余热锅炉方案设计

余热锅炉方案设计内容摘要：

也容易取得。 这 的缺点是：一次投资较大、占地面积大，运行费用高。 如果使用压缩空气或蒸汽作吹灰介质，会增加烟气中含氧量或水份，并增加锅炉的排烟量，从而对尾气的处理带来一定的不良影响。 （ 2）振打 振打装置是利用小容量电动机作动力，带动一长轴作低速转动，在轴上按等分的相位挂上许多击锤，按顺序对锅炉受热面进行锤击，在锤击的一瞬间使受热面产生强烈的振动，使粘结的积灰受到反复作用的应力而发生微小的裂痕，致使积灰的附着力遭到破坏而造成脱落。 当余热锅炉的积灰、结渣情况严重，一般清除灰渣较多是采用压缩空气吹灰和机械振动两种形式 或结合使用。 压缩空气吹灰需配置辅助设备 ,成本较高 ,不太适于小型余热锅炉。 安装在水冷壁角隅上的振动除灰装置由激振器、振动杆、连接弹簧和固定悬臂梁组成 ,为了清除受热面上的积灰和结渣而施加的振动力可在受热面上产生低、中、高频振动。 低频振动易引起锅炉构件局部较大的应力和应变而损坏构件。 一般认为高频振动清灰效果较好 ,但从实践来看 ,高频振动往往因冲击力穿透不够 ,位移过小而清灰打渣效果不理想。 合格的频率应是使锅炉水冷壁上各振动模态被充分激励出来 ,在不损坏锅炉构件的前提下 ,得到最大的有效振动而取得理想的清灰效果。 腐蚀 很多炉窑排出的烟气中，常含有一些腐蚀性气体和腐蚀性物质，如硫的氧化物，钒的氧化物，硫酸盐络化物等。 这些物质对锅炉会产生强烈的腐蚀，严重时，在很短的时间内会使锅炉遭到 损坏，这是一个很突出的问题，所以应了解腐蚀的机里，掌握其规律，防止腐蚀的产生，以保证锅炉长期安全、可靠的运行。 11 腐蚀一般分低温腐蚀和高温腐蚀，低温腐蚀的特点是均匀性的腐蚀，它使管壁厚度逐渐减薄以至破裂。 高温腐蚀的特点是局部性溃疡性腐蚀，它使管子因管壁穿孔而破坏。 低温腐蚀 当进余热锅炉的烟气中含有较多二氧化硫时，其中一部分 会进一步转化为三氧化硫，并与烟气中水蒸气结合生成硫酸。 当锅炉受热面壁温低于所生成的硫酸露点时，硫酸就在管壁上凝结而产生腐蚀，这就是低温腐蚀。 低温腐蚀的速度是很惊人的，造成的后果也是严重的。 防止低温腐蚀的措施有： （ 1）使余热锅炉受热面的壁温超过露点 防止腐蚀的根本措施。 提高壁温的方法通常有提高锅炉运行压力和充填法两种，即提高锅炉运行压力及用管充填法。 （ 2）从锅炉设计上考虑防止低温腐蚀 1）采用密封炉墙。 2）除特殊情况外，一般应使烟气纵向冲刷受热面，这样既利于防止积灰，又利 于防止低温腐蚀。 3）采用局部保护措施。 4）采用涂保护层的保护措施。 5）选用合适的防腐材料。 （ 3）在烟气中使用附加剂防止锅炉低温腐蚀，有的附加剂能使积灰性能恶化，变成 紧密坚硬积灰，这点应特别注意。 、高温腐蚀 当余热锅炉受热面的壁温高于硫酸露点，烟气温度在 500℃以上的区域还会发生腐蚀，通常把这种现象称为高温腐蚀。 过热器、再热器、辐射室中水泠壁管、金属固定件等都可能产生这种腐蚀，其特点是局部深陷的溃疡性腐蚀。 高温腐蚀的现象是一个综合作用的复杂过程， 其特点是金属温度或积灰表面温度超过 500～ 600℃时 12 就开始出现，同时温度越高腐蚀速度越快，而腐蚀的必要条件是灰的软化。 目前有如下的几种理论： （ 1）碱性金属硫酸盐络合物的液相腐蚀学说。 （ 2）钒化学腐蚀学说。 （ 3）高温氧化腐蚀学说。 （ 4）硫酸蒸汽的腐蚀学说。 防止高温腐蚀的方法有： （ 1）控制金属温度使它低于开始出现高温腐蚀的温度。 （ 2）保持受热面的清洁是防止高温腐蚀的有效方法，所以对锅炉受热面上的积灰应及时清除。 （ 3）选择耐高温腐蚀的金属材料或涂料。 （ 4）使用附加剂。 防止高温 腐蚀和低温腐蚀的设计 当余热锅炉受热面的壁温高于硫酸露点 ,烟气温度在 500℃以上区域发生的腐蚀为高温腐蚀。 因此要控制余热锅炉内受热面壁温低于此温度 ,一般不设过热器 (考虑热负荷波动难以实现过热蒸汽、参数额定 ,也应不设过热器 )。 由于烟气中含 SO2 较高 ,转化为 SO3 后 ,与烟气中水蒸汽结合生成硫酸 ,当锅炉受热面壁温低于所生成硫酸的露点时 ,硫酸就在受热面上凝结而发生低温腐蚀。 防止低温腐蚀应保持受热面壁温高于烟气露点温度。 在设计上 ,选择锅炉压力时使相应的工质饱和温度高于烟气露点 5～ 10℃。 磨损问题 由于烟 气中含有较多的烟尘，如果处理不当，受热面就会产生严重的磨损。 磨损是一个非常复杂的现象，一般认为它由以下三种情况产生的： （ 1）撞击磨损：由于粒子的撞击，使机体的表面组织产生局部的破碎和脱离。 （ 2）刮痕磨损：由于粒子深入机体的表面，在烟气流的推动下产生局部的裂痕和剥离。 （ 3）擦动或滚动磨损：由于粒子的摩擦而引起的机体表面的磨薄。 13 影响磨损的因素是很多的，总的来说有三个方面：既烟气流条件，如气流速度、温度、受热面的冲刷角度；烟尘的性质，如粒子大小、形状、重度、硬度等；被冲刷面的性质，如金属组织、硬度、表面 形状等。 于采用螺旋肋片管换热器替代原有的光管换热器，锅炉本体重量以及汽水空间均有一定程度的减少，因此由原来的基础和钢架结构根据对烟气速度以及含尘粒度分布情况的分析：正常工况下，受热面不会产生较严重的磨损；由于烟气流速高，为慎重起见，过热器、蒸发器均选用厚壁管，以保证余热锅炉的安全。 综合考虑到锅炉的布置空间，受热面的积灰、传热和烟气的流动阻力等因素，通过对光管、鳍片管及螺旋肋片管的计算、比较，螺旋肋片换热器体积小，重量轻、传热强，可使布置空间缩小，投资降低，虽然积灰可能性增加，但在采用吹灰器后，可克服这一 不利因素。 因此，针对余热锅炉现有的结构及运行状况采用螺旋肋片管是比较恰当强度符合要求。 余热锅炉的改造设计按照成熟的常规方法进行，螺旋肋片管换热器经长期实践证明，应用在给定的设计条件下是完全适宜的。 14 4 小结 采用余热锅炉取代原有锅炉可充分回收硫磺制酸再生烟气的余热 ,以余热锅炉年运行 7000ｈ ,中压蒸汽 90 元 /ｔ计 , 每年经济效益达 60余万元 ,达到了有效利用资源的效果。 在余热锅炉设计中 ,应充分考虑余热锅炉的使用条件 ,充分利用先进技术 ,例如螺旋肋片管 ,减少受热面 布置空间及金属耗量 .应充分考虑余热锅炉的受热面积灰 ,腐蚀以及余热锅炉的振动问题 ,以保证余热锅炉能安全经济地运行。 经过几个星期的努力，毕业设计圆满结束。 这次毕业设计，给我感触很深。 从中了解到一项设计工程的艰辛，这对我以后的工作有很大好处，使我更有信心与决心完成工作中的任务。 毕业设计涉及到了前几学期的专业知识与专业基础知识，课题的拟定也正是综合了总的知识面，对各门课程进行考察，特别是《锅炉原理》、《传热学》、《计算机制图》等课程。 这样，使我对以前的知识又有了重新的认识，并将其与生产实际、有机地结合起来，既是 “设计师”，又是“总工程师”，从宏观上对一台锅炉有了一个整体、全面的认识，并且增加了经验。 在选择方案时，遇到了几次难题，这对于我们这些还未处理过实际工程问题只知理论知识的学生来说既是困难，又是收获。 困难在于无法继续进行下去，出现了不能满足要求的情况，我求助于徐老师，并成功地得到了解决。 收获在于让我认识到工作中不会永远一帆风顺的，困难避免不了，关键在于要动脑，灵活运用我们以前所学过的课本知识。 努力去做，出现困难不怕，怕的是遇到困难不敢去解决。 通过这次毕业设计，我们也学到了工程上的很多知识，为自己的理论知识 增加了实际性的东西。 培养了我们的自学能力与判断分析能力。 15 5 参考文献 ［ 1］北京有色冶金设计总院主编《余热锅炉设计与运行》，冶金工业出版社， 1982 ［ 2］［苏］ 莫强主编《锅炉设备空气动力计算》，电力工业出版社， 1981 ［ 3］《锅炉机组热力计算标准方法》，机械工业出版社， 1976 ［ 4］《锅炉与锅炉房设备》，中国建筑工业出版社， 1985 [5]锅炉本体布置及计算 西安交通大学出版社 ,1990 [6]撒应禄，《锅炉受热面外部过程》，水利电力出版社， [7]林宗虎 、徐通横 .《实用锅炉手册》 [Ｍ ].北京 :化学工业出版社 ,1999. 16 附录：设计计算部分 1 设计原始数据及要求 余热锅炉设计参数 535 ℃ 195 ℃ 105000 Nm3/h ： RN2=% RO2=% RH2O=8% RCO=% SOx=% 粉尘含量 120～ 160mg/Nm3 5 锅炉给水压力 锅炉给水温度 104℃ 6 蒸汽管网中压 、设计要求 余热锅炉设计参数的选择 设计内容 ①烟气焓温表 ②各段吸热量分配 ③热力计算 利用计算机绘图手段画出方案布置图 、设计思路 熟悉课题，阅读相关资料 设计中考虑要点 ①设计参数选择的经济性 ②结构特点 17 ③运行特点 ④安装维护的方便性 ⑤运行的可靠性 、烟气焓温表 θ (Cθ )CO2 (Cθ )N2 (Cθ )O2 (Cθ )H2o (Cθ )CO Σ ℃ kJ/Nm3 kJ/Nm3 kJ/Nm3 kJ/Nm3 kJ/Nm3 kJ/m3 100 200 300 400 500 600 196 700 、各段吸热量分配 Q=(Cpi`tCpit)=D(igrigs) 由烟气进出口温度， 查得 Cpi`= Cpi= 由工质进出口温度， 查得 h”= kJ/Nm3。 h’= kJ/Nm3 则 11*104**(**200)=D*() 算得 D= t/h1 吸热段 数值名称 过热器 蒸发器 省煤器 烟气进口温度 ℃ 535 474 287 烟气进口 Cpi 蒸汽进口温度 ℃ 254 209 104 蒸汽进口焓 kJ/kg 蒸汽出口温度 ℃ 4。