進(jìn)口鍋爐選型的幾個(gè)問(wèn)題

進(jìn)口鍋爐選型的幾個(gè)問(wèn)題

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量國(guó)外的快速鍋爐在中國(guó)市場(chǎng)上銷售。如何正確選擇購(gòu)買(mǎi)快量鍋爐的方法已成為用戶的一個(gè)重要問(wèn)題。為此,本文就選型中有關(guān)鍋爐結(jié)構(gòu)的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析和討論,供參考。1煙氣溫度對(duì)鍋爐的影響從爐膛出來(lái)的高溫?zé)煔饨?jīng)后回?zé)熓艺鄯抵恋诙爻虩煿?后回?zé)熓沂清仩t本體的重要部分,因這里煙氣溫度高,受力情況復(fù)雜,特別容易出問(wèn)題。后回?zé)熓宜追Q“背”,根據(jù)后回?zé)熓冶粻t水包圍程度的不同,后回?zé)熓业慕Y(jié)構(gòu)可分為“干背”、“全濕背”和“半濕背”。1.1直徑和厚度對(duì)傳熱面的影響“干背”是指后回?zé)熓也槐粻t水包圍(見(jiàn)圖1),由于后回?zé)熓抑袩煔鉁囟雀哌_(dá)1000～1100℃,為防止燒壞鋼板,“干背”必須敷設(shè)耐火襯層,為防止回程間高溫?zé)煔舛搪?鍋爐后部煙氣回程間要設(shè)隔離層進(jìn)行密封。“干背”結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低、打開(kāi)后門(mén)便于對(duì)爐膛和煙管進(jìn)行檢修等。其缺點(diǎn)是:①耐火襯層容易燒壞,要定時(shí)更換。開(kāi)啟后門(mén)更換耐火襯層時(shí)還要更換門(mén)上的密封圈,維護(hù)費(fèi)用十分昂貴。②回程間密封層容易燒穿,引起煙氣短路,致使鍋爐排煙溫度升高,鍋爐熱效率大大下降。③沒(méi)有利用后回?zé)熓疫@個(gè)寶貴的傳熱面,至為可惜!后回?zé)熓业膫鳠崦娣e雖然不大,僅占整個(gè)鍋爐傳熱面積的5%左右,但由于后回?zé)熓液蜖t水的溫差可達(dá)800～900℃(壓力為10bar的飽和蒸汽鍋爐,其爐水溫度為184℃),如后回?zé)熓冶粻t水包圍,其傳熱量可達(dá)整個(gè)鍋爐傳熱量的10%,和整個(gè)第三回程煙管的傳熱量大致相當(dāng)(見(jiàn)圖2),圖2是一個(gè)典型的“濕背”三回程飽和蒸汽鍋爐的熱傳導(dǎo)圖。“干背”鍋爐效率一般不超過(guò)85%(“濕背”鍋爐效率可達(dá)89%～90%),一個(gè)重要原因就是沒(méi)有利用“背”來(lái)傳熱。④“干背”結(jié)構(gòu)的后管板頂部和底部煙氣溫差高達(dá)722～888℃,板內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力,易引起煙管焊接接頭裂開(kāi),對(duì)管板極為有害。⑤“干背”鍋爐的后門(mén)要鉸接打開(kāi),以便更換耐火襯層及回程間隔離密封層,因而“干背”鍋爐占地面積比“濕背”鍋爐大。1.2濕背式鍋爐的簡(jiǎn)介由于“干背”結(jié)構(gòu)存在上述缺點(diǎn),已逐步被淘汰。現(xiàn)在進(jìn)口的鍋爐廣泛采用的是“濕背”結(jié)構(gòu),根據(jù)后回?zé)熓覀鳠崦姹粻t水包圍程度的不同,又分為“全濕背”和“半濕背”兩種(見(jiàn)圖3)。(1)解決了“干背”結(jié)構(gòu)①充分利用后回?zé)熓疫@個(gè)寶貴的傳熱面,提高了鍋爐效率,“濕背”飽和蒸汽鍋爐的效率已達(dá)89%～90%。②不存在“干背”結(jié)構(gòu)的耐火襯層和回路隔離密封層,因而不存在被燒壞和更換的問(wèn)題,大大提高了工作可靠性并節(jié)省了維修費(fèi)用。③不存在“干背”結(jié)構(gòu)中后管板頂部和底部煙氣溫差高達(dá)700～900℃,導(dǎo)致板內(nèi)熱應(yīng)力過(guò)大,使煙管焊接接頭開(kāi)裂的問(wèn)題?！皾癖场苯Y(jié)構(gòu)中二、三回程煙管的后部管板是兩塊分開(kāi)的管板(后回?zé)熓仪肮馨寮板仩t后管板),后回?zé)熓仪肮馨宄惺艿氖呛蠡責(zé)熓业臒煖?圖3中為982℃),鍋爐后管板承受的是煙氣出口處的煙溫(圖3中為238℃),每塊管板承受的是同一煙氣溫度,熱應(yīng)力大大減少,相應(yīng)改善了管板的受力條件?！皾癖场苯Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造成本較高。由于受用戶廣泛歡迎,目前進(jìn)口快裝鍋爐已廣泛采用“濕背”結(jié)構(gòu)。(2)煙氣溫度高、回?zé)熓覠岽?、相?duì)熱變形大①盡量增大“濕背”的“濕”面積,即后回?zé)熓蚁驙t水傳熱的傳熱面要盡可能大。②后回?zé)熓遗c鍋殼的連接要有一定的柔性,這是因?yàn)殄仛こ惺艿氖撬疁?對(duì)10bar飽和蒸汽鍋爐而言是184℃),而后回?zé)熓页惺艿臒煔鉁囟雀哌_(dá)1000～1100℃,二者溫差如此之大,它們的相對(duì)熱變形是相當(dāng)大的,如后回?zé)熓遗c鍋殼連接十分剛固,勢(shì)必導(dǎo)致焊接接頭處產(chǎn)生裂紋。③要特別注意二回程煙管和后回?zé)熓仪肮馨宓暮附咏宇^,它處于大溫差區(qū),易裂,要注意對(duì)它加強(qiáng)冷卻,減少熱應(yīng)力。(3)后回?zé)熓液湾仛みB接的柔性不足①圖4所示的鍋爐后回?zé)熓冶粻t水全部包圍,故系“全濕背”結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中后回?zé)熓液湾仛び脠A柱形短系桿連接,短系桿和后回?zé)熓液蟀寮胺忸^(后管板)用焊接連接,短系桿為圓柱形,剛度偏大,后回?zé)熓液湾仛みB接的柔性不足是這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。②圖5所示的后回?zé)熓医Y(jié)構(gòu)和圖4相同,不同之處在于對(duì)短系桿的形狀作了改進(jìn),采用兩頭粗中間細(xì)的“啞鈴”形短系桿,提高了系桿的柔性,這樣,后回?zé)熓以阱仛ぶ幸欢擞刹y膽提供彈性,另一端由“啞鈴”形短系桿提供彈性,后回?zé)熓以阱仩t中處于兩面彈性支撐狀態(tài)。顯然,這種結(jié)構(gòu)的后回?zé)熓遗c相鄰件的接合焊縫不易出問(wèn)題,是一種較理想的“濕背”結(jié)構(gòu)。③在某些優(yōu)質(zhì)進(jìn)口快裝鍋爐中,后回?zé)熓业那肮馨搴投爻虩煿艿倪B接處做有V形切口(圖6)由爐水對(duì)焊接接頭加強(qiáng)冷卻,減少了焊接接頭的熱應(yīng)力,大大提高了可靠性。1.3后回?zé)熓业膫鳠崮Ｐ湍承╁仩t為了簡(jiǎn)化后回?zé)熓医Y(jié)構(gòu)和制造工藝,把后回?zé)熓抑械牟糠謧鳠崦嬗盟鼑?不被水包圍的傳熱面用耐火襯層保護(hù),這種結(jié)構(gòu)的后回?zé)熓曳Q為“半濕背”結(jié)構(gòu)。圖7所示的后回?zé)熓覟榉较湫谓Y(jié)構(gòu),分別與鍋殼及爐膽用角焊連接。方箱的上、下、前、后面分別為后回?zé)熓业纳享敯?、下底板、前管板和后?它們被爐水包圍。因?yàn)楹蠡責(zé)熓抑苯雍湾仛ず附?爐膽后端部直接和后管板焊接,為避免鍋殼及后管板的接觸面被燒壞,爐膛底面A及方箱端面B不得不采用耐火襯層,因而這部分傳熱面沒(méi)有被爐水包圍,沒(méi)有用來(lái)傳熱,故這種后回?zé)熓覍佟鞍霛癖场苯Y(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的后回?zé)熓遗c爐膽、鍋殼為剛性焊接連接,它們之間的連接柔性差,而這三者所接觸的煙氣或爐水溫度有很大差別(圖3中爐膽火焰溫度為1650℃,后回?zé)熓覠煖貫?82℃,設(shè)飽和蒸汽鍋爐的工作壓力為10bar,則爐水溫度為184℃),各個(gè)結(jié)構(gòu)的熱變形有很大不同,因而后回?zé)熓遗c爐膽、鍋殼的焊接接頭有出現(xiàn)裂紋的可能。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是后回?zé)熓抑圃旃に囕^簡(jiǎn)單,相應(yīng)制造成本低。2鍋爐傳熱量和彈性進(jìn)口快裝鍋爐的爐膽有波紋膽、直爐膽加膨脹節(jié)和直爐膽三種(見(jiàn)圖8)。(1)波紋膽制造工藝較復(fù)雜,造價(jià)高,但它的優(yōu)點(diǎn)是明顯的:①提高了爐膽穩(wěn)定性,減小了厚度,從而提高了爐膽傳熱量,爐膽的傳熱量約占整個(gè)鍋爐傳熱量的50%。②在同等爐膽直徑和長(zhǎng)度情況下,波紋爐膽傳熱面積比直爐膽大。③提供了彈性結(jié)構(gòu),使整個(gè)爐體結(jié)構(gòu)中因冷熱不均而產(chǎn)生的熱應(yīng)力下降,提高了爐體的可靠性,并為煙管和管板全部采用焊接連接創(chuàng)造了條件。(2)直爐膽加膨脹節(jié)制造工藝較簡(jiǎn)單,造價(jià)較低,膨脹節(jié)可提供一定的彈性,當(dāng)然效果比波紋膽差得多,故采用直爐膽加膨脹節(jié)的鍋爐,其二回程煙管往往一端和后回?zé)熓液附?另一端和前管板脹接。(3)直爐膽通常用于小噸位鍋爐。3爐膽水循環(huán)能力進(jìn)口快裝鍋爐的爐膽布置有兩種:偏心布置和中心布置。通常偏心爐膽向右偏心。右側(cè)爐膽處溫度最高,產(chǎn)生大量汽泡,左側(cè)為二、三回程煙管,煙氣溫度較低,產(chǎn)生汽泡少。顯然,鍋中右側(cè)水汽混合物重度r1,較左側(cè)水重度r2要小得多。h(r1-r2)就產(chǎn)生水循環(huán)推動(dòng)力,h為爐中水面高,水循環(huán)方向見(jiàn)圖9,爐膽偏心配置大大加快了爐中水循環(huán)速度,提高了傳熱效果,從而提高了鍋爐效率。中心爐膽中水循環(huán)為兩個(gè)對(duì)稱的回流,同樣鍋殼直徑,中心高溫部分和兩側(cè)溫度較低部分距離較近,溫差較小,因而水循環(huán)速度較偏心爐膽為低。目前進(jìn)口快裝鍋爐中,偏心爐膽鍋爐效率普遍較中心爐膽鍋爐效率高,其中爐膽偏心配置是一個(gè)重要原因。4裝鍋爐封頭和鍋殼的連接封頭承受內(nèi)壓力,它與鍋殼的焊接是鍋爐本體結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要部位,國(guó)內(nèi)壓力容器制造規(guī)范要求采用折邊封頭,與鍋殼對(duì)接焊接,但進(jìn)口快裝鍋爐的封頭和鍋殼的連接有三種形式:(1)折邊封頭,與鍋殼對(duì)接焊;(2)平板封頭,與鍋殼角焊;(3)平板封頭,與鍋殼搭接焊。這三種焊接形式,從接頭受力狀況和可靠性而言,對(duì)接焊最好,角焊次之,搭接焊最差,當(dāng)然折邊封頭,與鍋殼對(duì)接焊,制造工藝最復(fù)雜,造價(jià)最貴,考慮到封頭與鍋殼的焊接是極為重要的焊接接頭,為了確保鍋爐工作可靠,還是以采用對(duì)接焊為宜。5煙氣溫度和煙氣下余熱的釋放速度三回流鍋爐傳熱量的提高煙氣在快裝鍋爐中流動(dòng)有三回程和四回程之分,圖3和圖1分別為三回程和四回程鍋爐。制作四回程鍋爐的本意是想通過(guò)增加回程數(shù)來(lái)增加傳熱面積,提高鍋爐效率,但實(shí)際情況是:隨著煙氣從爐膛向鍋爐排煙口流動(dòng),煙氣溫度逐漸降低,與爐水溫差逐步縮小,傳熱效果相應(yīng)降低。即使三回程鍋爐,其第三回程的傳熱面積占整個(gè)鍋爐傳熱面積近50%,但其傳熱量?jī)H占整個(gè)鍋爐傳熱量約10%,故采用四回程,會(huì)使鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜,燃燒器鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加,而傳熱量提高十分有限,現(xiàn)在濕背三回程鍋爐的效率已超過(guò)干背四回程的效率即是明證。提高傳熱量寧可采用增加二、三回程煙管面積來(lái)達(dá)到(二、三回程煙管可采用密集配置),現(xiàn)在進(jìn)口快裝鍋爐絕大多數(shù)為三回程鍋爐。6鍋爐效率的要求鍋爐效率對(duì)選用鍋爐來(lái)說(shuō)是一個(gè)頭等重要的問(wèn)題,因?yàn)檫M(jìn)口快裝鍋爐燒的是昂貴的油或燃?xì)?效率高或低對(duì)運(yùn)行費(fèi)用關(guān)系實(shí)在太大了,以一臺(tái)4t/h的進(jìn)口輕油鍋爐為例:運(yùn)行一年的燃油費(fèi)用可達(dá)鍋爐價(jià)格的2.8倍(以每年運(yùn)行300天,每天16h計(jì));取效率為89%的鍋爐和效率為83%的鍋爐相比,前者每年可節(jié)省燃油費(fèi)用23470.00美元,故對(duì)鍋爐效率應(yīng)給予特別重視。買(mǎi)一臺(tái)便宜但效率低的鍋爐,可說(shuō)是“快樂(lè)一陣子,苦了一輩子”。鍋爐效率有理論效率和實(shí)際效率之分,理論效率是鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)熱力計(jì)算而得的效率,實(shí)際效率是鍋爐運(yùn)行時(shí)的實(shí)測(cè)效率,顯然,對(duì)用戶來(lái)說(shuō),重要的是實(shí)際效率。為了買(mǎi)到效率確實(shí)高的鍋爐,客戶應(yīng)提出要求,或供應(yīng)商提供售出鍋爐的效率實(shí)測(cè)報(bào)告作為驗(yàn)收要求?？紤]到鍋爐大部分時(shí)間在局部負(fù)荷工作,故局部負(fù)荷時(shí)的效率極為重要,它與運(yùn)行時(shí)省油與否關(guān)系極大,因而要求效率實(shí)測(cè)報(bào)告不僅要提供滿負(fù)荷時(shí)的鍋爐效率,還要提供局部負(fù)荷(最好取為滿負(fù)荷的30%左右)時(shí)的鍋爐效率,只有滿負(fù)荷時(shí)和局部負(fù)荷時(shí)的效率都高的鍋爐才能稱得上是一臺(tái)省油的好鍋爐。7無(wú)低壓油閥的調(diào)節(jié)燃燒器火力調(diào)節(jié)方式基本有二種,即有級(jí)調(diào)節(jié)(兩級(jí)火或三級(jí)火)和無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)(又稱比例調(diào)節(jié))。在燃燒器油泵油壓調(diào)定情況下,有級(jí)調(diào)節(jié)是靠噴油的噴嘴數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)(兩級(jí)火有兩個(gè)噴嘴,三級(jí)火有三個(gè)噴嘴),而無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)是靠噴嘴回油道上節(jié)流閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)(無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)只有一個(gè)噴嘴)。無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)噴油量可以和鍋爐的負(fù)荷相匹配,因而鍋爐所受熱沖擊少,鍋爐壽命長(zhǎng);鍋爐的啟動(dòng)次數(shù)少,省油;蒸汽壓力也較穩(wěn)定。有級(jí)調(diào)節(jié),噴油量是階躍式地有級(jí)變化,鍋爐熱沖擊大,影響鍋爐壽命;一般情況,噴油量和鍋爐負(fù)荷不匹配,因而壓力波動(dòng)大,燃燒器啟動(dòng)停止頻繁,而頻繁啟動(dòng)是十分不經(jīng)濟(jì)的,出于安全原因,鍋爐每次啟