進口鍋爐選型的幾個問題

進口鍋爐選型的幾個問題

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量國外的快速鍋爐在中國市場上銷售。如何正確選擇購買快量鍋爐的方法已成為用戶的一個重要問題。為此,本文就選型中有關(guān)鍋爐結(jié)構(gòu)的幾個問題進行分析和討論,供參考。1煙氣溫度對鍋爐的影響從爐膛出來的高溫煙氣經(jīng)后回煙室折返至第二回程煙管,后回煙室是鍋爐本體的重要部分,因這里煙氣溫度高,受力情況復(fù)雜,特別容易出問題。后回煙室俗稱“背”,根據(jù)后回煙室被爐水包圍程度的不同,后回煙室的結(jié)構(gòu)可分為“干背”、“全濕背”和“半濕背”。1.1直徑和厚度對傳熱面的影響“干背”是指后回煙室不被爐水包圍(見圖1),由于后回煙室中煙氣溫度高達1000～1100℃,為防止燒壞鋼板,“干背”必須敷設(shè)耐火襯層,為防止回程間高溫煙氣短路,鍋爐后部煙氣回程間要設(shè)隔離層進行密封?！案杀场苯Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低、打開后門便于對爐膛和煙管進行檢修等。其缺點是:①耐火襯層容易燒壞,要定時更換。開啟后門更換耐火襯層時還要更換門上的密封圈,維護費用十分昂貴。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沒有利用后回煙室這個寶貴的傳熱面,至為可惜!后回煙室的傳熱面積雖然不大,僅占整個鍋爐傳熱面積的5%左右,但由于后回煙室和爐水的溫差可達800～900℃(壓力為10bar的飽和蒸汽鍋爐,其爐水溫度為184℃),如后回煙室被爐水包圍,其傳熱量可達整個鍋爐傳熱量的10%,和整個第三回程煙管的傳熱量大致相當(見圖2),圖2是一個典型的“濕背”三回程飽和蒸汽鍋爐的熱傳導(dǎo)圖?！案杀场卞仩t效率一般不超過85%(“濕背”鍋爐效率可達89%～90%),一個重要原因就是沒有利用“背”來傳熱。④“干背”結(jié)構(gòu)的后管板頂部和底部煙氣溫差高達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,對管板極為有害。⑤“干背”鍋爐的后門要鉸接打開,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濕背式鍋爐的簡介由于“干背”結(jié)構(gòu)存在上述缺點,已逐步被淘汰?，F(xiàn)在進口的鍋爐廣泛采用的是“濕背”結(jié)構(gòu),根據(jù)后回煙室傳熱面被爐水包圍程度的不同,又分為“全濕背”和“半濕背”兩種(見圖3)。(1)解決了“干背”結(jié)構(gòu)①充分利用后回煙室這個寶貴的傳熱面,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題,大大提高了工作可靠性并節(jié)省了維修費用。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700～900℃,導(dǎo)致板內(nèi)熱應(yīng)力過大,使煙管焊接接頭開裂的問題。“濕背”結(jié)構(gòu)中二、三回程煙管的后部管板是兩塊分開的管板(后回煙室前管板及鍋爐后管板),后回煙室前管板承受的是后回煙室的煙溫(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。“濕背”結(jié)構(gòu)的缺點是:結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造成本較高。由于受用戶廣泛歡迎,目前進口快裝鍋爐已廣泛采用“濕背”結(jié)構(gòu)。(2)煙氣溫度高、回煙室熱大、相對熱變形大①盡量增大“濕背”的“濕”面積,即后回煙室向爐水傳熱的傳熱面要盡可能大。②后回煙室與鍋殼的連接要有一定的柔性,這是因為鍋殼承受的是水溫(對10bar飽和蒸汽鍋爐而言是184℃),而后回煙室承受的煙氣溫度高達1000～1100℃,二者溫差如此之大,它們的相對熱變形是相當大的,如后回煙室與鍋殼連接十分剛固,勢必導(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煙室前管板的焊接接頭,它處于大溫差區(qū),易裂,要注意對它加強冷卻,減少熱應(yīng)力。(3)后回煙室和鍋殼連接的柔性不足①圖4所示的鍋爐后回煙室被爐水全部包圍,故系“全濕背”結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中后回煙室和鍋殼用圓柱形短系桿連接,短系桿和后回煙室后板及封頭(后管板)用焊接連接,短系桿為圓柱形,剛度偏大,后回煙室和鍋殼連接的柔性不足是這種結(jié)構(gòu)的缺點。②圖5所示的后回煙室結(jié)構(gòu)和圖4相同,不同之處在于對短系桿的形狀作了改進,采用兩頭粗中間細的“啞鈴”形短系桿,提高了系桿的柔性,這樣,后回煙室在鍋殼中一端由波紋膽提供彈性,另一端由“啞鈴”形短系桿提供彈性,后回煙室在鍋爐中處于兩面彈性支撐狀態(tài)。顯然,這種結(jié)構(gòu)的后回煙室與相鄰件的接合焊縫不易出問題,是一種較理想的“濕背”結(jié)構(gòu)。③在某些優(yōu)質(zhì)進口快裝鍋爐中,后回煙室的前管板和二回程煙管的連接處做有V形切口(圖6)由爐水對焊接接頭加強冷卻,減少了焊接接頭的熱應(yīng)力,大大提高了可靠性。1.3后回煙室的傳熱模型某些鍋爐為了簡化后回煙室結(jié)構(gòu)和制造工藝,把后回煙室中的部分傳熱面用水包圍,不被水包圍的傳熱面用耐火襯層保護,這種結(jié)構(gòu)的后回煙室稱為“半濕背”結(jié)構(gòu)。圖7所示的后回煙室為方箱形結(jié)構(gòu),分別與鍋殼及爐膽用角焊連接。方箱的上、下、前、后面分別為后回煙室的上頂板、下底板、前管板和后板,它們被爐水包圍。因為后回煙室直接和鍋殼焊接,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有被爐水包圍,沒有用來傳熱,故這種后回煙室屬“半濕背”結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的后回煙室與爐膽、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℃,后回煙室煙溫為982℃,設(shè)飽和蒸汽鍋爐的工作壓力為10bar,則爐水溫度為184℃),各個結(jié)構(gòu)的熱變形有很大不同,因而后回煙室與爐膽、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)點是后回煙室制造工藝較簡單,相應(yīng)制造成本低。2鍋爐傳熱量和彈性進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(見圖8)。(1)波紋膽制造工藝較復(fù)雜,造價高,但它的優(yōu)點是明顯的: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鍋爐傳熱量的50%。②在同等爐膽直徑和長度情況下,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)制造工藝較簡單,造價較低,膨脹節(jié)可提供一定的彈性,當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煙室焊接,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)推動力,h為爐中水面高,水循環(huán)方向見圖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)為兩個對稱的回流,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)的一個重要部位,國內(nèi)壓力容器制造規(guī)范要求采用折邊封頭,與鍋殼對接焊接,但進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,對接焊最好,角焊次之,搭接焊最差,當然折邊封頭,與鍋殼對接焊,制造工藝最復(fù)雜,造價最貴,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增加回程數(shù)來增加傳熱面積,提高鍋爐效率,但實際情況是:隨著煙氣從爐膛向鍋爐排煙口流動,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鍋爐傳熱面積近50%,但其傳熱量僅占整個鍋爐傳熱量約10%,故采用四回程,會使鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜,燃燒器鼓風機負荷增加,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、三回程煙管面積來達到(二、三回程煙管可采用密集配置),現(xiàn)在進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選用鍋爐來說是一個頭等重要的問題,因為進口快裝鍋爐燒的是昂貴的油或燃氣,效率高或低對運行費用關(guān)系實在太大了,以一臺4t/h的進口輕油鍋爐為例:運行一年的燃油費用可達鍋爐價格的2.8倍(以每年運行300天,每天16h計);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)省燃油費用23470.00美元,故對鍋爐效率應(yīng)給予特別重視。買一臺便宜但效率低的鍋爐,可說是“快樂一陣子,苦了一輩子”。鍋爐效率有理論效率和實際效率之分,理論效率是鍋爐設(shè)計時通過熱力計算而得的效率,實際效率是鍋爐運行時的實測效率,顯然,對用戶來說,重要的是實際效率。為了買到效率確實高的鍋爐,客戶應(yīng)提出要求,或供應(yīng)商提供售出鍋爐的效率實測報告作為驗收要求?？紤]到鍋爐大部分時間在局部負荷工作,故局部負荷時的效率極為重要,它與運行時省油與否關(guān)系極大,因而要求效率實測報告不僅要提供滿負荷時的鍋爐效率,還要提供局部負荷(最好取為滿負荷的30%左右)時的鍋爐效率,只有滿負荷時和局部負荷時的效率都高的鍋爐才能稱得上是一臺省油的好鍋爐。7無低壓油閥的調(diào)節(jié)燃燒器火力調(diào)節(jié)方式基本有二種,即有級調(diào)節(jié)(兩級火或三級火)和無級調(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,有級調(diào)節(jié)是靠噴油的噴嘴數(shù)來調(diào)節(jié)(兩級火有兩個噴嘴,三級火有三個噴嘴),而無級調(diào)節(jié)是靠噴嘴回油道上節(jié)流閥的開度來調(diào)節(jié)(無級調(diào)節(jié)只有一個噴嘴)。無級調(diào)節(jié)噴油量可以和鍋爐的負荷相匹配,因而鍋爐所受熱沖擊少,鍋爐壽命長;鍋爐的啟動次數(shù)少,省油;蒸汽壓力也較穩(wěn)定。有級調(diào)節(jié),噴油量是階躍式地有級變化,鍋爐熱沖擊大,影響鍋爐壽命;一般情況,噴油量和鍋爐負荷不匹配,因而壓力波動大,燃燒器啟動停止頻繁,而頻繁啟動是十分不經(jīng)濟的,出于安全原因,鍋爐每次啟