淺談貫流鍋爐在日本的應(yīng)用

淺談貫流鍋爐在日本的應(yīng)用

1鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)中流鍋爐在美國(guó)發(fā)明，并在第二次世界大戰(zhàn)后廣泛應(yīng)用于機(jī)織機(jī)列車(chē)的加熱。以后被日本引進(jìn)用做通用工業(yè)鍋爐,其技術(shù)在日本得到迅速發(fā)展。自七十年代以來(lái),貫流鍋爐在日本的銷(xiāo)量持續(xù)上升,1990年日本本國(guó)銷(xiāo)量達(dá)到二萬(wàn)臺(tái)。貫流鍋爐生產(chǎn)使用在日本不受有關(guān)政府部門(mén)監(jiān)檢,不需要幾年一次的檢查,甚至不需要司爐工?，F(xiàn)在,這種形式鍋爐在中國(guó)、韓國(guó)都有生產(chǎn)。所謂“貫流鍋爐”是由設(shè)計(jì)排列的長(zhǎng)管子組成,給水泵在管子一端給水,水(工質(zhì))在管內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱水段、蒸發(fā)段、(過(guò)熱段),從管子另一端產(chǎn)生所需的蒸汽。它不同于立式水管自然循環(huán)鍋爐。貫流鍋爐由鍋爐本體(本體由上下集箱、列管等組成)和水泵、油泵、燃燒器、汽水分離器等部件組成。貫流鍋爐的結(jié)構(gòu)決定了它的性能特點(diǎn)。歸納起來(lái),它有以下主要特點(diǎn):(1)保有水量少(1t/h鍋爐約為140L),所以產(chǎn)生蒸汽快,一般產(chǎn)生額定壓力蒸汽需5分鐘左右。但因?yàn)楸Ｓ兴可?蓄能少。鍋爐壓力隨負(fù)荷變動(dòng)大,這就要求有一套可靠的反應(yīng)迅速的燃燒自動(dòng)控制裝置及給水裝置。(2)由于列管可以自由排列,因此結(jié)構(gòu)緊湊,燃燒方式特殊,使體積大為縮小。但是爐膛容積熱負(fù)荷大,水在一根管子內(nèi)完成加熱到蒸發(fā),循環(huán)倍率接近1,并有可能發(fā)生傳熱惡化,所以要求嚴(yán)格控制管壁溫度在安全工作范圍內(nèi)。(3)這種鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、維修性差。貫流鍋爐本體幾乎是不可維修的。這就要求嚴(yán)格控制制造質(zhì)量,執(zhí)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系。另外,它對(duì)給水水質(zhì)要求較高,應(yīng)嚴(yán)格控制給水水質(zhì),以保證其壽命。(4)鋼材耗量小,貫流鍋爐鋼汽比約為1.1噸鋼/蒸噸,而普通煤爐約為4～6噸鋼/蒸噸。(5)一般認(rèn)為,這種結(jié)構(gòu)形式的鍋爐蒸發(fā)量適合在4t/h以下。如果再往上,它與其他形式的鍋爐(如臥式內(nèi)燃鍋爐)相比優(yōu)越性小。這種鍋爐常只做到2t/h。國(guó)內(nèi)最大容量一般在3t/h以下。2熱力設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)貫流鍋爐時(shí),要針對(duì)前述特點(diǎn)選型、設(shè)計(jì),確保其安全性。如對(duì)于保有水量少、水泵起動(dòng)頻繁,就要求在燃燒器、配套水泵、水處理設(shè)備選型時(shí)選擇可靠產(chǎn)品。在進(jìn)行熱力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),我們應(yīng)注重以下幾個(gè)方面:①合理的受熱面布置;②強(qiáng)化傳熱與爐內(nèi)壓之間的關(guān)系;③水位高低與蒸汽品質(zhì)之間的關(guān)系;④鍋爐測(cè)點(diǎn)控制;⑤高智能化控制的實(shí)現(xiàn)方法。2.1輻射受體面布置在貫流鍋爐受熱面布置方式上,曾經(jīng)有采用兩排管、煙氣一回程螺旋通過(guò)的布置,即煙氣出爐膛后溫度由高到低一次通過(guò)對(duì)流層。但相比較起來(lái),現(xiàn)在采用的ω流程受熱要均勻些。在布置輻射受熱面時(shí),除要計(jì)算輻射受熱面的大小外,還要按照火炬直徑和長(zhǎng)度來(lái)校核爐膛尺寸,這對(duì)于爐膛尺寸較小的貫流鍋爐是必要的。輻射受熱面列管中心圓應(yīng)大于火炬直徑,爐膛高度應(yīng)大于火炬長(zhǎng)度,否則火炬碰到爐膛將冒黑煙,在調(diào)試過(guò)程中,出現(xiàn)空氣過(guò)剩系數(shù)正?；蚱?但CO含量卻很高,就是這種情況。國(guó)內(nèi)資料一般推薦中心圓直徑為火炬直徑的1.1倍。進(jìn)口的貫流鍋爐如三蒲鍋爐,采用特制燃燒器、高壓風(fēng)機(jī),進(jìn)行強(qiáng)化傳熱,減小鍋爐體積。標(biāo)準(zhǔn)火炬較細(xì)較長(zhǎng),改變?nèi)紵饕淮物L(fēng)與二次風(fēng)的配比則能改變火炬形狀,計(jì)算火炬形狀的理論可向燃燒器廠商查詢。而爐膛高度遠(yuǎn)小于火炬長(zhǎng)度,增加一次風(fēng)的比例,使細(xì)長(zhǎng)的火炬變粗變短。標(biāo)準(zhǔn)火炬的長(zhǎng)度與直徑可在樣本上查到。按火炬基本特性公式可大致計(jì)算出火炬長(zhǎng)度與直徑,再以此布置輻射受熱面。比如,雙良4t/h貫流鍋爐爐膛高約為1900mm,而標(biāo)準(zhǔn)火炬長(zhǎng)度為2.7～3.3m,一次風(fēng)采用旋流配風(fēng),一次風(fēng)量占總風(fēng)量的15%左右,以得到合適的回流區(qū)。另外,在爐膛出口處外圍管子,應(yīng)校核鰭片中心與管壁溫度。當(dāng)鰭片寬度不大于20mm時(shí),可不校核鰭片溫度。2.2對(duì)煙氣流速和對(duì)回流熱系數(shù)的修正意見(jiàn)進(jìn)口的貫流鍋爐都采用提高爐內(nèi)壓、擴(kuò)大傳熱面的方法來(lái)提高傳熱效率。國(guó)內(nèi)采用槍式燃燒器的鍋爐體積明顯偏大。三蒲1t/h(發(fā)熱量539,000kcal/h)鍋爐的實(shí)測(cè)爐內(nèi)壓在2300Pa左右。雙良貫流鍋爐采用特殊燃燒器、高壓風(fēng)機(jī),在對(duì)流環(huán)內(nèi),貫流鍋爐結(jié)構(gòu)較為特殊,煙氣流速、對(duì)流放熱系數(shù)都無(wú)現(xiàn)成的計(jì)算方法。怎樣修正這兩參數(shù),只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析。我們經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,認(rèn)為:①在計(jì)算對(duì)流環(huán)流速時(shí),應(yīng)采用兩圈管子之間的平均截面積折算成當(dāng)量間距所在流通面積作為計(jì)算截面積;②采用偏心結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)以對(duì)流環(huán)局部阻力近似相等為原則,而不是以等速為原則;③采用三排管時(shí),建議不采用偏心結(jié)構(gòu)。與貫流鍋爐相配的一般用高壓風(fēng)機(jī),爐內(nèi)壓可達(dá)2500Pa以上,煙氣流速達(dá)35m/s左右。在提高爐內(nèi)壓強(qiáng)化傳熱同時(shí),應(yīng)注意:①煙氣阻力(爐內(nèi)壓)與煙氣速度成平方關(guān)系。煙氣速度的增加會(huì)使阻力很快地增加,這就需要大功率的風(fēng)機(jī)。所以應(yīng)考慮鍋爐強(qiáng)化傳熱與電機(jī)功率增加的矛盾。②對(duì)流放熱系數(shù)計(jì)算中,煙速的指數(shù)小于1。阻力與煙速是二次方關(guān)系。隨煙速的增加,阻力的增加要比傳熱系數(shù)的增加快得多。因此,在進(jìn)行鍋爐結(jié)構(gòu)布置時(shí)應(yīng)先確定爐內(nèi)壓,再調(diào)整爐內(nèi)壓、煙速、放熱系數(shù)等之間的關(guān)系,盡量使整個(gè)鍋爐最經(jīng)濟(jì)。2.3關(guān)于汽化空間的位置水位的確定對(duì)蒸汽品質(zhì)、水冷壁受熱情況都有影響。為了保護(hù)管子,防止傳熱惡化,水位不宜過(guò)低。但如果水位過(guò)高,則蒸發(fā)段不夠,有可能帶水。在其他結(jié)構(gòu)形式(汽水分離器,蒸汽空間等)都已確定的情況下,應(yīng)使水位盡可能的抬高。有人認(rèn)為,貫流鍋爐爐膛熱水不均勻,列管中的水位高度也不相等。其實(shí),在貫流鍋爐列管內(nèi),并不存在嚴(yán)格的汽水分界面。在確定蒸汽出口處蒸汽含汽率后,也可以確定列管中水位與平衡筒中的水位高低。但建議采用試驗(yàn)值,計(jì)算值可作為校核。按《安規(guī)》中規(guī)定,水管鍋爐的最低安全水位,應(yīng)高于最高火界100mm。設(shè)置最低安全水位的意義在于保證鍋爐運(yùn)行中各蒸發(fā)面都得到可靠冷卻。貫流鍋爐平衡筒中水位是低于火界的。在確定最低安全水位后,應(yīng)確保鍋爐管能得到可靠冷卻。2.4對(duì)雙良貫流鍋爐的控制方式貫流鍋爐是一種鋼汽比小、容積熱負(fù)荷大的鍋爐。它的安全性與可靠性是通過(guò)一套完善的測(cè)點(diǎn)保護(hù)、自動(dòng)化控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。自控系統(tǒng)由測(cè)量顯示部份、運(yùn)算控制部份、執(zhí)行部份組成。測(cè)量顯示部份動(dòng)態(tài)測(cè)量鍋爐運(yùn)行中各參數(shù)如蒸汽壓力、煙氣溫度等。運(yùn)算控制部份由單板機(jī)或PLC組成,在程序控制下,比較各參數(shù)狀態(tài),確定需控制狀態(tài),它是自動(dòng)控制的關(guān)鍵。執(zhí)行部分一般由電磁閥、繼電器、聲光報(bào)警裝置等組成。雙良貫流鍋爐在控制方式上,采用PLC作運(yùn)算控制部份,觸摸屏作為人機(jī)界面。采用PLC,即可以控制開(kāi)關(guān)量,又可以控制少量的模擬量,并可方便地?cái)U(kuò)展,PLC具有豐富的通用通訊接口。采用PLC與觸摸屏作為工業(yè)鍋爐控制方式,有其獨(dú)特的優(yōu)越性,缺點(diǎn)是成本昂貴。對(duì)貫流燃油蒸汽鍋爐,安全保護(hù)測(cè)點(diǎn)至少有:①固定程序掃氣;②超壓保護(hù);③低水位保護(hù);④爐水濃度檢測(cè)。其中,①、②、③條是從安全性來(lái)考慮的,第④條是從鍋爐壽命來(lái)考慮的。完善的自控系統(tǒng)是全自動(dòng)燃油貫流鍋爐的附加值所在。國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的貫流鍋爐一般對(duì)鍋爐運(yùn)行自動(dòng)化程度比較關(guān)心,而對(duì)鍋爐的安全保護(hù)檢測(cè)如水質(zhì)(如爐水的含鹽量,PH值)、運(yùn)行工況(如是否將發(fā)生干燒)等鍋爐總體性能、可靠性研究不多,與進(jìn)口同類(lèi)型鍋爐水平的差異也就在此。我們認(rèn)為,對(duì)于貫流鍋爐這種結(jié)構(gòu)的鍋爐,完備的檢測(cè)與可靠的自控是