余热锅炉系统Word文件下载.docx
《余热锅炉系统Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《余热锅炉系统Word文件下载.docx（72页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
依照产汽过程有三个时期，对应的应当要有三个受热面，即省煤器、蒸发器和过热器。
假如不须要过热蒸汽，只须要饱和蒸汽，能够不装过热器。
（二）余热锅炉的型式
1、强迫轮回余热锅炉
图19－1所示的余热锅炉确实是强迫轮回余热锅炉。
从汽包下部出来的水经一台轮回泵后，进入蒸发器，是靠轮回泵产生的动力使水轮回的，称为“强迫轮回余热锅炉”。
其特点是；
各受热面组件的管子是程度的，受热面之间是沿高度偏向安排，可节俭地面的面积，并使出口处的烟囱高度缩短。
但在运行中须要轮回泵，使运行复杂，增长修理费用。
今朝油田进口的余热锅炉，多半采取此种型式。
2．天然轮回余热锅炉
图19－2是一天然轮回余热锅炉，全部受热面组件的管子是垂直的。
给水进入省煤器吸热后，进入汽包。
汽包有降低管与蒸发部的下联箱相连，降低管位于烟道别处，不接收烟气的热量。
汽包还与蒸发器的上联箱相连。
竖立管簇接收烟气的热量。
当水接收烟气热量就有部份水变成蒸汽，因为蒸汽的密度比水的密度要小得多，因此竖立管内汽和水混淆物的平均密度要小于降低管中水的密度，两者密度差形成了水的轮回。
也确实是说：
不吸热的降低管内的水比较重，向下贱动。
竖立管内的汽水混淆物向上流淌，形成连续产汽过程。
现在进入蒸发器的水不是靠轮回泵的动力，而是靠流体的密度差而流淌，这种余热锅炉称为“天然轮回余热锅炉”。
其特点是：
省去轮回泵，使运行和修理简单。
但各受热面是沿程度偏向安排，占地面积大年夜，在排烟处所需烟囱的高度要高。
图2天然轮回余热锅炉
本文重要介绍“强迫轮回余热锅炉”。
（注：
一样来说，余热锅炉的轮回方法有5种：
单压，双压无再热，双压再热，三压无再热，三压再热。
（三）余热锅炉的安排
图19－3是强迫轮回余热锅炉的安排图，包含余热锅炉本体受热面及烟道体系，其特点如下：
图19－3余热锅炉安排图
1．烟气体系
从燃气轮机出来的高温烟气有两路出口，一路进人余热锅炉，从主烟囱排人大年夜气，另一路进入旁路烟囱排人大年夜气。
每路烟道上都装有挡板，共有三个挡板，主烟道上的挡板称“主挡板”，旁路烟道上的档板称“旁路档板”，主烟囱处的档板称“烟囱挡板”，各挡板是合营应用的。
燃气轮机工作而余热锅炉不工作，要开启旁路挡板，封闭主挡板。
燃气轮机与余热锅炉同时工作，要封闭旁路挡板，开启主挡板。
另一方面为调剂余热锅炉的产汽量，主挡板和旁路挡板能够部份开启或部份封闭，挡板调剂的内容见后。
余热锅炉工作时，应当开启烟囱挡板。
当余热锅炉短时刻停炉，能够封闭烟囱挡板，以防止余热锅炉内的热量损掉。
因为余热锅炉内温度比较高，四周冷空气能够进入余热锅炉，形成天然对流将热量带走，封闭烟囱挡板就能防止外界气流进入余热锅炉，以储存热量，预备随时起动余热锅炉。
假如余热锅炉要停炉检修，欲望冷却速度快些，能够开启烟囱挡板。
程度烟道经由一个90︒转弯接头与余热锅炉相连，那个转弯接头是经制造厂实验研究后确信的，其外形尺寸必须要包管转弯后的气流分布平均，平均的气流能够或许使得烟气放热也平均，管内水或汽的吸热也平均，不然会使一些管子吸热多而另一些管子吸热少，这对余热锅炉的安稳运行是晦气的。
主烟道和旁路烟道都装有膨胀节，这是因为烟道受热后要伸长，会对烟道的支架产生热应力。
采取膨胀节能接收烟道的伸长量，能够减小热应力。
2．汽包
汽包是用悬吊的方法来固定，悬吊在伸出的悬臂框架上，悬臂框架与省煤器的框架相接。
采取悬吊方法能够使汽包有足够的挠性，因汽包下部有降低管，上部有省煤器进水管、蒸发器的汽水混淆物引入管以及饱和蒸汽引出管等，当这些连接收受热膨胀时，都邑对设备产生附加应力，现在汽包用挠性支架，能削减对设备产生附加应力。
3．组件的装配
全部余热锅炉分成几个大年夜组件，每个大年夜组件在制造厂组装好后装运。
在现场直截了当安装，如许大年夜大年夜缩短安装工期。
这些增长有：
烟囱，膨胀节，90︒转弯段，支承框架，汽包，烟道，挡板，烟囱缩口，过热
器，蒸发器I和II，省煤器，旁路烟道及其挡板和膨胀节等。
1内壁2外壁
3保温层4连接螺栓
5法兰6法兰螺栓
有热烟气流过的组件均装有管箱板，管箱板上有法兰。
图19－4示出了高低拉杆组件管箱板的连接方法。
推敲到削减散热损掉，包管运行人员安稳，管箱板由金属板与保温层构成。
与高温烟气接触的内壁采取耐热合金钢板，外壁采取碳钢板。
两金属那边之间是矿物纤维保温层，外壁和内壁用螺栓连接，螺栓预先焊在外壁钢板的内侧，在内壁响应地位处预先冲孔眼，孔的直径要比螺栓直径大年夜，余外的孔隙量能够许可内壁和外壁有相对移动。
这是因为内壁和外壁的温度不合，材料不合，受热后的膨胀伸长量也不合，因此两壁之间会有相对移动。
外壁上焊有加强框架，可包管管箱板的强度和刚度，外壁的两端焊有法兰，能够用来连接组件。
图19－4
烟气在余热锅炉中自下而上流淌，烟温逐步降低，因此管箱板的保温层厚度也可减薄，省煤器出口的烟气温度不跨过200℃，能够直截了当用碳钢的钢板制造烟道，来代替管箱板。
（四）受热面组件的特点
受热面组件指的是省煤器、蒸发器和过热器，分别构成四个组件，其构造型式全然上是雷同的。
只有管子直径及有关尺寸略有不问，各组件由管组、联箱、管箱板和支吊架构成，现分别论述之。
1．管组
图5受热面组件装配
A预备管子，锉坡口B焊接弯头及连接直管C装支吊架D支吊架装顶板和底板
每个受热面组件的管组包含几十根管子，管子是带肋片的，构成程度蛇行管，见图19－5。
肋片管是用必定厚度（1mm）和必定宽度（12－20mm）的薄钢带绕在光管外壁上，绕的型式采取螺旋线。
薄钢带是用电阻焊与光管外壁相接的，使钢带与管外壁慎密结合，包管传热后果好。
图19－5表示了全部受热面组件的装配过程，二根直的助片管用一个180︒弯头连接，连接方法采取焊接，最后构成一根程度蛇行管，几十根并联的蛇行管能够构成一个管组。
2．支吊架
采取“蜂窝状”吊架，用两块凸凹板能够构成一个“蜂窝状”吊架，凸凹的外形是一个等六边形，像蜂窝的外形，因此称“蜂窝状”吊架。
图19－5C中表示出一根程度蛇行管的吊架，假如管子沿程度偏向专门长，须要多装吊架，大年夜约每隔一米需一个吊架。
假如并联的管子数量是30根，在同一距离上就有30个吊架，采取吊架顶板和底板能够将此30个吊架组合起来，最后如图19－5D中表示的一个大年夜的稳固的管组。
顶板用13～19mm厚的碳钢钢板制造，能够或许遭受管组的重量。
管子的肋片部份和支架板接触，肋片外形是圆的，而支架板外形是六角形，除了接触点以外，两者之间有足够的闲暇，吊架本身又有挠性，能够微微移动。
因此当管子受热而膨胀时，不易被吊架卡住，同时管壁可不能被磨损。
这种型式的吊架关于联箱也是有好处的，因为管组的进口联箱和出口联箱差不多上固定不动的，采取这种吊架，管子膨胀伸长是自由的，能削减膨胀热应力感化到联箱上。
3．联箱
在全部管组和吊架装配后，最后安装联箱，省煤器和过热器的进出口联箱型式是雷同的。
而蒸发器的联箱的型式经常是不合的。
进口联箱的直径要小于出口联箱的直径，这是因为蒸发器进口是水而出口是汽水混淆物。
4．特点
构成的程度蛇行管的两端能够自由伸长。
从图19－1中能够看到全部弯头都在高温烟道以外，注解焊缝不和高温烟气接触。
这种受热面构造对快速起动有利。
因此余热锅炉能够或许跟着燃气轮机快速起动。
受热面的管子采取肋片管，能够增长传热量，反过来说，在传热量雷同的情形下，能够减小受热面，使余热锅炉体积小，安排紧凑。
因此今朝不论是程度蛇行管或竖立式管都趋势于采取肋片管。
例如：
省煤器中每公斤水需接收热量314KJ。
假如采取光管，需0.497米长的管子，假如采取同管径的肋片管。
只需0.05米的管子；
明显后者能够缩小尺寸。
从传热的不雅点来分析，要进步传热量，就要减小传热的总热阻。
余热锅炉管子别处流的是烟气，管内流的是水或汽或汽水混淆物，前者的热阻远弘远年夜于后者，相差几十倍～几百倍，因此就要从管外侧想方法来改良传热，最有效的方法确实是增长管外侧别处积，也确实是采取管外加肋片的肋片管。
2受热面的设计运算
余热锅炉的产汽过程是经由过程省煤器、蒸发器及过热器来实现的。
也确实是经由过程管子把管外烟气的热量传给管内的流体（水或汽）。
在运行中，假如省煤器和蒸发器传过的热量少，那么蒸汽产量少，蒸汽压力低。
假如过热器传过热量少，“就使蒸汽出口温度低。
别的，受热面处在高温烟气下工作，管内流体的流淌情形会阻碍管子金属温度，也确实是阻碍管子强度，由此可见，这三个受热面直截了当阻碍余热锅炉运行的安稳性和经济性。
从事锅炉运行的人员要明白得产汽过程特点及传热的全然常识，才能分析运行中显现的变乱以及蒸汽参数调剂的问题。
本节重点介绍传热及汽水两相流问题。
一、热量运算公式
每个受热面有三个热量运算公式，一个是烟气放出的热量、一个是管内流体接收的热量，一个是传往常的热量。
这三个热量是相等的，人们用热均衡方程式来表示前二个热量，用传热方程式来表示后一个热量，现分别论述之。
（一）热均衡方程式
烟气经由某受热面所放出的热量，扣除散到四周的散热量，确实是烟气的有效放热量，公式如下：
Qp=ϕV（I’－I’’）J/s或W
（1）
式中：
Qp一烟气有效放热量；
ϕ一保热系数，推敲散热量的阻碍，平日取0．98～0．99；
V一烟气流量kg／s；
I’一烟气进口焓，J／kg；
I’’一烟气出口焓，J／kg。
管内流体在某受热面所接收的热量，用下式表示：
Qw＝G（i’’一i’）J／s或W
（2）
Qw一管内流体吸热量；
G一管内流体流量kg／s；
i’’一流体出口焓，J／kg；
i’一流体进口焓，J／kg。
热均衡方程式确实是：
Qp＝Qw
平日写成ϕV（I’－I’’）=G（i’’一i’）（3）
分析（3）式，能够看到烟气侧改变任何一个物理量的大年夜小，都阻碍管内流体的吸热量，也确实是阻碍管内流体的物理量的大年夜小。
燃气轮机降负荷，烟气量V削减，假如烟气的进口和出口焓不变，全部烟气放热量削减。
现在管内流体吸热量要削减，假如流体的流量G不变，进口流体焓i’不变，那么流体的出口焓i’’就要减小。
同样的来由，改变烟气焓也会阻碍流体的出口焓。
关于省煤器和过热器来看，管内水或汽的流量G不随烟气放热量而变，只改变水或汽的出口焓，也确实是改变流体的出口温度，而对蒸发器则不合，烟气放热量的变更会使蒸汽产量产生变更以及蒸汽压力产生变更，这些差不多上运行中须要看重的参数。
公式（3）中，烟气流量是随燃气轮机负荷而改变，烟气进口焓也与燃气轮机负荷有关，烟气的出口焓则与传热量大年夜小有关，因此只有热均衡方程式还不克不及确信烟气放热量，还须要经由过程传热方程式来运算传热量，最后确信烟气放热量。
上面已提到，放热量和吸热量和传热量三者是相等的，假如传的热量少，烟气的放热量和流体吸热量都邑随之削减，这说明传热量是专门重要的，运算传热量采取传热方程式。
图6肋片管的尺寸符号图7受热面的温度分布（a）逆流（b）顺流
（二）传热方程式。
从“传热学”中明白传热方程式的全然情势是：
Q＝K·
∆t·
AJ/s或W（4）
Q一传热量；
K一传热系数，W/（m2⋅℃）；
∆t一平均温差，℃；
A一管子的传热面积，m2。
传热系数K的运算复杂，见（四）节内容介绍。
1．肋片管子的传热面积运算
肋片管子的尺寸符号见图6。
管外壁的总传热面积包含肋片的别处积和无肋片区的管外壁面积。
令Af为肋片别处积，AWb为无肋片区的管外壁面积，每米管长的总面积A0＝Af＋AWb，m2/m。
（5）
（6）
n一每米长度上肋片的数量。
假定肋片端部绝热。
2．平均温差∆t的运算
受热面差不多上由多排的程度管圈构成，沿着管子长度各点的流体温度是逐步变更的，同时对应的各点的烟气温度也是逐步变更的，是以只能求出全部受热面的平均温差。
图7表示三种受热面烟气和管内流体的温度分布情形。
进入受热面的烟气温度为T1，经由放热后的烟气温度降到T2。
进入受热面的水（或汽）的温度为t1，吸热后温度升高，分开受热面时温度为t2。
图7中表示出（a）、（b）、（c）三种情形。
（a）表示热流体（烟气）与冷流体（水或汽）的流淌偏向是相反的，称为“逆流”。
两种流体的高温段位于受热面同一侧，低温段也位于受热面的另一侧。
从（a）上能够看到，被加热的冷流体的出口温度t2能够高于热流体的出口温度T2，现在，沿受热面的遍地温度差（T—t）比较一致，其数值比较大年夜。
这确实是“逆流”安排的一个长处。
现在余热锅炉的省煤器和过热器是采取“逆流”安排，热烟气自下而上流淌，水（或汽）自上而下贱动。
（b）表示热流体与冷流体的流淌偏向是雷同的，称为“顺流”，能够看到，冷流体的出口温度t2不克不及与热流体的出口温度T2雷同，至少要保持一个差值即（T2－t2）＞0。
同时沿受热面的温差（T－t）的变更大年夜，开端温差大年夜，后逐步减小，全部受热面的温差的平均值比较小。
（c）表示冷流体温度没有变更，这种受热面确实是蒸发器。
因为当水变成蒸汽的过程中，饱和温度是不变的。
不论采取“逆流”安排或“顺流”安排，其温差的数值是雷同的。
因此余热锅炉的蒸发器可采取”“顺流”安排。
管子的平均温差用下列公式运算
（7）
∆td一热、冷流体温差的最大年夜值；
∆tx一热、冷流体温差的最小值。
上述符号的意义表示在图7上。
公式（7）称为“对数平均温差”，是依照幻想前提下推导出的。
幻想前提包含：
单管、流体比热不变、对流换热系数不变。
而实际受热面是多管的，流体比热随温度而变更，对流换热系数也是在变更的，因此实际应用时，用修改系数进行修改，获得实际受热面的对数平均温差是ψ∆t。
余热锅炉各受热面的蛇行管的曲折数都跨过四流程，因此修改系数ψ接近1。
例题1：
已知省煤器进口水温是110℃，出口水温是180℃，烟气进口温度是230℃，出口温度降到185℃，试运算逆流及顺流安排时的对数平均温差。
解：
顺流安排时，∆td＝230－110＝120，∆tx＝185－180＝5
因此，
逆流安排时，∆tx＝230－180＝50，∆td＝185－110＝75
例题一的谜底注解，顺流安排时，对数平均温差要小。
假如传过同样的热量，从公式（4）能够看出，须要的受热面的面积大年夜，需增大年夜72％阁下，因此余热锅炉中采取逆流安排。
（三）肋片管的传热过程
1．洁净管壁面的传热过程
图8表示了肋片管的传热，假定金属壁面是洁净的，没有污垢层，能够认为传热有三个时期，现分别论述如下：
图8肋片管的传热
图9肋片效力Ef
（1）第一个时期：
烟气对金属壁的传热。
烟气的温度是T，分别与肋片壁与管外壁接触，管外壁的温度是twb，肋片壁的温度是tx。
能够依照公式（4）的情势，分别写出传热量公式，Q1是传给助片壁的热量，Q2是传给管外壁的热量。
（8）
（9）
烟气总传热量
（10）
上式中的肋片壁温tx是一个平均温度值，距离管外壁近的肋片根部的温度接近管外壁温twb，而在肋片顶端处的温度要比管外壁温twb高，因此采取平均值。
tx的数值与以下物理量有关：
管外壁温度、管子尺寸、肋片尺寸、金属壁的导热系数、烟气的换热系数等。
经数字推导并加整顿，获得助片效力Ef和系数B。
（11）
（12）
两者的关系Ef=f（B）示于图9中。
λb—金属壁的导热系数，W/（m·
℃）
α1—烟气对壁的换热系数W／（m2·
℃）。
其余符号见图6及图8所示。
肋片效力Ef的物理意义注解金属本身的热阻的阻碍。
从公式（11）中能够看到，当金属有热阻时，tx大年夜于twb，Ef是一个小于1的数值。
在幻想情形下，金属没有热阻，tx等于twb，肋片效力Ef=1。
将（11）公式中的（T—tx）代人公式（10）中，获得第一时期传热量为：
（13）
（2）第二个时期：
从管外壁到管内壁的传热量为：
（14）
b—管壁厚度，m；
tnb—管内壁温度，℃；
Ab——用平均直径运算的管子平均面积，m2。
（3）第三个时期：
从管内壁到管内流体的传热量为：
（15）
α2—管内流体的换热系数，W/（m2·
℃）；
Anb－管内壁面积，m2
t——管内流体的平均温度，℃。
在稳固传热过程中，上述的三个时期的传热量是相等的，获得Q＝QI＝QI＝QIII，将各Q值代入后，加以整顿，获得
依照
获得
（16）
能够写成公式（4）的通用情势，
（17）
A0—肋片、管外壁总面积，A0＝Af＋Awb；
∆t—对数平均温差，℃
K—总传热系数，W/（m2·
其运算见（四）节内容
2．壁面有污垢的传热过程
图（10）表示有污垢时的传热，因为污垢层的热阻大年夜，使管外壁温twb降低，依此类推，最终使冷流体的温度降低，达不到预定的加热温度。
当余热锅炉受热面存有污垢时，就有此现象产生，污垢厚度越厚，此现象越严峻。
污垢层的传热量可按照公式（14）的情势
工程上直截了当用污垢系数来表示污垢层的热阻。
Rw表示外壁的污垢系数，Rw＝brw/λrw；
Rn表示内壁的污垢系数，Rn＝brn/λrn。
推敲到污垢层比较薄，近似认为Aww＝A0，Anw＝Anb，九获得：
（18）
（19）
将以上两式与其他三项传热量归并后，获得：
（20）
比较公式（16）与公式（20），能够看出，因为等号左边增长了两项，使数值变大年夜，等号右边的（T－t）的差值也变大年夜，表示冷流体被加热的温度要降低，即余热锅炉产汽量或蒸汽出口温度均要降低，这说明受热面结垢对运行是晦气的。
（四）肋片管的传热系数运算
将公式（20）写成通用情势：
获得传热系数：
（21）
上式第一项是烟气换热的热阻，第二项是烟气侧壁面的污垢热阻，第三项是金属管壁热阻，第四项是管内壁污垢热阻和管内流体换热的热阻。
运算传热系数K，起重要运算α1、α2、以及Rw、Rn、λb。
现分别论述如下。
1．金属管壁导热系数λb。
关于碳钢的管材，当温度为20℃时，λb＝46W/（m·
℃），跟着温度升高而略有降低，当温度在100℃～200℃之间，λb＝40W/（m·
关于含铬钢管，当温度在400℃时，导热系数λb＝38W/（m·
℃），过热器常采取铬钢来制造。
2．管外壁和管内壁的污垢系数
管外壁的污垢包含氧化膜及积灰，其污垢系数Rw随燃料气的性质而定，燃用天然气时，Rw可取0.00035m2·
℃／W，燃用油时，Rw可取0.0008m2·
℃／W
管内壁的污垢包含氧化膜及水垢，采取水处理的软化水作为锅炉给水时，污垢系数Rn可取0.0001～0.0002m2·
℃／W。
当软化水质量不合格，水垢层厚度会变厚，使污垢系数随运行时刻增长而增长。
因此要包管锅炉给水的质量。
3．烟气换热系数α1
肋片管采取正三角形错列安排时，换热系数α1可用布里格斯的实验公式。
（22）
Sf，Y，Df，Dw构造尺寸见图6；
Re－雷诺数，
Pr－普朗特数，
w－烟气在最小通流截面处的流速，m/s
ρ－烟气密度，kg/m3
μ－烟气粘度（粘性系数），Pa⋅s
cp－烟气定压比热，J/kg⋅℃
λ－烟气导热系数，W/m⋅℃
当肋片管的构造尺寸确信后，其余物理量都与烟气温度有关，个中烟气流速还与烟气流量有关。
平日烟气的换热系数α1的数值范畴是几十，因此其热阻大年夜，是决定传热系数的重要身分，余热锅炉运行时的负荷变更也取决于烟气换热系数，例如，当烟气流量增长，烟气流速就增大年夜，雷诺数Re增大年夜，换热系数α1就加大年夜，传热系数K也变大年夜，传热量增长，使余热锅炉的产汽量增长。
反之，烟气流量削减，换热系数也减小，传热量就少，产汽量也少。
关于一样的传热运算，传热系数K，热阻，热阻中的关键项－烟气侧对流换热系数。
例题2：
已知某处烟气流速17m/s，温度375℃，当烟气（质量）流量不变，温度升高到450℃时，分析换热系数α1的变更。
按布里格斯的实验公式，运算成果如下：
温度℃
λ
Pr
μ/ρ
w
Re
375
0.0489
0.702
57.4×
10－6
17
296167Dw
450
0.0
升级会员 