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余熱鍋爐運行中的熱偏差進行理論分析，分析其產(chǎn)生原因和將會造成的后果，并提出相應的改善措施。為了響應國家淘汰低產(chǎn)能的號召，中國有色集團撫順紅透山礦業(yè)有限公司冶煉廠對冶煉工藝進行改造，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，并達到余熱利用的目的。本余熱鍋爐動力為自然循環(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)定運行決定了底吹爐能否正常運行，所以需要保證余熱鍋爐能夠長時間穩(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流為動力來完成爐內(nèi)循環(huán)，所以在自然余熱鍋爐的運行中很容易出現(xiàn)水冷壁各個位置由于熱量分布不均產(chǎn)生金屬管壁超溫，進而發(fā)生爆管等事故的情況，只有合理的設(shè)計和在運行中科學的操作控制，才能確保余熱鍋爐的水冷壁擁有比較長的使用壽命。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)余熱鍋爐的各個部分所受的熱負荷不同，導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)焦和積灰對熱量的隔離使水冷壁對熱量的吸收產(chǎn)生影響；3.1.3.含塵煙氣長時間對管壁造成沖刷，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)硫會在煙道中二次燃燒，使煙道局部的熱量升高；對于余熱鍋爐的煙道，內(nèi)部各面的熱負荷各不均勻，對于同一壁面，沿其軸向和徑向的熱負荷的分布不均勻，對于煙道整體，沿著煙道軸向和徑向分布的熱量也不均勻，這些不均勻?qū)煌潭鹊难永m(xù)下去，引起爐膛出口和對流管區(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動，收到高溫風機拉動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，流場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，流動阻力增加，使得水流量減少，熱偏差加劇，如果長時間不改善，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)流動使溫度趨于均勻，這種過程也就是通常說的熱對流。自然循環(huán)沒有外界的強制推動力，所以流質(zhì)在壁管內(nèi)的的流動會出現(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引起并列管進出口靜壓的差異，導致流量不均，流體在管中流動，動力是管子兩端的壓差，集箱為平衡并列管壓力設(shè)計，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，這樣也會產(chǎn)生熱偏差現(xiàn)象，所以集箱的位置和數(shù)量對水冷壁中流質(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導致流量不均。吸熱量大的管子，流體的比熱容也大，進而管內(nèi)流量減少，管出口的流體溫度和管壁溫度都會升高。控制熱偏差的措施4.1.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，緩解煙氣的離心運動狀態(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。使爐膛前上部水冷壁與頂棚過熱器的吸熱量均勻。4.1.3.對高溫風機進行調(diào)整，采用微負壓操作，使得煙氣能夠平穩(wěn)均勻地通過煙道，進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.采用振打裝置和燃氣高能脈沖裝置對水冷壁積灰進行控制，并有專人負責清理余熱鍋爐結(jié)焦。4.1.5.對氣速較高處和煙氣含塵量較大處用耐磨水泥進行保護，防止管壁磨損。4.1.6.對提高鍋爐氣密性，減少爐內(nèi)含氧量，進而減少單質(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