）鉻鉬鋼及其他復(fù)雜牌號(hào)的珠光體鋼≤ %。 設(shè)計(jì)背景及要求 設(shè)計(jì)背景 某煉 油廠聯(lián)合車間催化裝置余熱鍋爐，由于現(xiàn)有催化裝置處理能力增大，余熱鍋爐原設(shè)計(jì)的煙氣流通截面顯得偏小，導(dǎo)致煙氣大半直接排放，能量得不到有效利用，影響了煉油裝置能耗的降低。本工程為改造項(xiàng)目，在保證滿足工藝條件和現(xiàn)場(chǎng)條件的基礎(chǔ)上，盡量利用原余熱鍋爐系統(tǒng)中的輔助系統(tǒng)和設(shè)備，以減少改造費(fèi)用。自低壓過(guò)熱器后的煙道結(jié)果基本不變，改造后的余熱鍋爐煙氣阻力不大于再生煙氣的允許阻力降，以保證全部煙氣能經(jīng)過(guò)余熱鍋爐，使能量得以充分回收。 主要改造項(xiàng)目 更換中壓蒸汽過(guò)熱器 原有的蒸汽過(guò)熱器采用 Φ25* 蛇形管束，剛性差，固定方式亦不合理，在較大的煙氣流量（流速為 24m/s）下，極易產(chǎn)生振動(dòng)，影響整個(gè)余熱鍋爐的運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)擬用螺旋肋片管，更替原有的過(guò)熱器，其目的主要是在現(xiàn)有的場(chǎng)地條件下，加大煙 氣的流通截面，減小煙氣流動(dòng)阻力，同時(shí)，具有強(qiáng)化傳熱，縮小受熱面布置空間的效果。 此次設(shè)計(jì)擬用螺旋肋片管代替光管結(jié)構(gòu)，且只設(shè)上鍋筒用于水循環(huán)和氣水分離。 更換原有的鍋筒 原鍋筒已投用二十余年，且現(xiàn)場(chǎng)不易開(kāi)孔，熱處理。安全附件及儀表（壓力表，安全閥，水位計(jì)）全部重新配置。 (1) 再生煙氣中含有硫氧化物 SOX,其含量因原料油中的含硫量不同而不同 .該廠的再生煙氣中 SOX的含量達(dá) 1/ ,再生煙氣中ＳＯ 3的含量占 SOX的總量約 10%.因而其酸露點(diǎn)溫度可達(dá) 130～ 150℃ ,高于余熱鍋爐的進(jìn)水溫度 104℃ ,有可能造成低溫腐蝕 (2) 再生煙氣中含有催化裂化粉塵 ,其含塵量在 100～ 180mg/m3,其中 90%以上粉塵粒度小于 20μｍ ,由于分子引力和靜電引力的作用極易附著在受熱面上形成松散性積灰 ,從而影響傳熱效果。 (4) 再生煙氣的煙溫較低 (530℃ ),而用以生產(chǎn)中壓中溫蒸汽 (℃ ),兩者之間溫差較小 ,根據(jù)熱工學(xué)公式 :Q=KHΔ tm在一定的傳熱量 Q下 ,若傳熱溫差Δ tm較小 ,必須強(qiáng)化傳熱以增加傳熱系數(shù)Ｋ ,但傳熱系數(shù)Ｋ在對(duì)流換熱的條件下 (例如煙氣流速一定 ),其增加量受到限制 .因此再生煙氣余熱鍋爐的受熱 面必須采用擴(kuò)展受熱面代替光管以大幅度地增加傳熱 H。 ② 煙氣走向與接口完全不變 ③ 自低壓過(guò)熱器后的煙道結(jié)構(gòu)基本不變 ④ 更換中壓過(guò)熱器，擴(kuò)大其煙氣流通面積 ⑤ 更換對(duì)流管束（蒸發(fā)器），擴(kuò)大其煙氣流通面積 ⑥ 增加蒸發(fā)器的實(shí)際傳熱面積，以禰補(bǔ)原省煤器傳熱面積的不足。 h’= kJ/m 3 由能量平衡關(guān)系，得 *( I y570 I y200 )=D*( h” h’ ) 則 *()*10^6=D*()，即得蒸發(fā)量 D=21t/h 吸熱段 數(shù)值 名稱 過(guò)熱器 蒸發(fā)器 省煤器 煙氣進(jìn)口溫度℃ 570 512 288 煙氣進(jìn)口焓 KJ/h *10^6 *10^6 *10^6 工質(zhì)進(jìn)口溫度℃ 104 工質(zhì)進(jìn)口焓 kJ/kg 工質(zhì)出口溫度℃ 420 工質(zhì)出口焓 kJ/kg 3265 工質(zhì)吸熱量 kJ 煙氣放熱量 kJ 前兩者關(guān)系 相等 相等 相等 煙氣出口溫度℃ 512 288 200 煙氣出口焓 KJ/h *10^6 *10^6 *10^6 受熱面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 余熱鍋爐受熱面應(yīng)由 3 部分構(gòu)成 :過(guò)熱器、蒸發(fā)器和省煤器。主要考慮到強(qiáng)制循環(huán)要增加兩臺(tái)熱水循環(huán)泵 ,同時(shí)還要設(shè)置兩套供電回路 ,以保證鍋爐水循環(huán)的安全。采用自然循環(huán) ,要將汽包置于較高位置 ,以保證蒸發(fā)器中汽水混合物有足夠 的有效壓頭 ,以克服流動(dòng)阻力 ,保證水循環(huán)的可靠性 ,這次設(shè)計(jì)采用自然循環(huán) 。因?yàn)閺捻敳窟M(jìn)入時(shí)，爐內(nèi)煙氣動(dòng)力場(chǎng)容易組織，對(duì)煙塵的分離和沉降也有好處，同時(shí)也可縮小進(jìn)口煙道的尺寸。進(jìn)口截面的形狀一般采用圓形。循環(huán)回路應(yīng)按受熱強(qiáng)度相差不大的原則來(lái)劃分區(qū)段。在冷卻室的四角，最 好將 米寬的受熱面配置成單獨(dú)的回路。受熱面是鍋爐主要組件之一。它關(guān)系到傳熱性能的好壞，水循環(huán)是否可靠，煙氣動(dòng)力場(chǎng)組織是否合理，以及為它服務(wù)的元件能否適應(yīng)等等。 鍋爐鋼管的選擇 余熱鍋爐的工作壓力一般為中低壓，很少用高壓。在特殊情況下及高壓余熱鍋爐中，應(yīng)選用鍋 爐用高壓無(wú)縫鋼管。如選用管徑過(guò)小，會(huì)增加鍋水循環(huán)的阻力，降低水循環(huán)倍率，當(dāng)強(qiáng)制循環(huán)時(shí)會(huì)增加循環(huán)水泵的電耗量。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于中、低壓的自然循環(huán)余熱鍋爐，常選用的鋼管內(nèi)徑為 40～ 60mm。對(duì)于強(qiáng)制水循環(huán)鍋爐，輻射室內(nèi)的水冷壁管常選用內(nèi)徑為 40～ 50mm 的鍋爐鋼管，對(duì)流蒸發(fā)管常選用內(nèi)徑為 25～ 42mm 的鍋爐鋼管。 鋼管的種類通常有兩種，即光滑管和翅片管。我國(guó)已有各種標(biāo)準(zhǔn)的鋼管可供選用。 YB52970 為“鍋爐用高壓無(wú)縫鋼管”標(biāo)準(zhǔn)。我丁 娟 余熱鍋爐改造方案設(shè)計(jì) 11 國(guó)目前尚無(wú)系列產(chǎn)品，制造鍋爐需用時(shí)多采用在鋼管上焊接扁鋼來(lái)解決。 為了提高傳熱效果根據(jù)具體情況制造螺旋鰭片管 ,比起光管占管空間大，制造也較困難，但大大提高了傳熱系數(shù)。煙氣進(jìn)口的位置，一般有前面進(jìn)口哈頂部進(jìn)口兩種形式，一般采用前面進(jìn)入的較多。 當(dāng)煙氣有爆炸的可能性時(shí)應(yīng)設(shè)有專用的防爆門 防爆門應(yīng)裝在不致威脅操作人員安全的地方。防爆門的數(shù)量按所需面積來(lái)確定，在各段煙道上至少要裝設(shè)兩個(gè)防爆門。開(kāi)啟壓力一般可以采用 50毫米水柱。在較大型的余熱鍋爐中，按上述方法算出防爆面積，往往會(huì)出現(xiàn)布置上的困難。 在設(shè)計(jì)受熱面時(shí)應(yīng)考慮它的支吊件的安裝位置，以保證受熱面在受熱面在受熱或冷卻時(shí)能自由膨脹，以防止把焊口或管件拉壞。 過(guò)熱器的設(shè)計(jì) 原有的蒸汽過(guò)熱器采用 φ