廢熱鍋爐文獻(xiàn)綜述資料

1、廢熱鍋爐1.廢熱鍋爐概論廢熱鍋爐是利用工業(yè)生產(chǎn)過程中的余熱來(lái)生產(chǎn)蒸汽的鍋爐。它屬于一種高 溫、高壓的換熱器。廢熱鍋爐較早是用來(lái)產(chǎn)生一些低壓蒸汽，回收的熱量有限,只 是作為生產(chǎn)的一般輔助性設(shè)備。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，廢熱鍋爐的參數(shù)逐漸提高，廢 熱鍋爐由生產(chǎn)低壓蒸汽的工藝鍋爐轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)高壓蒸汽的動(dòng)力鍋爐。廢熱研究的 新成果不斷涌現(xiàn)研究的新成果不斷涌現(xiàn)得在廢熱鍋爐設(shè)計(jì)、制造、使用、安 全管 理等領(lǐng)域的研究的新成果不斷涌現(xiàn)。11.1廢熱鍋爐的特點(diǎn)廢熱鍋爐與普通動(dòng)力鍋爐一樣，都是生產(chǎn)動(dòng)力蒸汽的一種高溫高壓設(shè)備， 所不同的是熱源不同。它不是采用煤油、天然氣、煤等燃料，而是利用化工生 產(chǎn)工藝氣中的廢熱。因此，

2、它既是一種能量回收裝置，也是一種化工介質(zhì)工藝 設(shè)備。廢熱鍋爐的共同特點(diǎn)是：操作條件比較惡劣（如高溫、高壓、熱流強(qiáng)度 大，鍋爐受壓元件的熱應(yīng)力大等），并要求連續(xù)、穩(wěn)定地安全運(yùn)行，對(duì)高溫工 藝氣的溫度和冷卻速度的控制要求十分嚴(yán)格。廢熱鍋爐的運(yùn)行比常規(guī)鍋爐更復(fù) 雜，廢熱鍋爐利用的是余熱，不僅是高溫氣體的顯熱，而且還利用某些廢氣中 所含少量的可燃物質(zhì)（如一氧化碳、氫氣、甲烷）等化學(xué)熱能。例如，催化裂 解裝置中再生器排出的再生氣體，其溫度可達(dá)550 C750。另外催化裂 解裝置再生器排出的高溫?zé)煔庵泻泻芏喾蹱畲呋瘎?。煙氣中灰分含量高，?但對(duì)流受熱面的磨損加劇，而且因?yàn)槭軣崦娣e灰嚴(yán)重，需要經(jīng)常除灰和定

3、期停 爐清掃，給生產(chǎn)帶來(lái)一定困難。有些高溫?zé)煔庵泻休^多的二氧化硫和三氧化 硫,使得煙氣露點(diǎn)升高，受熱面的低溫腐蝕嚴(yán)重，檢修工作量增加。1.2廢熱鍋爐的分類在廢熱鍋爐中進(jìn)行的是熱量傳遞的過程，因此廢熱鍋爐的基本結(jié)構(gòu)也是一具 有一定傳熱表面的換熱設(shè)備。但是由于化工生產(chǎn)中，各種工藝條件和要求差別很 大，因此化工用的廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)類型也是多種多樣的。1按照爐管是水平還是垂直放置，廢熱鍋爐可以分為臥式（大都采用火管式,即 管內(nèi)走高溫工藝氣體，而管外走飽和水或水蒸氣）和立式（比臥式鍋爐水循環(huán)速度 快,傳熱速率較高，蒸汽空間也較大，因此這種鍋爐蒸發(fā)量大）兩大類。2按照鍋爐操作壓力的大小，廢熱鍋爐可以分為低壓

4、（蒸汽壓力在1. 3MPa 以下）、中壓（蒸汽壓力在1. 4 3. 9MPa范圍內(nèi)）、高壓（蒸汽力在4. 0 10.0MPa范圍內(nèi)）三大類。3按結(jié)構(gòu)和工藝用途來(lái)分類（1）按照爐管的結(jié)構(gòu)形式不同，廢熱鍋爐可以分為:列管式、U形管式、刺刀 管式、螺旋盤管式以及雙套管式等。（2）按照其生產(chǎn)工藝或使用的場(chǎng)合不同，廢熱鍋爐可以分為:重油氣化廢熱鍋 爐、乙烯生產(chǎn)裂解氣急冷廢熱鍋爐、合成氨前置式、中置式或后置式廢熱鍋爐 等。2廢熱鍋爐的設(shè)計(jì)2. 1設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容工藝尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算、零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。為達(dá)到剛度和強(qiáng)度，要 求設(shè)計(jì)殼體壁厚時(shí)的彈性失效準(zhǔn)則，考慮到容器宏觀強(qiáng)度和致密性，必須采用耐 壓試驗(yàn)，設(shè)

5、計(jì)中，局部應(yīng)力引起的失效是不允許的，故必須采用開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。2. 2 具體設(shè)計(jì)計(jì)算步驟2. 2. 1機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算選材料；壁厚計(jì)算2. 2. 2開孔補(bǔ)強(qiáng):人孔、汽包開孔、小封頭開孔2. 2. 3壓力試驗(yàn)（水壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)）及應(yīng)力校核2. 2. 4換熱面積校核2. 2. 5鞍座的設(shè)計(jì)與校核2.3廢熱鍋爐的設(shè)計(jì)發(fā)展廢熱鍋爐是焦化廠煤氣凈化生產(chǎn)線硫回收單元的主要設(shè)備。為滿足系統(tǒng)工藝 要求，傳統(tǒng)廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均采用前后兩套廢熱鍋爐才能實(shí)現(xiàn)硫磺的充分 回收。為了節(jié)能減排合理分配資源，涌現(xiàn)了一批新型的設(shè)計(jì)，例如合肥通用機(jī) 械研究院對(duì)其系統(tǒng)工藝特點(diǎn)進(jìn)行了深入研究，在廢熱鍋爐設(shè)備設(shè)計(jì)中采用了 在汽包中增設(shè)

6、蒸發(fā)器的創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了硫回收單元廢熱鍋爐的一體化設(shè)計(jì)。 該新型廢熱鍋爐的設(shè)計(jì)既滿足了系統(tǒng)工藝的要求，達(dá)到了節(jié)能減排、硫磺資源 充分回收，同時(shí)又降低了設(shè)備一次性投資和減少設(shè)備占地等1硫回收單元傳統(tǒng)廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)硫回收單元傳統(tǒng)廢熱鍋爐總體結(jié)構(gòu)見圖1,汽包與廢熱鍋爐本體之間通過4根 上升管及2根下降管聯(lián)結(jié)，利用汽水密度差及汽包的高位實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)，使系統(tǒng) 安全運(yùn)行。圖1中硫磺捕集器設(shè)置在廢熱鍋爐本體出口管箱內(nèi)，冷卻后的過程 氣流經(jīng)硫磺捕集器使液態(tài)硫磺收集后經(jīng)冷卻后排出并收集。由于傳統(tǒng)廢熱鍋 爐 結(jié)構(gòu)原因，必須在硫反應(yīng)器前后布置兩套廢熱鍋爐才能實(shí)現(xiàn)硫磺的充分回收。21|招閾耘圖1傳統(tǒng)廢熱鍋爐總體結(jié)構(gòu)2

7、硫回收單元新型廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)新型廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)上最突出的創(chuàng)新點(diǎn)是減少了低溫過程氣冷卻器II （低溫廢 熱鍋爐）。根據(jù)廢熱鍋爐設(shè)計(jì)工藝參數(shù)，取消了低溫廢熱鍋爐后，必須在高溫廢 熱鍋爐本體或汽包中增設(shè)能使過程氣再次冷卻的換熱器，以便使經(jīng)硫反應(yīng)器反 應(yīng)后的含硫過程氣冷卻并產(chǎn)生蒸汽和回收硫磺資源。通常廢熱鍋爐主要由廢熱 鍋爐本體、汽包及上升管和下降管組成。廢熱鍋爐本體其實(shí)質(zhì)是一臺(tái)蒸發(fā)換熱 設(shè)備，熱源為高溫過程氣，被加熱介質(zhì)為接近飽和的鍋爐水；汽包應(yīng)具有足夠 的蒸汽容積和水容積，主要作用是使本體中換熱管在熱負(fù)荷作用下能持續(xù)得到 適當(dāng)?shù)乃?，并由汽包的高位系統(tǒng)及汽水密度差獲得一定的循環(huán)動(dòng)力，以滿足 水循環(huán)可靠

8、性的各項(xiàng)要求；汽包內(nèi)部設(shè)置汽水分離裝置，使汽水混合物在汽包 內(nèi)充分分離，得到含水及雜質(zhì)少的蒸汽；鍋爐給水在進(jìn)入廢熱鍋爐本體前在汽包 內(nèi)加熱到飽和，提高了循環(huán)動(dòng)力；飽和的鍋爐水經(jīng)下降管流入廢熱鍋爐本體進(jìn) 行加熱蒸發(fā)，本體中的汽水混合物經(jīng)上升管流入汽包，如此循環(huán)達(dá)到廢熱鍋爐 系統(tǒng)的安全運(yùn)行；根據(jù)汽包的獨(dú)特作用，一般汽包內(nèi)不能設(shè)置蒸發(fā)換熱管，以 免影響水循環(huán)和廢熱鍋爐本體的安全可靠性。對(duì)廢熱鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)作了多種方 案進(jìn)行比較，并通過傳熱計(jì)算、流阻計(jì)算及水循環(huán)計(jì)算，提出了兩種一體化設(shè)計(jì) 方案。即在汽包筒體下半部?jī)?chǔ)水部分直接增設(shè)一組蒸發(fā)器的方案以及在廢熱鍋 爐本體中直接增設(shè)一組蒸發(fā)器的方案。經(jīng)傳熱計(jì)算、

9、流阻計(jì)算及設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算, 在廢熱鍋爐本體中直接增設(shè)一組蒸發(fā)器存在兩大缺陷，一方面造成設(shè)備結(jié)構(gòu)極 為復(fù)雜；另一方面廢鍋本體管板由于兩組蒸發(fā)器介質(zhì)溫差的不同而引起的管 板 上下兩部分的溫差應(yīng)力較大，管板的設(shè)計(jì)困難，甚至很難確保廢鍋運(yùn)行過程中 的安全可靠性。而在汽包筒體下半部?jī)?chǔ)水部分增設(shè)一組蒸發(fā)器，雖然有別于傳 統(tǒng)汽包的設(shè)計(jì)，但根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，其結(jié)果完全可行，并能確保系 統(tǒng)水循環(huán)正常工作。最終設(shè)計(jì)的新型廢熱鍋爐系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖2。724 26 700程氣;膻鍋本體口-K7W圖2 一新型廢熱鍋爐總體結(jié)構(gòu)圖3新型廢熱鍋爐本體換熱管結(jié)構(gòu)3硫回收單元傳統(tǒng)廢熱鍋爐與新型廢熱鍋爐的比較新型廢熱鍋爐由于

10、創(chuàng)新型的一體化設(shè)計(jì)，達(dá)到了系統(tǒng)工藝要求及節(jié)能減排、 回收資源、降低設(shè)備一次性投資、減少設(shè)備占地的要求。其中減少了一套廢熱 鍋爐系統(tǒng)，可減少設(shè)備占地約80%,節(jié)約設(shè)備一次性投資60% - 70%,同時(shí)減少 了生產(chǎn)過程中設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用、縮短了檢修周期，使系統(tǒng)設(shè)備的布置更為簡(jiǎn)捷、 緊湊，管道布置更為簡(jiǎn)略。新型廢熱鍋爐最突出的創(chuàng)新點(diǎn)在于汽包上布置了蒸發(fā)器的新型結(jié)構(gòu)，同時(shí) 對(duì)設(shè)備的防腐措施提出了明確要求，這些改進(jìn)，在用戶的安裝現(xiàn)場(chǎng)得到了多方 專家的肯定。投用兩年多來(lái)，運(yùn)行效果良好、硫磺資源的回收達(dá)到預(yù)期，過程 氣的排放完全符合排放標(biāo)準(zhǔn)。3.廢熱鍋爐的制造3.1、管箱蓋制造 包括管箱法蘭管接頭封頭制造3.

11、2、管束制造包括管箱、管箱法蘭、大管板、內(nèi)管、換熱管、小管板、折流板隔熱板、 隔熱墊圈、拉桿螺母、定距管等制造。3.3中壓殼體制造3.4、總裝工藝總裝工藝如圖22所示4。（1）將管束以水平位置放好，然后用行車將管箱蓋吊起，并徐徐向管束的管 箱靠攏，放好墊片后將管束和管箱蓋通過螺栓將其擰緊，并保持水平位置。（2）管束與中壓殼體的組裝采用臥裝方式進(jìn)行。中壓殼體用兩臺(tái)20噸行車 平行吊起（水夾套已裝在中壓殼體上），再平行移動(dòng)將其套進(jìn)管束中，并按一定 方位將管箱的大管板螺栓孔和中壓殼體法蘭連接起來(lái)，連接前應(yīng)將墊片先就位 好，裝上螺栓，上緊螺母，總裝完畢。（3）高壓管束側(cè)迸行充氮，以備運(yùn)輸。3.4廢熱鍋

12、爐制造中異種鋼焊接工藝的若干間題由于廢熱鍋?zhàn)o(hù)的介質(zhì)溫度較高，又處于中壓條件藝需選用強(qiáng)度較高的珠光體 耐熱鋼材制造，又由于裂化氣中往往含有硫化物等介質(zhì)，在高溫時(shí)易引起珠光 體鋼材腐蝕，故在高溫段又裕選用耐熱、耐腐蝕的奧氏體不誘匆材制造。這就 在制造上出現(xiàn)了奧氏體不銹鋼與珠光體低合金鋼或碳鋼的焊接。這類通常稱 為 異種鋼焊接的問題，國(guó)內(nèi)外曾有過一些研究成果可以參考。問題的關(guān)鍵在于珠 光體母材與奧氏體焊縫金屬一側(cè)，產(chǎn)生組織異常和機(jī)械性能變壞。因而注意力 都集中在這一側(cè)進(jìn)行研究。我廠金相室根據(jù)焊接接頭熔合區(qū)中合有類馬氏體組 織的彎曲試驗(yàn)，彎曲角達(dá)180度也無(wú)裂紋產(chǎn)生，認(rèn)為使用溫度在350以下時(shí) 可 允

13、許類馬氏體帶組織的存在國(guó)外有人6對(duì)異種鋼焊接接頭熔合線進(jìn)行了研究， 稱低碳馬氏體基體上有銘的碳化物析出的組織為“類馬氏體”，指出類馬氏體的 存在，對(duì)沖擊值是有害的；還認(rèn)為預(yù)熱和母材含碳量低在（0.2 %左右），都促使 類馬氏體組織的形成；焊縫的塑性隨焊絲中鎳量的增加而改善。74廢熱鍋爐使用管理4.1影響廢熱鍋爐使用壽命與安全運(yùn)行的若干因素4.1.1水質(zhì)處理對(duì)廢熱鍋爐使用壽命的影響（1）廢熱鍋爐外的水處理水是影響廢熱鍋爐使用壽命與安全正常運(yùn)行的重要因素之一，加人爐內(nèi)水質(zhì)的 好壞與否常常直接決定著廢熱鍋爐能否正常操作。所以在水加人廢熱鍋爐之前 要經(jīng)過軟化、除鹽、熱力除氧等一系列的良化措施，以達(dá)到改

14、善水質(zhì)的目的（2）廢熱鍋爐內(nèi)的水處理要充分地延長(zhǎng)廢熱鍋爐的使用壽命，最大限度地發(fā)揮其熱功效率，保證鍋爐安全 而正常的生產(chǎn)僅僅靠爐外的水處理工作是不夠的，還應(yīng)在重視爐外水處理質(zhì)量的 同時(shí)，控制好爐內(nèi)水的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)，注重加強(qiáng)鍋爐內(nèi)的水處理工作。諸如：在新 安裝的鍋爐投產(chǎn)前要進(jìn)行煮爐，煮爐后應(yīng)進(jìn)行酸洗，投產(chǎn)后在對(duì)鍋爐進(jìn)行定期排 污的同時(shí)還要保持鍋爐的連續(xù)排污，以及向鍋爐內(nèi)定時(shí)填加化學(xué)藥劑等。4.1.2水質(zhì)輸送對(duì)廢熱鍋爐使用壽命的影響水是廢熱鍋爐正常生產(chǎn)的命脈，如果鍋爐一旦發(fā)生缺水而造成干鍋現(xiàn)象，就 勢(shì)必會(huì)打亂正常的生產(chǎn)，造成嚴(yán)重后果。因此在注重鍋爐內(nèi)水處理的同時(shí)，還 要強(qiáng)化對(duì)輸送水的設(shè)備一多級(jí)離心

15、水泵的操作，使其能連續(xù)而穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，從 而為廢熱鍋爐的高效生產(chǎn)提供水源保證。此外在多級(jí)式離心水泵本體特性一定 的情況下，要多重視給水泵出口的再循環(huán)管路，給水泵出口管上安裝的逆止閥 及與泵出口管上逆止閥上的旁路閥等管道與閥門的工作特性和工作情況。（1）多級(jí)離心泵出口再循環(huán)管的影響為了將給水送人鍋爐，并使給水調(diào)節(jié)閥具有良好的調(diào)節(jié)特性，鍋爐給水泵出 口的壓力除了要克服汽包的工作壓力外，還要克服給水管路的流動(dòng)阻力及給水 泵出口至汽包高度差形成的靜壓差，并要保持給水調(diào)節(jié)閥前后一定的壓差。通 常給水泵的出口壓力比汽包工作壓力高30%40%。（2）多級(jí)離心泵出口管逆止閥的影響為了使備用泵處于隨時(shí)可以啟動(dòng)的狀

16、態(tài)和啟動(dòng)后能立即正常供水，備用泵 的人口和出口閥必須處于全開位置。為了防止給水泵出口母管內(nèi)壓力很高的 水 經(jīng)備用給水泵返回到處理槽內(nèi)，造成備用給水泵倒轉(zhuǎn)和出口母管壓力降低，不 能向鍋爐正常供水,因此每臺(tái)給水泵的出口均應(yīng)安裝逆止閥。影響廢熱鍋爐的使用壽命與正常安全生產(chǎn)的其它因素還有許多，只有將影響 其生產(chǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)調(diào)控在一定范圍之內(nèi)，才能充分發(fā)揮其良性作用，使使用壽 命延長(zhǎng)。鍋爐的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行和檢修涉及流體力學(xué)、傳熱學(xué)、金 屬 學(xué)、鍋爐原理、物理、化學(xué)、自動(dòng)控制和測(cè)量等多種學(xué)科，切實(shí)提高鍋爐操作 人員的理論與實(shí)際水平，對(duì)于節(jié)約燃料，保護(hù)環(huán)境和安全生產(chǎn)都有著重要的意義。4.2廢熱鍋爐使用

17、過程中出現(xiàn)的問題及所采取的措施4.2.1存在的問題鍋爐用軟水質(zhì)量問題鍋爐用軟水水質(zhì)差，導(dǎo)致?lián)Q熱列管結(jié)垢，影響產(chǎn)汽 量。軟水中含鹽量高，在換熱列管外管壁形成水垢，水垢對(duì)傳熱過程有很大阻 礙。列管、中心管焊接質(zhì)量引起的故障 這類故障大都集中于一些角焊縫，及 在焊后不能用X射線探傷檢查的焊道上，多為夾渣、氣孔、未熔合、未熔透等缺 陷，其強(qiáng)度難以適應(yīng)設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行中的熱脹冷縮而產(chǎn)生裂漏。設(shè)計(jì)安裝上存在的問題不能忽視了設(shè)備運(yùn)行中熱脹冷縮的變化。使用過程中存在的問題 未嚴(yán)格按工藝指標(biāo)操作，超溫、鍋爐缺水、“干 鍋”等異常情況引起故障。未按要求對(duì)廢熱鍋爐內(nèi)部耐熱襯里進(jìn)行烘爐，該鍋 爐在更換下來(lái)后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部耐熱

18、襯里有大量裂紋。4.2.2采取的措施首先要從鍋爐制作質(zhì)量抓起。一定要選有制作III類容器資格的廠家去制作， 在制作過程中，不允許有違反焊接要求的缺陷存在。一定要嚴(yán)格控制耐熱襯里澆 注材料的配比，制作專用模具，密實(shí)澆注，要充分養(yǎng)護(hù)，萬(wàn)不可圖快。要按設(shè)計(jì) 要求裝配鍋爐各部件，并由技師指導(dǎo)監(jiān)督完成。如耐熱襯套、襯板和各列管的 保護(hù)小套管的組裝要嚴(yán)格、認(rèn)真、規(guī)范、牢固。特別是氣體出口中心調(diào)節(jié)閥的 組裝更要規(guī)范，測(cè)量好尺寸，調(diào)整好閥頭行程，保證該閥零活、可靠。列管、 中心管裂漏的檢修。對(duì)管板焊縫裂漏的處理方法首先要通過著色檢查，確定裂 紋后,再進(jìn)行打磨開坡口，并按焊接工藝要求進(jìn)行補(bǔ)焊。對(duì)列管與管板內(nèi)焊口出 現(xiàn)裂紋，盡量避免堵管，運(yùn)用在管內(nèi)沿焊縫重新補(bǔ)焊的方法，盡量保持換熱面 積。操作人員應(yīng)具備熟練操作的能力，使設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)中避免超溫、鍋爐缺水、 “十鍋”等事故。同時(shí)在升溫、降溫過程中嚴(yán)格控制升溫、降溫速率。鍋爐在 運(yùn)轉(zhuǎn)過程中易形成水垢。對(duì)有加藥設(shè)備的系統(tǒng)，注意藥的配比。加藥后應(yīng)嚴(yán)格 按要求進(jìn)行排污，避免形成新的垢層。對(duì)沒有加藥設(shè)備的系統(tǒng)，定期洗爐是必 要的。5廢熱鍋爐的改造及設(shè)想5.1改造方法(以列管廢熱鍋爐為例)利用原列管廢熱鍋爐的外筒體，重新制作了蒸汽過熱段內(nèi)筒和軟水加熱段 內(nèi)筒體，并在原位置安裝9。增加煤氣總管道直徑，增加了煤氣流通的截面積，