大型火管鍋爐的鍋筒內(nèi)裝設(shè)計

武成國

摘要：以某一項目為例，對大型火管鍋爐的鍋筒內(nèi)部裝置進(jìn)行選型計算，為同類鍋筒設(shè)計提供參考實(shí)例。

關(guān)鍵詞：鍋筒、水下孔板、波形板分離器、勻汽孔板、

0、前言

一項目的大型立式火管鍋爐頂部設(shè)置鍋筒，鍋爐本體高20m，鍋爐通過鍋筒產(chǎn)汽量約為14t/h，循環(huán)倍率為40，鍋筒的上升管為6根，下降管為2根，這些基本設(shè)計條件對內(nèi)部裝置的布置帶來一定的困難。

對鍋筒而言，設(shè)計可靠性高的內(nèi)裝，達(dá)到良好的分離效果，對系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。本文從鍋筒設(shè)計實(shí)例，探討大型立式火管鍋爐的鍋筒內(nèi)裝設(shè)計。

1、鍋筒內(nèi)裝設(shè)計原則

鍋筒內(nèi)裝的設(shè)計原則包括合理的汽水一次和二次分離、良好的汽水流動、給水均勻分配、合理的排污，防止下降管帶汽等等。

下面將從鍋筒內(nèi)裝的設(shè)計原則方面，說明內(nèi)裝總體布置、一次分離裝置、二次分離裝置、給水分配管、排污管、水位保護(hù)裝置和下降管入口柵板等設(shè)計。

鍋筒設(shè)計數(shù)據(jù)，運(yùn)行壓力1.1MPa（G），蒸汽流量14t/h，循環(huán)倍率40，上升管規(guī)格6-φ219，布置在鍋筒側(cè)面，下降管規(guī)格為2-φ325，布置在鍋筒下部，筒體為DN1200，長度為4500mm，要求飽和蒸汽濕度不大于1%。

2、鍋筒內(nèi)裝選型和布置

2.1 內(nèi)裝選型

本項目的鍋爐雖然是火管鍋爐，但對蒸汽品質(zhì)要求高，鍋筒內(nèi)裝組合方案為，一次分離裝置采用水下孔板，二次分離裝置采用波形板分離器和勻汽孔板，能達(dá)到濕度要求。

根據(jù)要求，鍋筒的上升管布置在側(cè)面，可以采用縫隙擋板，但鍋筒通徑DN1200mm，直徑小，若采用縫隙擋板，大部分蒸汽從正常液位以上至少150高的位置分離出，再向上流動中進(jìn)行重力分離，然后進(jìn)入波形板分離器和勻汽孔板進(jìn)行分離，其中的重力分離的距離小，重力分離的效果差，故不采用縫隙擋板。

2.2 內(nèi)裝布置

鍋筒內(nèi)裝的布置為：6根上升管布置在側(cè)面，上升管區(qū)域通過折流板與水下孔板相連接;兩根下降管布置在兩端的下部，在鞍座的外側(cè);上部布置波形板分離器和勻汽孔板;兩端設(shè)置上排污接口，中間下部設(shè)計下排污接口;其余內(nèi)裝按需要布置，下面詳細(xì)說明內(nèi)裝設(shè)計。

3、折流板和一次分離裝置設(shè)計

3.1 折流板設(shè)計

上升管在側(cè)面，需設(shè)置折流板將汽水混合物引到水下孔板的下部進(jìn)行一次汽水分離，折流板的設(shè)計原則為：汽水混合物從折流板與筒體的間隙流到水下孔板的流速盡量的低，減小流體對水下孔板氣墊的沖擊;汽水混合物從折流板縱向兩端流出時，避免下降管帶氣。

計算后，鍋筒折流板與筒體的間隙面積3200（縱向）x150（橫向）mm=4.8x105mm，上升管的總橫截面積為1.88 x105mm，前者是后者的2.5倍，設(shè)計合理。

3.2 一次分離裝置設(shè)計

一次分離裝置采用水下孔板，設(shè)計原則：選擇合理的穿孔流速，形成一層氣墊，均勻蒸發(fā)負(fù)荷;合理的水流動，形成良好的水內(nèi)部循環(huán);應(yīng)盡量的長，至少為鍋筒長度的三分之二。

根據(jù)運(yùn)行壓力，水下孔板穿孔流速為5.3m/s，因需總開孔面積較大，為減少孔數(shù)量，開孔直徑定為φ12mm，設(shè)計數(shù)據(jù)為3400（長度）mmx600（寬度）mm-1176（孔數(shù)量）-φ12（孔直徑）mm。

因鍋爐循環(huán)倍率高，上升管中分離出的水量為546t/h，合理布置水下孔板的位置，是本鍋筒與常規(guī)鍋筒相比，應(yīng)特別考慮的方面。通常水下孔板與鍋筒筒體的通道面積，能夠保證水的流速在1m/s以下，水流能通暢，經(jīng)計算本鍋筒此速度為0.8m/s，設(shè)計合理。

4、二次分離裝置設(shè)計

4.1 波形板分離器設(shè)計

二次分離裝置包括波形板分離器和勻汽孔板。波形板分離器的布置有水平式和立式兩種，水平式的蒸汽最大允許速度較立式小很多，為將波形板分離器布置的長些，蒸汽體積流量小選水平式，蒸汽體積流量大選立式;波形板分離器的長度應(yīng)盡量的長，至少為鍋筒長度的三分之二。

計算后，本鍋筒波形板分離器前的蒸汽速度為2.1m/s，縱向長度同水下孔板，縱向有兩排波形板分離器，以鍋筒縱向中心面呈V型布置，在V形底部布3根φ25的疏水管，插入到正常水位以下，用來疏水和平衡壓力。

4.2 勻汽孔板設(shè)計

勻汽孔板設(shè)計原則：選擇合理的穿孔流速，防止局部蒸汽負(fù)荷集中，均勻蒸汽負(fù)荷。

計算后，本鍋筒勻汽孔板的選用穿孔流速為13m/s，開孔數(shù)據(jù)為900（孔數(shù)量）-φ6（孔直徑），開孔率為2%，縱向長度為3300mm。為防止局部蒸汽負(fù)荷集中，應(yīng)注意兩點(diǎn)，一是勻汽孔板上部弓形截面的最大縱向蒸汽速度應(yīng)不大于蒸汽穿孔平均流速的二分一，二是蒸汽引出管內(nèi)的蒸汽速度應(yīng)不大于蒸汽穿孔平均流速的百分之七十，若不滿足這兩點(diǎn)，應(yīng)采取措施;經(jīng)計算本鍋筒的勻汽孔板的符合這兩點(diǎn)的要求，不需采用措施。

5、給水分配管、排污管、水位保護(hù)裝置設(shè)計

5.1 給水分配管

本項目給水分配管從封頭進(jìn)入，直接將給水引到下降管處，能防止下降管入口處抽空，和振動等;由于管內(nèi)給水溫度比鍋筒內(nèi)運(yùn)行溫度低，為防止溫差應(yīng)力對鍋筒的疲勞破壞，給水管引入封頭處應(yīng)加套管，套管和給水管的間隙大小應(yīng)能使溫度梯度減小。

本項目鍋筒，給水分配管通徑DN65，套管通徑DN100，能滿足設(shè)計要求。

5.2 排污管設(shè)計

鍋筒一般設(shè)置連續(xù)排污管和定期排污管，設(shè)計原則：裝在雜質(zhì)濃度最大的地方，同時遠(yuǎn)離給水管和加藥管。

本項目鍋筒長徑比小，為細(xì)長型筒體，因此兩端各設(shè)置DN40連續(xù)排污管（上排污管），排污負(fù)荷均勻。在鍋筒中間的底部設(shè)一定期排污管（下排污管），通徑為DN40。排污設(shè)計能夠滿足蒸汽品質(zhì)的要求。

5.3 水位保護(hù)裝置設(shè)計

水位保護(hù)裝置的設(shè)計原則：減少和消除鍋筒內(nèi)部工況對水位計的干擾，防止水位計的讀數(shù)失真導(dǎo)致人為失誤，保證水位計的正常工作。

常規(guī)直徑φ1200mm的鍋筒，液位計中心距一般為350mm，適用整體式水位保護(hù)裝置（即汽側(cè)保護(hù)和水側(cè)保護(hù)合并在一起）。本項目同為直徑φ1200mm的鍋筒，但用戶要求液位計中心距為500mm，數(shù)量為3套，且3套液位計均布置在同一側(cè)（另一側(cè)6根上升管和折流板占用大量空間），若仍采用整體式結(jié)構(gòu)，占用鍋筒內(nèi)部徑向的空間大，將影響鍋筒內(nèi)部的水循環(huán)和蒸汽品質(zhì)，因此本項目水位保護(hù)裝置的水側(cè)保護(hù)和汽側(cè)保護(hù)分開，符合設(shè)計原則。

6、下降管入口柵板設(shè)計

下降管入口柵板的設(shè)計原則：防止下降管入口產(chǎn)生漩渦和分離出汽體，下降管帶汽會引起水循環(huán)事故和振動等，應(yīng)避免。

本項目鍋筒下降管為2-φ325x10，通徑大，下降管距最低水位（鍋筒水平中心面以下20）距離為580mm，小于四倍下降管內(nèi)徑4x305=1220mm，應(yīng)設(shè)置下降管入口柵板;入口柵板距下降管取為180mm，符合0.5～1.0倍管徑的要求;入口柵板的大小設(shè)計為650x650，滿足2倍管徑的要求;因下降管的位置距離水下孔板和折流板較近，為防止上升管的汽水混合物可能進(jìn)入下降管，在入口柵板靠近水下孔板一側(cè)，加適當(dāng)高度的擋板，進(jìn)一步避免下降管帶汽的可能性。

7、結(jié)束語

本鍋筒針對根據(jù)大型立式火管鍋爐的工況，進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，為同類鍋筒的設(shè)計提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] JB/T9618-1999，《工業(yè)鍋爐鍋筒內(nèi)部裝置 設(shè)計導(dǎo)則》[S]。

[2] 林宗虎，徐通模.實(shí)用鍋爐手冊，第2版 [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.590-616。