进口锅炉选型的几个问题

进口锅炉选型的几个问题

随着我国经济的快速发展，大量国外的快速锅炉在中国市场上销售。如何正确选择购买快量锅炉的方法已成为用户的一个重要问题。为此,本文就选型中有关锅炉结构的几个问题进行分析和讨论,供参考。1烟气温度对锅炉的影响从炉膛出来的高温烟气经后回烟室折返至第二回程烟管,后回烟室是锅炉本体的重要部分,因这里烟气温度高,受力情况复杂,特别容易出问题。后回烟室俗称“背”,根据后回烟室被炉水包围程度的不同,后回烟室的结构可分为“干背”、“全湿背”和“半湿背”。1.1直径和厚度对传热面的影响“干背”是指后回烟室不被炉水包围(见图1),由于后回烟室中烟气温度高达1000～1100℃,为防止烧坏钢板,“干背”必须敷设耐火衬层,为防止回程间高温烟气短路,锅炉后部烟气回程间要设隔离层进行密封。“干背”结构的优点是:结构简单、制造方便、成本低、打开后门便于对炉膛和烟管进行检修等。其缺点是:①耐火衬层容易烧坏,要定时更换。开启后门更换耐火衬层时还要更换门上的密封圈,维护费用十分昂贵。②回程间密封层容易烧穿,引起烟气短路,致使锅炉排烟温度升高,锅炉热效率大大下降。③没有利用后回烟室这个宝贵的传热面,至为可惜!后回烟室的传热面积虽然不大,仅占整个锅炉传热面积的5%左右,但由于后回烟室和炉水的温差可达800～900℃(压力为10bar的饱和蒸汽锅炉,其炉水温度为184℃),如后回烟室被炉水包围,其传热量可达整个锅炉传热量的10%,和整个第三回程烟管的传热量大致相当(见图2),图2是一个典型的“湿背”三回程饱和蒸汽锅炉的热传导图。“干背”锅炉效率一般不超过85%(“湿背”锅炉效率可达89%～90%),一个重要原因就是没有利用“背”来传热。④“干背”结构的后管板顶部和底部烟气温差高达722～888℃,板内产生很大的热应力,易引起烟管焊接接头裂开,对管板极为有害。⑤“干背”锅炉的后门要铰接打开,以便更换耐火衬层及回程间隔离密封层,因而“干背”锅炉占地面积比“湿背”锅炉大。1.2湿背式锅炉的简介由于“干背”结构存在上述缺点,已逐步被淘汰。现在进口的锅炉广泛采用的是“湿背”结构,根据后回烟室传热面被炉水包围程度的不同,又分为“全湿背”和“半湿背”两种(见图3)。(1)解决了“干背”结构①充分利用后回烟室这个宝贵的传热面,提高了锅炉效率,“湿背”饱和蒸汽锅炉的效率已达89%～90%。②不存在“干背”结构的耐火衬层和回路隔离密封层,因而不存在被烧坏和更换的问题,大大提高了工作可靠性并节省了维修费用。③不存在“干背”结构中后管板顶部和底部烟气温差高达700～900℃,导致板内热应力过大,使烟管焊接接头开裂的问题。“湿背”结构中二、三回程烟管的后部管板是两块分开的管板(后回烟室前管板及锅炉后管板),后回烟室前管板承受的是后回烟室的烟温(图3中为982℃),锅炉后管板承受的是烟气出口处的烟温(图3中为238℃),每块管板承受的是同一烟气温度,热应力大大减少,相应改善了管板的受力条件。“湿背”结构的缺点是:结构较复杂,制造成本较高。由于受用户广泛欢迎,目前进口快装锅炉已广泛采用“湿背”结构。(2)烟气温度高、回烟室热大、相对热变形大①尽量增大“湿背”的“湿”面积,即后回烟室向炉水传热的传热面要尽可能大。②后回烟室与锅壳的连接要有一定的柔性,这是因为锅壳承受的是水温(对10bar饱和蒸汽锅炉而言是184℃),而后回烟室承受的烟气温度高达1000～1100℃,二者温差如此之大,它们的相对热变形是相当大的,如后回烟室与锅壳连接十分刚固,势必导致焊接接头处产生裂纹。③要特别注意二回程烟管和后回烟室前管板的焊接接头,它处于大温差区,易裂,要注意对它加强冷却,减少热应力。(3)后回烟室和锅壳连接的柔性不足①图4所示的锅炉后回烟室被炉水全部包围,故系“全湿背”结构。在此结构中后回烟室和锅壳用圆柱形短系杆连接,短系杆和后回烟室后板及封头(后管板)用焊接连接,短系杆为圆柱形,刚度偏大,后回烟室和锅壳连接的柔性不足是这种结构的缺点。②图5所示的后回烟室结构和图4相同,不同之处在于对短系杆的形状作了改进,采用两头粗中间细的“哑铃”形短系杆,提高了系杆的柔性,这样,后回烟室在锅壳中一端由波纹胆提供弹性,另一端由“哑铃”形短系杆提供弹性,后回烟室在锅炉中处于两面弹性支撑状态。显然,这种结构的后回烟室与相邻件的接合焊缝不易出问题,是一种较理想的“湿背”结构。③在某些优质进口快装锅炉中,后回烟室的前管板和二回程烟管的连接处做有V形切口(图6)由炉水对焊接接头加强冷却,减少了焊接接头的热应力,大大提高了可靠性。1.3后回烟室的传热模型某些锅炉为了简化后回烟室结构和制造工艺,把后回烟室中的部分传热面用水包围,不被水包围的传热面用耐火衬层保护,这种结构的后回烟室称为“半湿背”结构。图7所示的后回烟室为方箱形结构,分别与锅壳及炉胆用角焊连接。方箱的上、下、前、后面分别为后回烟室的上顶板、下底板、前管板和后板,它们被炉水包围。因为后回烟室直接和锅壳焊接,炉胆后端部直接和后管板焊接,为避免锅壳及后管板的接触面被烧坏,炉膛底面A及方箱端面B不得不采用耐火衬层,因而这部分传热面没有被炉水包围,没有用来传热,故这种后回烟室属“半湿背”结构。这种结构的后回烟室与炉胆、锅壳为刚性焊接连接,它们之间的连接柔性差,而这三者所接触的烟气或炉水温度有很大差别(图3中炉胆火焰温度为1650℃,后回烟室烟温为982℃,设饱和蒸汽锅炉的工作压力为10bar,则炉水温度为184℃),各个结构的热变形有很大不同,因而后回烟室与炉胆、锅壳的焊接接头有出现裂纹的可能。这种结构的优点是后回烟室制造工艺较简单,相应制造成本低。2锅炉传热量和弹性进口快装锅炉的炉胆有波纹胆、直炉胆加膨胀节和直炉胆三种(见图8)。(1)波纹胆制造工艺较复杂,造价高,但它的优点是明显的:①提高了炉胆稳定性,减小了厚度,从而提高了炉胆传热量,炉胆的传热量约占整个锅炉传热量的50%。②在同等炉胆直径和长度情况下,波纹炉胆传热面积比直炉胆大。③提供了弹性结构,使整个炉体结构中因冷热不均而产生的热应力下降,提高了炉体的可靠性,并为烟管和管板全部采用焊接连接创造了条件。(2)直炉胆加膨胀节制造工艺较简单,造价较低,膨胀节可提供一定的弹性,当然效果比波纹胆差得多,故采用直炉胆加膨胀节的锅炉,其二回程烟管往往一端和后回烟室焊接,另一端和前管板胀接。(3)直炉胆通常用于小吨位锅炉。3炉胆水循环能力进口快装锅炉的炉胆布置有两种:偏心布置和中心布置。通常偏心炉胆向右偏心。右侧炉胆处温度最高,产生大量汽泡,左侧为二、三回程烟管,烟气温度较低,产生汽泡少。显然,锅中右侧水汽混合物重度r1,较左侧水重度r2要小得多。h(r1-r2)就产生水循环推动力,h为炉中水面高,水循环方向见图9,炉胆偏心配置大大加快了炉中水循环速度,提高了传热效果,从而提高了锅炉效率。中心炉胆中水循环为两个对称的回流,同样锅壳直径,中心高温部分和两侧温度较低部分距离较近,温差较小,因而水循环速度较偏心炉胆为低。目前进口快装锅炉中,偏心炉胆锅炉效率普遍较中心炉胆锅炉效率高,其中炉胆偏心配置是一个重要原因。4装锅炉封头和锅壳的连接封头承受内压力,它与锅壳的焊接是锅炉本体结构的一个重要部位,国内压力容器制造规范要求采用折边封头,与锅壳对接焊接,但进口快装锅炉的封头和锅壳的连接有三种形式:(1)折边封头,与锅壳对接焊;(2)平板封头,与锅壳角焊;(3)平板封头,与锅壳搭接焊。这三种焊接形式,从接头受力状况和可靠性而言,对接焊最好,角焊次之,搭接焊最差,当然折边封头,与锅壳对接焊,制造工艺最复杂,造价最贵,考虑到封头与锅壳的焊接是极为重要的焊接接头,为了确保锅炉工作可靠,还是以采用对接焊为宜。5烟气温度和烟气下余热的释放速度三回流锅炉传热量的提高烟气在快装锅炉中流动有三回程和四回程之分,图3和图1分别为三回程和四回程锅炉。制作四回程锅炉的本意是想通过增加回程数来增加传热面积,提高锅炉效率,但实际情况是:随着烟气从炉膛向锅炉排烟口流动,烟气温度逐渐降低,与炉水温差逐步缩小,传热效果相应降低。即使三回程锅炉,其第三回程的传热面积占整个锅炉传热面积近50%,但其传热量仅占整个锅炉传热量约10%,故采用四回程,会使锅炉结构复杂,燃烧器鼓风机负荷增加,而传热量提高十分有限,现在湿背三回程锅炉的效率已超过干背四回程的效率即是明证。提高传热量宁可采用增加二、三回程烟管面积来达到(二、三回程烟管可采用密集配置),现在进口快装锅炉绝大多数为三回程锅炉。6锅炉效率的要求锅炉效率对选用锅炉来说是一个头等重要的问题,因为进口快装锅炉烧的是昂贵的油或燃气,效率高或低对运行费用关系实在太大了,以一台4t/h的进口轻油锅炉为例:运行一年的燃油费用可达锅炉价格的2.8倍(以每年运行300天,每天16h计);取效率为89%的锅炉和效率为83%的锅炉相比,前者每年可节省燃油费用23470.00美元,故对锅炉效率应给予特别重视。买一台便宜但效率低的锅炉,可说是“快乐一阵子,苦了一辈子”。锅炉效率有理论效率和实际效率之分,理论效率是锅炉设计时通过热力计算而得的效率,实际效率是锅炉运行时的实测效率,显然,对用户来说,重要的是实际效率。为了买到效率确实高的锅炉,客户应提出要求,或供应商提供售出锅炉的效率实测报告作为验收要求。考虑到锅炉大部分时间在局部负荷工作,故局部负荷时的效率极为重要,它与运行时省油与否关系极大,因而要求效率实测报告不仅要提供满负荷时的锅炉效率,还要提供局部负荷(最好取为满负荷的30%左右)时的锅炉效率,只有满负荷时和局部负荷时的效率都高的锅炉才能称得上是一台省油的好锅炉。7无低压油阀的调节燃烧器火力调节方式基本有二种,即有级调节(两级火或三级火)和无级调节(又称比例调节)。在燃烧器油泵油压调定情况下,有级调节是靠喷油的喷嘴数来调节(两级火有两个喷嘴,三级火有三个喷嘴),而无级调节是靠喷嘴回油道上节流阀的开度来调节(无级调节只有一个喷嘴)。无级调节喷油量可以和锅炉的负荷相匹配,因而锅炉所受热冲击少,锅炉寿命长;锅炉的启动次数少,省油;蒸汽压力也较稳定。有级调节,喷油量是阶跃式地有级变化,锅炉热冲击大,影响锅炉寿命;一般情况,喷油量和锅炉负荷不匹配,因而压力波动大,燃烧器启动停止频繁,而频繁启动是十分不经济的,出于安全原因,锅炉每次启