自然循環(huán)余熱鍋爐的熱偏差的分析和控制.doc

自然循環(huán)余熱鍋爐的熱偏差的分析和控制對(duì)余熱鍋爐運(yùn)行中的熱偏差進(jìn)行理論分析，分析其產(chǎn)生原因和將會(huì)造成的后果，并提出相應(yīng)的改善措施。為了響應(yīng)國(guó)家淘汰低產(chǎn)能的號(hào)召，中國(guó)有色集團(tuán)撫順紅透山礦業(yè)有限公司冶煉廠對(duì)冶煉工藝進(jìn)行改造，采用富氧底吹爐工藝生產(chǎn)，余熱鍋爐是這套工藝流程中的一個(gè)熱交換設(shè)備，用以降低底吹爐出來的含有SO2的高溫高礦塵氣體的溫度，以滿足制酸工藝的要求，并達(dá)到余熱利用的目的。本余熱鍋爐動(dòng)力為自然循環(huán)，額定蒸汽壓力3.8Mpa，蒸汽出口溫度249。在該工藝中，余熱鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行決定了底吹爐能否正常運(yùn)行，所以需要保證余熱鍋爐能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的工作，那么余熱鍋爐的爆管事故就需要盡力避免，刨除材質(zhì)和施工質(zhì)量的原因，由熱偏差產(chǎn)生的爆管事故占有較大的比重。所以本文將對(duì)余熱鍋里熱偏差的分析和控制做出闡述。熱偏差的概念自然循環(huán)余熱鍋爐是依靠熱對(duì)流為動(dòng)力來完成爐內(nèi)循環(huán)，所以在自然余熱鍋爐的運(yùn)行中很容易出現(xiàn)水冷壁各個(gè)位置由于熱量分布不均產(chǎn)生金屬管壁超溫，進(jìn)而發(fā)生爆管等事故的情況，只有合理的設(shè)計(jì)和在運(yùn)行中科學(xué)的操作控制，才能確保余熱鍋爐的水冷壁擁有比較長(zhǎng)的使用壽命。余熱鍋爐的煙道（即爐膛）是由許多平行管列組成的水冷壁。由于結(jié)構(gòu)和制造的原因，煙道的水冷壁管的尺寸大體相同，但是在自然循環(huán)余熱鍋爐的各個(gè)部分所受的熱負(fù)荷不同，導(dǎo)致水冷壁管中液體的吸熱量不同，因此在管道中水循環(huán)的動(dòng)力也是不同的。這也就產(chǎn)生了鍋爐內(nèi)部的熱偏差?？偟膩碚f水冷壁中的熱偏差是由于熱力不均和水的流量不均造成的。熱偏差的形成原因3.1.余熱鍋爐煙道內(nèi)的熱力不均余熱鍋爐屬于被動(dòng)式鍋爐，它所需要的熱量完全來自煙氣的溫度，所以煙道內(nèi)的熱力不均是余熱鍋爐熱偏差的一個(gè)主要的形成原因。煙道內(nèi)的熱力不均主要存在下列幾種情況：3.1.1.煙道中煙氣的速度和溫度分布不均；3.1.2.受熱面產(chǎn)生結(jié)焦和積灰，結(jié)焦和積灰必定是不均勻的，而結(jié)焦和積灰對(duì)熱量的隔離使水冷壁對(duì)熱量的吸收產(chǎn)生影響；3.1.3.含塵煙氣長(zhǎng)時(shí)間對(duì)管壁造成沖刷，使部分管壁變薄，傳熱效率提高；3.1.4.富氧底吹爐產(chǎn)生的煙氣中含有一部分的單質(zhì)硫，這些單質(zhì)硫會(huì)在煙道中二次燃燒，使煙道局部的熱量升高；對(duì)于余熱鍋爐的煙道，內(nèi)部各面的熱負(fù)荷各不均勻，對(duì)于同一壁面，沿其軸向和徑向的熱負(fù)荷的分布不均勻，對(duì)于煙道整體，沿著煙道軸向和徑向分布的熱量也不均勻，這些不均勻?qū)?huì)不同程度的延續(xù)下去，引起爐膛出口和對(duì)流管區(qū)吸熱不均，里煙道出口越近，這種不均勻的情況也越嚴(yán)重。這樣就產(chǎn)生了上升煙道的熱偏差。煙氣在上升煙道做高速上升的運(yùn)動(dòng)，收到高溫風(fēng)機(jī)拉動(dòng)的煙氣在余熱鍋爐的爐頂改變方向，在爐頂離開后，由于離心力的作用，煙氣產(chǎn)生壓縮，氣流在這里形成離心流場(chǎng)，流場(chǎng)中氣流由圓心想外延伸的的切向流速都不一樣，最外層的速度較低，越靠近圓心的煙氣流速越大，這樣在進(jìn)入水平煙道后，上部煙氣的流程要大于下部，氣速又比下部的煙氣要慢，這樣就使得下部煙氣的溫度偏高，這樣就產(chǎn)生了水平煙道部分的熱偏差，而且上下部區(qū)域煙氣的含塵量也不同。上面分析了上升煙道和平行煙道的熱偏差的產(chǎn)生，另外還需要說明的是，吸熱多的壁管由于蒸汽溫度高、比熱容大，流動(dòng)阻力增加，使得水流量減少，熱偏差加劇，如果長(zhǎng)時(shí)間不改善，爆管很容易出現(xiàn)在這些區(qū)域。3.2.水冷壁管內(nèi)的流質(zhì)不均余熱鍋爐自然循環(huán)的推動(dòng)力是由下降管中的工質(zhì)密度和上升管中工質(zhì)密度值差而產(chǎn)生的，這種差異使得工質(zhì)的較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動(dòng)使溫度趨于均勻，這種過程也就是通常說的熱對(duì)流。自然循環(huán)沒有外界的強(qiáng)制推動(dòng)力，所以流質(zhì)在壁管內(nèi)的的流動(dòng)會(huì)出現(xiàn)差異。下面是產(chǎn)生差異的一些原因。3.2.1.集箱的連接方式不同會(huì)引起并列管進(jìn)出口靜壓的差異，導(dǎo)致流量不均，流體在管中流動(dòng)，動(dòng)力是管子兩端的壓差，集箱為平衡并列管壓力設(shè)計(jì)，但是溫度不同的管中流體阻力是不同的，從而使得集箱中并列管兩端的壓力也不盡相同，這樣也會(huì)產(chǎn)生熱偏差現(xiàn)象，所以集箱的位置和數(shù)量對(duì)水冷壁中流質(zhì)均勻分布有很大影響。3.2.2.上面提到過的吸熱不均引起的管間流體比容的差別也會(huì)導(dǎo)致流量不均。吸熱量大的管子，流體的比熱容也大，進(jìn)而管內(nèi)流量減少，管出口的流體溫度和管壁溫度都會(huì)升高?？刂茻崞畹拇胧?.1.改善煙氣產(chǎn)生的熱偏差4.1.1.合理布置煙道走向，使煙氣均勻合理的通過，控制上升煙道末端氣速，緩解煙氣的離心運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。4.1.2.在煙道中設(shè)置折焰角使煙氣沿燃燒室高度方向的分布趨向均勻。使?fàn)t膛前上部水冷壁與頂棚過熱器的吸熱量均勻。4.1.3.對(duì)高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整，采用微負(fù)壓操作，使得煙氣能夠平穩(wěn)均勻地通過煙道，進(jìn)而使煙氣能更好的充滿爐膛上部，使增加前墻和側(cè)墻的吸熱量均勻。4.1.4.采用振打裝置和燃?xì)飧吣苊}沖裝置對(duì)水冷壁積灰進(jìn)行控制，并有專人負(fù)責(zé)清理余熱鍋爐結(jié)焦。4.1.5.對(duì)氣速較高處和煙氣含塵量較大處用耐磨水泥進(jìn)行保護(hù)，防止管壁磨損。4.1.6.對(duì)提高鍋爐氣密性，減少爐內(nèi)含氧量，進(jìn)而減少單質(zhì)硫燃燒的可能。4.2.改善流體產(chǎn)生的熱偏差4.2.1.合理分布集箱的位置，在熱量偏差較大的位置加設(shè)短集箱平衡壁管壓力。并采用多管引出多管引入的方式平衡各管壓差。4.2.2.提高余熱鍋爐汽包高度，增加流體的循環(huán)動(dòng)力。4.2.3.按受熱面所處的具體工況，采用不同管徑壁厚的壁管。4.2.4.保持汽包水位，減少誤操作產(chǎn)生的