余熱鍋爐特性分析

郭歡歡 焦光輝

（1.焦作市宇星鍋爐有限責任公司，焦作 454550；2.河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院焦作分院，焦作 450016）

余熱鍋爐是重要的換熱設備，主要利用工業(yè)系統(tǒng)中排放煙氣中的余熱加熱鍋爐系統(tǒng)中的水，使其產(chǎn)生高溫高壓的水蒸氣，或者輸送到其他設備中進行利用，這大大提高了能源的利用率。由于余熱鍋爐的工作狀態(tài)一般比較復雜，所以其設計布置也是一道難題。本文根據(jù)余熱鍋爐特點進行分析，對余熱鍋爐的設計進行研究，以提高余熱鍋爐的使用效率。余熱鍋爐在能源節(jié)約中具有不可估量的重大作用，能夠回收工業(yè)產(chǎn)生的余熱，提供給其他設備使用。

1 余熱鍋爐設計闡述

1.1 余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)及特點

該余熱鍋爐為煙道式余熱鍋爐，雙鍋筒縱向布置，主要由鍋爐本體、煙道調(diào)控裝置、水處理裝置、給水泵、閥門儀表、平臺扶梯、爐墻保溫及控制部分組成，如圖1所示。鍋爐本體制造及檢驗按TSG G0001-2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB/T16507.5-2013《水管鍋爐 第5部分：制造》、GB/T16507.6-2013《水管鍋爐 第6部分：檢驗、試驗與驗收》的規(guī)定進行。高溫煙氣直接沖刷對流受熱面，后經(jīng)煙囪排入大氣。鍋爐本體部分由Φ900mm×14的上、下鍋筒與Φ51mm×3對流管束、下降管Φ133mm×6（54根）組成；鍋爐爐墻為重型爐墻，里面由耐火磚砌筑，外部由紅磚砌筑，起著支承鍋爐和保溫密封作用，以減少散熱損失，確保運行工作人員所處的工作環(huán)境安全。選用可靠的控制裝置及優(yōu)質(zhì)的閥門儀表可以確保鍋爐運行安全可靠。

鍋爐整體結(jié)構(gòu)簡單，煙氣阻力小，運行安全、操作簡單、維護方便，特別適用于小型金屬、陶瓷、熔煉行業(yè)窯爐的余熱回收。

1.2 余熱鍋爐工作參數(shù)

本鍋爐具有聯(lián)鎖保護功能，安全附件主要有壓力表、安全閥及水位控制器。鍋爐工作參數(shù)如表1、表2、表3和表4所示。

表1 鍋爐工作參數(shù)（一）

表2 鍋爐工作參數(shù)（二）

表3 鍋爐工作參數(shù)（三）

表4 鍋爐工作參數(shù)（四）

圖1 煙道式余熱鍋爐

1.2.1 鍋爐給水

鍋爐的自動給水是通過一只DSJ-25型電極式水位控制器進行傳感的。當鍋爐水位下降至正常水位下限時（-20mm），DSJ-25發(fā)出啟動水泵信號，此時水泵向鍋爐給水，鍋爐水位逐漸上升，當水位上升到鍋爐正常上限（+30mm）時，DSJ-25發(fā)出停泵信號，隨即水泵停止向鍋爐給水。

1.2.2 性能特點

該型余熱鍋爐具有下列特點：當煙氣溫度為650℃，煙氣流量為50000Nm3/h，鍋爐的額定蒸發(fā)量為12t/h；該爐額定工作壓力為1.0MPa，額定出口溫度為184℃；鍋爐本體散裝出廠，現(xiàn)場砌筑安裝。

1.3 省煤器設計布置

省煤器采用φ38mm×4優(yōu)質(zhì)鍋爐管（GB3087-2008）彎制成的蛇形管，橫向沖刷錯排布置，橫向間隔150mm，縱向間隔160m，煙氣由下向上流動。鍋爐給水經(jīng)過省煤器進口集箱、省煤器管束、省煤器出口集箱后進入鍋筒。省煤器為單獨部件，由煙道與鍋爐本體連接。安裝前進行水壓試驗，試驗壓力應符合相關(guān)規(guī)定。

1.4 鍋筒和對流管束設計布置

鍋筒內(nèi)徑為φ900mm，壁厚14mm，無損檢測100%檢測合格后。將鍋筒支座定位，再起吊下鍋筒就位。這時，應根據(jù)鍋爐縱向安裝基準線和標高基準線對鍋筒中心線進行測量，其允許偏差應符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，各件在就位時應根據(jù)隨機圖的要求預留支座的膨脹間隙。，并對上鍋筒作臨時固定。

對要求了解鍋筒及受熱面膨脹量的，應按設計要求在鍋筒適當位置焊接膨脹指示牌，在鋼架上焊膨脹指示針，并指示在零位。本鍋爐共113組對流管束，對流管束規(guī)格為φ51mm，采用20（GB3087-2008）鍋爐管制成。對流管束采用順列布置，采用插入式焊接。在對流管束四角各裝一根基準管校核尺寸，校核后并與鍋筒點焊。對照基準管裝上其余管排，要求管排均勻整齊，局部間隙與設計安裝位置偏差不宜大于5mm。

1.5 煙氣旁路及流程圖的布置

用戶可根據(jù)實際情況自行確定煙氣流程。調(diào)風門的安裝位置視現(xiàn)場情況確定，主煙道的調(diào)風門須設置于旁路煙道進口與鍋爐煙氣進口之間；如風道中設置膨脹節(jié)，可根據(jù)現(xiàn)場情況確定安裝位置；煙道所需支撐由用戶視實際情況自行處理。

1.6 爐墻及附件設計布置

煙道式余熱鍋爐爐墻的砌筑至關(guān)重要，它直接影響鍋爐的運行效率。爐墻的砌筑應符合GB50273-2009《鍋爐安裝工程施工及驗收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。鍋爐砌墻時，在同一層內(nèi)前后相鄰磚列和上下相鄰磚縫應交錯，墻體要平整和垂直。內(nèi)襯墻壁耐火磚，與隔溫層外墻應設置牽連結(jié)構(gòu)，牽連磚上下兩排的間距以5～8層為宜，在嵌入部分的耐火磚上部不上灰漿。爐頂砌磚，一般采用“咬砌”錯磚縫。爐頂耐火層采用預制方式，成型后吊裝在爐頂，上砌紅磚一層密封。外形美觀，典雅大方。

2 鍋爐水質(zhì)要求

鍋爐水質(zhì)必須符合GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標準中的要求。水質(zhì)不符合要求會產(chǎn)生溶解氧腐蝕，汽水共騰，還會使泥沙沉淀，鍋筒下部形成泥垢，破壞水循環(huán)，使管子過熱變形、爆管，甚至使鍋筒過熱導致鍋筒裂紋爆炸。

3 控制要求

3.1 排污

不按規(guī)定排污，會導致對流管束堵塞，引起爆管，鍋筒過熱、裂紋，引起爆炸事故。一般給水內(nèi)含有或多或少的礦物質(zhì)，給水進入鍋爐汽化后，礦物質(zhì)留在爐內(nèi)，濃縮到一定程度后，就在爐內(nèi)沉淀下來，蒸發(fā)量越大，運行時間越長，沉淀物就越多。

3.2 停爐

3.2.1 余熱鍋爐的正常停爐

由于檢修或其他原因，需要有計劃地停爐時，其操作如下，

（1）停爐前的準備：全面檢查了解設備操作情況，擬訂檢修項目并及時通知用戶即將停爐。設備儀表檢查內(nèi)容：設備異常、裂紋、儀表指示不準、開關(guān)不靈、漏氣、漏風、漏煙等。

（2）降低負荷：準備工作完成后，與工業(yè)爐窯聯(lián)系，逐步減少進入鍋爐的熱量；按規(guī)定要求，逐漸降低爐溫，直至最后停止。

（3）余熱鍋爐列解：當蒸汽流量近于0時，可將主汽閥緩緩關(guān)死，使余熱鍋爐與熱網(wǎng)列解。為了避免急劇冷卻，應使鍋爐處于密閉狀態(tài)。不許打開爐門進冷風，也不許上水、放水。待爐溫慢慢降下，6h后方可打開爐門進出口，進行自然通風。

3.2.2 緊急停爐

立即停止給煤和送風，減少引風；迅速扒出爐內(nèi)燃煤，或用砂土、濕爐灰壓在燃煤上，使爐火熄滅，但不得往爐膛里澆水；爐火熄滅后，將煙、風擋板、爐門和灰門打開，以冷卻爐排；急速打開安全閥、空氣閥，降低壓力，迅速將鍋爐與蒸汽母管隔開。

因缺水事故而緊急停爐時，嚴禁向鍋爐給水，并不得進行開啟空氣閥或提升安全閥等有關(guān)排氣的調(diào)整工作，以防止鍋爐受到突然的溫度或壓力的變化而擴大事故，如無缺水現(xiàn)象，可采取排污和給水交替的降壓措施；對于蒸汽爐，因滿水事故而緊急停爐時，應立即停止給水，關(guān)小煙道擋板，減弱燃燒，并開啟排污閥放水，使水位適當降低，同時開啟主汽管、分汽缸及蒸汽母管上的疏水閥，防止蒸汽大量帶水和管道內(nèi)發(fā)生水沖擊。一旦發(fā)生鍋爐嚴重缺水事故，嚴禁向鍋爐給水，否則會導致鍋爐爆炸。

緊急停爐時，爐溫變化較快，必須防止事故的擴大或出現(xiàn)新的事故。應迅速斷絕進入余熱鍋爐的煙氣，很快降低負荷，保持密封3h即可自然通風。同時上水、放水，讓爐水溫度降到70～80℃后，放掉全部鍋水。

3.3 高低水位報警安裝按自動控制的要求

高低水位報警器及低水位聯(lián)鎖，在爐水達到高度、低水位極限時發(fā)出報警必須有音響信號。以音響信號的變化壓分出高、低水位為宜；高、低水位報警器應能滿足鍋爐的工作壓力和溫度的需要；在汽、水連管上安裝截止閥，當鍋爐運行時，應把閥門全開，并安裝有防止別人擰動的裝置。

高、低水位報警器的電極應保持與鍋筒水平垂直。在安裝時一定要調(diào)整好，安裝完畢后，要與玻璃水位表校對水位，使兩者統(tǒng)一，認定符合要求方可使用；連接高、低水位報警器的汽、水連管的直徑不小于Φ32mm，管子的材質(zhì)應選用無縫鋼管。對于電極式高、低水位報警器，高、低電極或浮筒指示的液位應與鍋筒一致。

4 鍋爐安全運行

鍋爐的排污管、排污閥不應采用螺紋連接。正常運行中，必須每班排污一次，排污率應當符合相關(guān)要求，以軟化水為補給水或者單純采用鍋內(nèi)加藥處理的工業(yè)鍋爐不高于5%。

正常運行時要求保持爐內(nèi)水位正常，蒸汽壓力穩(wěn)定，保持鍋爐房的整潔，做好交接班工作。余熱鍋爐運行時，受工業(yè)爐窯影響較大，操作多應與工業(yè)爐窯加強聯(lián)系，才能保證鍋爐的正常運行。司爐人員應經(jīng)常監(jiān)視壓力表，鍋爐的工作壓力應穩(wěn)定在額定工作壓力下，避免使安全閥處在欲跳未跳狀態(tài)。

5 結(jié)論

該余熱鍋爐與一般工業(yè)鍋爐在結(jié)構(gòu)形式各有不同。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展、科學技術(shù)的進步和管理水平的提高，鍋爐行業(yè)從設計制造到使用運行水平都發(fā)生了較大的變化。在設計余熱鍋爐時，人們應根據(jù)煙氣的特性，了解鍋爐的生產(chǎn)過程，減少余熱鍋爐工作時可能產(chǎn)生的安全隱患，從而節(jié)約能源，降低煙氣溫度，保護環(huán)境。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.TSG G0001-2012鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，2012.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T16507.5-2013水管鍋爐 第5部分：制造[S].北京：中國標準出版社，2013.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T16507.6-2013水管鍋爐 第6部分：檢驗、試驗與驗收[S].北京：中國標準出版社，2013.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50273-2009鍋爐安裝工程施工及驗收規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2009.

[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T1576-2008工業(yè)鍋爐水質(zhì)[S].北京：中國標準出版社，2008.

[6]古大田，方子風.廢熱鍋爐[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.

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