立式碳素窑余热锅炉的设计及安装使用要点分析

立式碳素窑余热锅炉的设计及安装使用要点分析

刘长庆

南京奥能动力设备有限公司 210000

摘要：由于碳素制造技术的进展,碳素节能技术水平也有了很大的提高。其在制造过程中产生的余热虽已开始被使用,但是受到制造技术水平落后和目前中国国内节能技术水平的制约,该产业依然是个高能耗、重污染行业,而且大量的高温余电还没有完全被使用,从而导致了电能的巨大浪费。同时由于排烟温度偏高,使得排烟及除尘净化的工作都很难完成。所以,生产公司大量投入余热锅炉回收能量已经是必须的发展趋势,因为这样将降低能耗,并且也可以减排降污、环保,进而提升生产公司的经济实力。基于以上原因很多公司设计了一台立式碳素余热锅炉。此炉在设计上连续、稳定、安全运行,满足市场要求。

关键词：立式碳素窑余热锅炉；设计；安装使用

节能余热锅炉工程设计是一个复杂繁琐、对安全性和经济效益要求都非常高的庞大系统工程,目前普遍存在着对有经验的总设计师依赖性大、工程设计周期较长、知识复用性差等问题,因此如何迅速研制出客户所需要的新型产品,就关乎着公司的生存与发展。而立式碳素窑余热锅炉就满足了这一需求，本文主要介绍其设计及安装使用要点。

一.余热锅炉的工作原理

余热高压锅炉主要包括火管式和水管式二种类型。其构造原理与传统工业锅炉相近似。火管型余热锅炉由于储水能力较大,在排烟量和用水汽容量波动的条件下汽压力波动也较小,但其蒸发率和蒸汽压力均受锅筒管径大小和操作要求的影响。另外,烟管末端和管板之间由于冷却效果不佳和温度应力变化很大,在烟气的温度较高(高于600℃)、管板较厚的情况下也不能使用这种锅炉,而宜使用管道型余热锅炉。管道型余热锅炉一般有辅助循环和半自动循环两种循环方法。

余电燃煤锅炉使用生产流程中的气体或废气、废液,再加上某种动能机器所排出的热能形成蒸气或热工水力的燃煤锅炉。余热燃烧锅炉也是最主要的节能装置,各类冶金炉和焙烧窑的排出工作温度约为650~1250℃;而燃油轮机和汽油引擎等动力机械设备的排出工作温度则为370~540℃。

加装了余热燃烧锅炉能够吸取所有排烟中的部分热能,整个系统的热能效率就能够明显提升。另外进入余热锅炉的排烟环境温度,是确定余热锅炉受热平面布局形状的一项关键因素。在石油化工产品的裂解工序中,为了减少高温裂解废气的重新聚合,必须使高温裂解废气迅速冷至裂解反应完全终止的环境温度,这时余热锅炉就将形成不能缺少的应急制冷工艺设备^[1]。

高温含尘废气使用余热锅炉时,除水温下降之外,还能沉降一些灰尘,这对于降低污染以及安装除尘也是有益的。在化工制造流程中,余热锅炉的排放温度决定下一个工序的需要。

二.立式碳素窑余热锅炉的结构特点

该锅采取单锅筒的立式放置形式、自动循环、结构紧凑、占地较少。烟气从前壁上下部流入,再向后下部排出。按烟气流动走向,在受热面上分别放置了防渣套管、高温过热器、降温过热器、空气对流套管、省煤器等,由锅壁与套管中的膜式壁共同组成了空气流动管道。锅炉最大外形尺寸为(长×宽×高):10600mm × 8445mm× 12800mm。具体参数如下：

表1锅炉参数表

2.1锅筒

锅筒采取高位式布置,并布置于钢柱上方。而锅筒内部设备的一次性分开采取水下孔板结构,二次分离元件为波形板式分离器。为确保优质的蒸气质量和合格的锅水,还配有加药管和表面排水管道等。为方便调节水位,还配有紧急放水管^[2]。

为确保安全性和方便作业,在锅筒上还装有压力计、保险阀和设备管座。锅筒共设有五组水位表,组为双色水位仪表,便于使用单位设置工业摄像头以观察实际水位变化,另一组为玻璃接管液位计,用于就地观测:另一组为电接点式液位计管座,可做为水位指示和接水位报警器之用;两组水位平衡容器,作水位记录和管理之用。

2.2受热面的结构形式

沿着锅炉烟气流动方向受热而依次布置有两组防渣管束、两级过热器、四组对流管束、一组省煤器。过热器置于防渣管束之后,分为高温段、低温段,全部为逆流型布置,并悬吊在防渣管下部集盒上,中部设有一个喷水型减温器,该减温器用来调整过热器出口的蒸汽水温。对流管束在过热器后,再分为四组,省煤器则装设于燃煤锅的尾端,水流与烟气互相逆流。过热器受热面的材质,采用耐热性较好的低合金钢(12Cr1MoVG)。省煤器通过经过特殊工艺加工的新型全钢结构H型翅片管,全部采用焊接结构。该结构吸取了传统铸铁省煤器的构造优势,同时解决了传统铸铁省煤器质量不稳的缺陷。定期排污设在受热表面的下联箱上。考虑到余电烟气的高含灰性,为避免受热表面的损坏和积灰,同时又有利于清灰,管排一般采取较宽节点间距、按顺列布设的方法。为了确保锅炉水循环的安全性,布置了合理的引出管和下降管。

2.3钢架与平台扶梯

为了使用正常运转和检修,设置了多层台阶,而平台扶梯全部通过了拉网板结构,而电梯则设置于高压锅炉的二端,整台高压锅炉布置型式为:下部为混凝土结构的基础,上部为全钢构架。

2.4清灰装置

鉴于余热锅炉烟气中存在大批粉尘,本锅炉设备还特别设定了余热锅炉专门的声波除灰设备,分别布置于锅炉设备的防渣管束处、过热器、对流管束、省煤器之间。对流管束的每一个管组上均设有了吹扫点,布设在高压锅炉的左右侧壁上,共计6个吹扫点,用户可根据受热面的积灰情况自行安排吹灰。吹灰的频率,可依据实际工作时受热而的积灰多少而调节。布置吹灰器的目的是防止烟气中的灰尘粘附到管壁上。

2.5护板、烟道、炉墙

锅炉的受热平面四周布置有炉壁,以形成排烟通道,炉壁内部为半壁耐火砖,内部为半壁保温板材,最外侧则为一壁的机制红砖墙体,这一构造确保了炉壁有良好的稳定性与密封性,同时使整体的锅炉漂亮、悦目。锅炉在受热面前后装有温度测量孔,在锅炉进出口装有负压测量孔,以达到自控要求。

三.立式碳素窑余热锅炉的设计要点

按照用户所提出的烟气成分、设计数据、以及现场状况来看,本锅炉具有如下的一些优点:

3.1锅炉采用单锅筒,自然循环,立式布置,膜式壁隔墙;

3.2过热蒸汽调温系统采用喷水降低温度,因为喷水减温结构简单、调节灵敏、易于自动化。但喷水调节因喷入的水同蒸汽直接接触,要求水质好,水的含盐量<0.3mg/kgo减温能力可达30~40℃。

3.3受热面吹灰采用共振腔式声波吹灰器,此吹灰器具有体积小,安装方便,维修量极小的特点,最主要的是它能全面清除积灰和结焦,不留死角。实际证明此吹灰器自锅炉运行以来,使用效果良好^[3]。

3.4为减少锅炉漏风,炉墙采用护板结构。

3.5在对流管束与省煤器之间设置旁通烟道,以防省煤器出现故障时,烟气可不通过省煤器直接排入烟道,便于省煤器的检修。

3.6在对流管束下部集箱处设置6个吹扫孔,以便吹扫集箱上积灰。

3.7省煤器管采用H型翅片管,这样既节省了钢材又强化了传热。

3.8对流现象的管束烟气口隔墙,采用在管道上的直接焊扁钢制,而不是砌耐火砖,这样即减轻了锅炉重量又缩小了锅炉外形尺寸。

四.安装及使用的简要说明

锅炉安装时须执行《锅炉设备安全监察标准》和《锅炉设备环保工艺监督管理标准》。

另外要做好施工前期准备:首先组织相关技术人员认真研究学习资料,掌握了有关的规范内容、锅炉说明书、安装应用说明书和相关的技术标准文件,以熟悉锅炉特点和施工原则,以便安装、操作和维护。同时进行设备检测,以及基层浇筑,便于后期的锅炉施工。

建议按照如下顺序进行安装:

(1)钢架及部分主要平台用扶梯安置,固定锅筒支坐,锅筒安装后就位。

(2)安装平台自动扶梯系统,水冷屏、对流管束装置就位及支吊架。过热器组焊及支吊架。省煤器组焊及支吊架。空气预热器装置。

(3)进行水压试验,在试验通过后可以安装锅筒的设备。

(4)安装仪表、阀门及连接管道。

(5)重新砌好炉壁,并且进行外包裹。烟风道安装。

(6)锅筒及管道保温.烟风道保温。

(7)将锅炉外包除去油污、锈,按相关规范及要求油漆。

锅炉设备使用管理一般分为如下环节:锅炉设备使用前的准备；从锅炉设备开始工作；并汽工作、正常操作、安全附件的使用和管理、排污、常见事故处理和一般预防措施、停炉、维修保养、高压锅炉运行试验和低水压试验、功控基本条件检查和联锁维护、经济运行和使用管理。各个环节都非常关键,具体情况可参见锅炉的安装使用说明书。

五.结束语

综上所述，立式碳素窑余热锅炉构造简洁紧凑,且所需费用相对低廉,在环保的同时节约了能源,但随着科技的进展或许还能够进行模块化制造,并把这一环保概念用于各行各业。

六.参考文献

[1]于海全. 燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉腐蚀泄漏原因分析与对策[J]. 清洗世界,2022,38(02):5-8+16.

[2]曾育坤,曹阳,杜海亮,邹昕. 水力清灰技术在某600t/d垃圾焚烧炉余热锅炉应用的试验研究[J]. 环境卫生工程,2022,30(01):51-56.

[3]陈国喜,尚梦源,王为术,王健滨,赵建勋,张景尧. 正压水煤气立式余热锅炉气固两相流动特性研究[J]. 工业加热,2021,50(12):38-43.