简述余热锅炉高温区内保温结构的优化策略

简述余热锅炉高温区内保温结构的优化策略

王赞

东莞巨正源科技有限公司 广东东莞 523000

[摘 要]余热锅炉一般处于石油化工装置反应系统尾部及汽轮机组的上游，是进行余热回收的有效装置。因锅炉受自身的结构及各段温度流速等总体情况所影响，锅炉本体保温结构通常设为内外这两种保温形式，自锅炉进烟口部位至蒸发段会设置内保温区，锅炉蒸发段出口至烟囱区域会设置外保温区。锅炉处于外保温的结构由于处于锅炉外部且在低温区域，施工受锅炉运行影响较小，结构处于户外环境下运行操作，实操空间大，故维修或及部件更换处理操作相对便捷。安装于锅炉高温、高流速段的内保温，整体结构复杂，锅炉内部内保温区域较多，所有受热模块紧密衔接，锅炉入口高温段烟道内部各种管道、模块（如分布器、过热器、蒸发器、SCR系统、NMHC系统）等排列复杂，检修余热锅炉内保温工作期间，实操空间小，内保温区局部检修工作开展困难。鉴于此，本文主要围绕余热锅炉高温区的内保温结构优化策略开展深入的研究和探讨，仅供参考。

[关键词]高温区；余热锅炉；保温结构；

前言

国内近几年来整个聚丙烯市场发展态势良好，全国大概有50套丙烷脱氢装置处于在建或投入运行阶段。针对PDH装置，余热锅炉为重要的供能和节能装置，在一定程度上，余热锅炉总体运行效果对整个PDH装置能量回收、下游的汽轮机组总体运行效果有着直接影响。结合对已投放运行余热锅炉相关调查了解到，同类装置实际运行过程中，烟道内部高温区（即为入口段）有程度不同炉壳超温及内护板部位变形破损各种问题产生，尤其是临近着锅炉结构的梁柱超温，极大地威胁锅炉整个支撑结构强度，且锅炉的内衬板和保温棉发生破损后，严重影响下游空预器、蒸发器、脱硫脱硝处理系统正常的使用，威胁锅炉及各设备的运行安全稳定。受装置实际生产要求、余热锅炉整体复杂结构等各层面影响，这些问题发生后，装置对锅炉的入口段部位内保温实施维修处理时呈现出实操繁琐、操作难度大、高返修代价等问题。因而，针对这部分问题，结合具体的实例，综合分析余热锅炉高温区内的保温结构优化策略，有着一定的现实意义和价值。

1. 问题分析

某工厂PDH系统装置内部余热锅炉入口结构和运行参数详见表1，结构简图如图1所示，结合表1和图1相关资料便可了解到，该厂锅炉处入口段的烟气自上游管道逐渐进入至锅炉内部，因换热面积和效率问题所致，有一段喇叭口的变径现象存在，入口部位烟气的温度为600℃，且流速达150m/s。烟气变径过后经均布器，处于垂直平面部位均匀分布，并流向至下游的过热器、蒸发器、换热器等。经均布器过程中，局部湍流极易发生，对炉墙会产生冲击及振动，以至于该厂余热锅炉的入口段内部保温衬板发生破裂，且抽空保温，外部炉墙严重超温，下游设备严重堵塞，整体效率降低，装置被迫停工^[1]。如图2所示，为该厂余热锅炉内部普遍结构示意图，从内至外分别是炉墙、280mm硅酸铝类保温棉、2.5mm厚度304内护板，使用焊接于炉墙上面螺杆，固定内护板及保温棉，再实施螺母点焊。在一定程度上，此类型结构在适宜材料选取后比较适用于普通环境当中使用，但该厂的PDH装置高温及高流速、存在振动等这一环境条件之下，焊螺母一旦点松脱，则内护板会因加剧振动而发生破裂，且保温棉会与烟气直接接触，受高流速的冲刷影响，迅速抽空保温棉，所引发后果较为严重。

表1 余热锅炉入口结构和运行参数情况

图1 结构简图

图2 余热锅炉内部普遍结构示意图

2. 优化策略

为解决该厂现存问题，从基本结构及其安装优化层面提出余热锅炉处高温区内的保温结构优化策略，详细如下：

2.1 在基本结构优化层面

保证保温280厚度情况下，对余热锅炉处高温区内的保温结构优化实行分层错列固定处理方式，保温层的中间部位设连接角钢，该连接角钢将保温层合理划分成内层保温及外层保温两个部分。内层保温，其内含垫片、螺栓及螺母，内层螺栓一端和角钢焊接牢靠，另外一端则借助垫片及螺母和内护板妥善固定好^[2]；外层保温，其同样内含垫片、螺栓及螺母，外层螺栓一端和炉壳予以焊接固定好，另外一端则借助垫片及螺母和角钢固定好；内层螺栓和角钢连接部位，其和外层螺栓及角钢连接部位应呈错列布设好。高温区的内保温总体结构优化，其通过连接角钢的合理设置，确保连接炉壳与内护板保温实现螺栓分层，呈错列布设好，致使高温烟气所接触内层的固定件不会和炉壳直接接触，烟道内部高温烟气热量经内层的固定件及连接角钢、外层的固定件实现逐级传导，增加热阻，降低导热温度，防止因高温区的炉壳超温所致保温螺栓及内护板变形或脱落问题出现；内保温总体结构优化分层，烟气振动音频可经内层及外层部位固定件的传导过程，实现逐级减弱，降低噪音，该厂余热锅炉的高温区域内部噪音超标层面问题得以解决，内保温总体分层结构得以优化，保温螺栓实际长度得以缩短，保温材料整体敷设难度下降；错列固定方式促使保温材料得以充分压实，不超温运行效果理想。

2.2 在结构安装优化层面

1）在螺栓层面

螺栓对支撑余热锅炉处高温区内的保温结构内护板及保温材料层面作用较为突出，内保温当中落实需依照特定截距焊接于炉壳及连接角钢当中，由于有着较多数量，故落实可选用枪焊，落实焊接操作期间，应当确保螺栓、护板、连接角钢呈良好垂直度，且接触面周边应确保牢靠焊接。

2）在内护板层面

余热锅炉处高温区内的保温结构当中，内护板应当顺着烟气的流向予以搭接好，实行前压后、上压下、中心向左右侧压接等方式，确保对烟气进入至保温层起到有效阻隔作用。余热锅炉实际运行期间，高温区内的保温结构内护板极易受到热膨胀所影响，以至于会有位移量产生。故内护板上面开孔大小务必预留好运行膨胀所需裕度，一般情况下是D=40mm^[3]。

3）在连接角钢层面

余热锅炉处高温区内的保温结构当中，连接角钢需考虑到膨胀因素，开设腰圆孔，且角钢中间应将膨胀间隙预留好，角钢制造期间应将内层落实焊接处理定位点标记好。连接角钢可选用槽钢或是扁钢，除用螺栓结构实施焊接，还可实行铆接结构形式，需结合具体的需求情况予以调整。

4）在垫片及螺母层面

内保温当中垫片及螺母，其在余热锅炉处高温区内的保温结构当中所起到螺栓孔密封及支撑作用显著，内护板上下方部位应各设一个垫片，对连接角钢上部分位置则设2个垫片，其下方位置设1个垫片。现场如果内护板下层部位垫片漏装，则内护板总体支撑力将无法得以保证，内护板会产生变形问题，故应注重规范化操作，避免此类问题产生；连接角钢的上下部位均需安设好垫片，确保保温材料可被压紧，增强密封效果。按照要求实施垫片安装操作，螺母及螺栓将垫片紧固压紧后，要求螺母倒退约半圈，确保内护板、垫片、连接角钢均预留相应膨胀空间。

3. 结语

综上所述，余热锅炉因所处的运行环境复杂性突出，对其处高温区内的保温结构有着一定特殊要求，原有设计往往无法满足于实际的运行需求，极易有各种问题产生，这就需要设计者能够结合工厂余热锅炉处高温区内的保温结构具体问题及优化需求情况，积极落实余热锅炉处高温区内的保温结构优化工作，以保证余热锅炉处高温区内的保温结构总体优化运行效果得以提升，能够充分满足于余热锅炉整体运行需求。

参考文献

[1] 刘奇. 余热锅炉结构形式及运行特性研究综述[J]. 百科论坛电子杂志, 2020,16(028):445-446

[2] 孙成银, 蔡汝林. 余热锅炉高温烟道的改造实践[J]. 南方金属, 2020,42(001):339-400.

[3] 靳华东, 刘相伯. 烧结及球团环冷机高温废气余热回收应用研究[J]. 科技资讯, 2021, 19(024):411-412.