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      余熱鍋爐的煙氣條件及選型

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      余熱鍋爐是指利用工業過程中的余熱以產生蒸汽的鍋爐,其一個重要特點是煙氣條件取決于工藝過程,而且不能將它向有利于鍋爐的方向做出改變。因此,煙氣條件會對鍋爐的設計和運行產生重要影響。

      1、煙氣條件的特性及其相對應的適用爐型

      1.1“潔凈”的煙氣

      這里所謂“潔凈”是指那些大致相當于燃用氣體、液體或優質固體燃料的爐窯或各種內燃原動機械的排氣,而未受主流程嚴重沾污者。主流程采用惰性氣體作循環冷卻時,則循環氣體未受主流程嚴重沾污時,也屬于潔凈的煙氣。適用的爐型有:(1)光管熱管或水管余熱鍋爐、自然循環或強制循環、立式或臥式布;(2)具有部分或全部螺旋鰭片或縱向鰭片等延伸受熱面的熱管或水管余熱鍋爐、自然循環或強制循環、立式或臥式布置;(3)直煙管鍋筒鍋爐。

      1.2帶塵煙氣

      煙氣帶塵可能對受熱面產生磨損,又可能產生積灰,以至于堵灰、搭橋等現象。往往這兩種機理相反的現象又可能同時存在于一臺鍋爐之中。使用這種煙氣余熱鍋爐的選型應以防止受熱面磨損和煙道積灰、堵灰、搭橋為主要目標。根據帶塵煙氣的級別與煙塵特性,適用的爐型有:(1)立式布置的強制循環熱管或水管余熱鍋爐;(2)臥式布置的強制循環熱管或水管余熱鍋爐;(3)雙鍋筒熱管或水管余熱鍋爐。

      1.3粘結性煙氣

      煙氣的粘結性是指其在工作煙溫下,所挾帶的煙塵,集升華與氣化物質等,在一定條件下粘附在鍋爐受熱面或其他部件上的特性。適用這樣煙氣條件的水管鍋爐爐型有:(1)帶輻射冷卻室的臥式布置的強制循環熱管過水管余熱鍋爐,一般不帶過熱器,懸掛式的蛇形管對流受熱面,光管或帶縱向直鰭片的管子,采用振打或震動除塵或吹灰設備,煙氣作橫向沖刷,一次通過鍋爐;(2)帶一個或二個輻射冷卻煙道的多煙道立式布置強制循環熱管或水管余熱鍋爐,對流受熱面一般采用帶縱向直鰭片管子和振打除灰裝置。

      1.4腐蝕性煙氣

      腐蝕性煙氣在制酸工業、有色冶金工業、以及石油化工工業等極為常見。這些工業的主流程煙氣中含有SOX、NOX、H2S、S等腐蝕性成份。針對這些成份,相應的鍋爐需要在選型、參數的選用,以及某些結構特點方面加以充分的考慮。但是,對于腐蝕性煙氣,即使采用了理論和實踐上行之有效的措施,鍋爐某些部件還是需要定期更換的。因此,鍋爐的結構設計應充分考慮這一特點。

      1.5高壓煙氣

      為確保煙氣不外泄,對于高壓煙氣(p=3~4MPa),一般不采用煙道式鍋爐,因為平面擴板是無法經濟地加強到足以承受如此高的壓力。目前采用較多的有:(1)管殼式直煙管鍋爐;(2)雙套管式直煙管鍋爐;(3)雙套管與螺旋管相結合的煙管鍋爐;(4) U形管煙管鍋爐;(5)插入管式水管鍋爐,煙氣用圓柱體筒殼和兩端封頭來密封。對于超高壓煙氣(p=32~500?MPa),目前僅有蛇形管水管鍋爐,煙氣用圓柱筒殼和兩端封頭密封的各種具體結構形式可供選擇。煙氣壓力愈高,受熱面的總傳熱系數也就愈高,因而鍋爐可以相對地設計比較緊湊。這對于選用筒殼來密封煙氣是十分有利的。

      1.6需要急冷的煙氣

      在化工流程中,往往煙氣需要在一個規定的時間內,冷卻到一個規定的溫度。由于余熱鍋爐熱交換在時間方面的嚴格限制,這就在現實的煙氣通道長度的結構條件下,規定了煙氣的流速。對于這種煙氣,目前煙管鍋爐與水管鍋爐皆有所應用。但如果煙氣在受熱面上積灰結焦的可能性較大時,則往往傾向于采用煙管鍋爐。為此目的,現代余熱鍋爐技術發展了不少類型的煙管鍋爐,獲得一定的成功,如:(1)雙套管型直煙管鍋爐,采用扁圓集管可以吸收直煙管的熱膨脹差,和承受高溫煙氣的直接沖刷;(2)雙套管與螺旋管相結合的煙管鍋爐,有結構緊湊、可以采用燒焦操作等特色。

      1.7高露點煙氣

      對于高露點煙氣,為了防止腐蝕、結垢、堵灰等運行問題,余熱鍋爐設計的基本要求是避免受熱面上的結露。目前通用的辦法是使鍋爐受熱面的金屬壁溫在任何操作條件下都高于露點溫度,具體的措施有:(1)選擇適當的鍋爐汽水側的工作壓力,使對應的爐水飽和溫度高于煙氣露點溫度;(2)避免低于飽和溫度的爐水與受熱面接觸,因此要對鍋爐水進行充分的混合與預溫,并且要避免采用相當于燃燒鍋爐的省煤器的那種低溫區段;(3)在操作上,為防止鍋爐在低負荷和停爐時的結露,往往需要采取適當的保溫措施。除了汽水側壓力參數之外,高露點煙氣適應于各種類型的余熱鍋爐。

      1.8含有特細粉塵的煙氣

      特細粉塵問題有二:(a)疏松的粉塵在受熱面上有強烈的粘附性,形成疏松的炱狀灰層;(b)在適宜的條件下,粉塵有熔融或與煙氣中其他粘結性成份共同凝結成為難以清除的致密性積垢的可能性。因此,適用于含有特細粉塵的煙氣的鍋爐往往考慮以下措施:(1)采用難以積灰、堵灰的結構,盡可能避免煙氣沖刷不均勻性,特別要避免煙氣流的停滯或渦流區域,所以在可能的條件下盡量采用煙氣一次直通性爐型;(2)煙氣縱向沖刷的屏樣強制水循環受熱面有減少粉塵粘附和便于采用振打除灰法的優點,已用于富氧平爐與沸騰焙燒制酸等工藝流程余熱鍋爐,取得一定的效果。

      1.9參數不穩定的煙氣

      余熱鍋爐煙氣在流量、溫度、成份組成、含塵量等各方面的波動是其特征之一,波動的性質可以是有規律的、周期性的,也可以是非規律性、非周期性的;波動的特點可以是漸進性的、也可以是沖擊性的;可以是單一參數的,也可以是多參數的復合性波動。余熱鍋爐的選型必須首先分析主工藝流程的整個周期,確定周期中各個時間區段的煙氣特點,從而在余熱鍋爐設計中逐個落實相應的措施。其中最突出的特點往往是余熱鍋爐選型的主要根據。

      2、煙氣條件的多“因素”特點

      上面九類基本上包括了常見的各種工藝流程的余熱煙氣。但是,在實際工作中,煙氣條件諸“因素”往往不是單獨地存在的,而是經常會見到一些多因素的煙氣。多因素煙氣條件有下列幾種類型;

      1)“主”、“次”之分,即某一因素為控制爐型選擇的決定性因素,稱為“主因素”;其他因素皆稱之為“次因素”。這種煙氣稱為“多因素”煙氣。如果次因素對爐型選擇產生與主因素的作用類似,則其作用往往可忽略,或者在選擇具體參數時作一定的參考。如果次因素的作用與主因素的作用不相關聯,則爐型選擇與參數選用時應加適當考慮。在任何情況下,“主因素”是爐型選擇的主要根據。

      2)“復因素”煙氣,即有二個或以上因素對爐型的選擇各有其不容忽視的作用時,在而這些對爐型選擇皆產生決定性影響的因素皆稱之為“主因素”。諸“主因素”有以下幾種組合方式:(a)各因素的作用是并行不悖的,此時爐型選擇類似于單因素煙氣;(b)各因素對爐型選擇的作用是相反的,此時爐型選擇一般仍以影響較大的一個因素作為依據,以考慮在最不利情況下,鍋爐的正常運行;(c)各因素對爐型選擇作互不干擾,此時應考慮各個因素對鍋爐的要求,按各個因素對爐型進行“篩選”。

      關于余熱鍋爐

      余熱鍋爐:是利用各種工業過程中的廢氣、廢料或廢液中的顯熱或(和)其可燃物質燃燒后產生的熱量的鍋爐?;蛟谌加?或燃氣)的聯合循環機組中,利用從燃氣輪機排出的高溫煙氣熱量的鍋爐。

      主要余熱鍋爐品種有:燒結機余熱鍋爐、三廢混燃爐及吹風氣余熱鍋爐、水泥窯余熱鍋爐、鋼鐵余熱鍋爐、危廢余熱鍋爐、垃圾焚燒余熱鍋爐、焦化余熱鍋爐、有色金屬冶煉余熱鍋爐、硫酸余熱鍋爐、礦熱爐行業余熱鍋爐、玻璃窯余熱鍋爐、干熄焦余熱鍋爐、碳素窯余熱鍋爐、燃氣蒸汽輪機余熱鍋爐、煉鋼余熱鍋爐等。

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