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节能改造 废液焚烧炉烟气余热回收锅炉改进设计 文章编号:10048774(2010)03-41-03 废液焚烧炉烟气余热回收锅炉改进设计 李文涛,韩孝刚,徐鹤 (大连锅炉厂,大连116021) Improving Design of Wasteliquidfired Incinerator Flue Gas Heat Recovery Boiler IJI WentaoHAN XiaogangXU He (Dalian Boiler Factory,Dalian 1 16021,China) 摘要:基于原有废液焚烧炉烟气余热回收烟管式锅炉的烟管结渣原因分析,提出了余热 锅炉改进设计方案,并通过结渣周期计算和应用经济效益分析,证明其有效可行,在实际应用中 也取得了显著的节能和经济效益。 关键词:废液焚烧炉,余热锅炉,设计 中图分类号:TK22992 9 文献标识码:B 0概述 齐鲁石化丙烯腈厂丙烯、氨氧化工艺,经反应、 分离、精制等工艺过程生产丙烯腈产品。由于丙烯 腈装置产生的废液中含有剧毒物质丙烯腈、乙腈、氢 氰酸、聚合物、硫氨等,为了减少对环境的污染,需将 有毒废液雾化,在焚烧炉中高温燃烧、分解,然后排 人大气。由于焚烧炉排放的烟气温度达850950 ,能源浪费严重,同时因该厂的10 MPa中压蒸汽 不能满足生产需要,尚需从地方热电厂购买(336 th),因此齐鲁石化丙烯腈厂利用节能贷款新建了 废液焚烧炉烟气余热回收余热锅炉(工艺布置如图 1所示),回收高温烟气余热,生产10 MPa中压蒸 汽(95 th),以减少从地方热电厂购买蒸汽量,降 低生产成本。但卧式烟管式余热锅炉运行后发现余 热锅炉烟管内结渣非常严重,一般每运行13天, 就不得不停炉清渣,而且结渣难于清理。况且再次 图1废液焚烧炉烟气余热回收工艺布置图 1一焚烧炉2一余热锅炉3一汽包4一省煤器 收稿日期:2010-0330 第一作者:李文 (1975一),工程师, 级注册供热节能管: 师,从事锅炉的设十 热能工程的技术研! 工作,曾获中国机械 业科技进步奖和辽 省科技进步奖。 开车后运行周期明显缩短,严重影响了余热回收 果,最终装置停运。因此为了正常生产,必须对瑚 装置进行改造。 1结渣原因分析 装置停运后现场观察发现,结渣发生于余热 炉烟管前段400 mm范围内,渣呈黑色,坚固且难 清除。据操作人员反映,在运行期间,结渣呈黑色 稠状,同时结渣量大,余热锅炉烟管管束基本都被 死,烟气流通面积严重减少。 经过试验和理论分析,此种结渣成因主要是 液中的杂质,如Na、Ca等成分在高温下与烟气中 SO,、CO 反应生成硫酸盐、碳酸盐等化合物,并 600以上的高温烟气中升华成气体,在进入余 锅炉烟管后受到激冷凝结成粘性很大的熔渣。这 熔渣连同焚烧炉渣油燃烧产生的灰渣一起凝聚在 管进口附近的内壁上。 同时由于向焚烧炉内喷入废液使燃烧工况 化,产生大量炭粒子;再加上烟气中SO 及水蒸气 多与管壁金属反应形成Fe (SO) 。这些都增加 结渣的牢固性。随着烟气的不断流人,使结渣不 发展,从而造成了严重后果。 2问题解决方案探讨 针对以上现象及原因分析,我们从增大烟气 通面积、改善燃烧为出发点,初步提出了如下几条 决方案: 42 工业锅炉 2010年第3期(总第121期) (1)改变原废液焚烧炉的炉体结构,提高燃烧 温度,使Na和Ca的硫酸盐、碳酸盐化合物完全分 解。即对前部原有的废液焚烧炉燃烧室进行改造, 提高炉温到1 200,从而改善燃烧,此时可将废液 中的杂质完全分解,不再产生积渣,但此方案炉体结 构要重新设计,投资花费太大,权衡技术和经济可行 性,此方案不是最好的解决方案。 (2)不改变原有废液焚烧炉的结构,而在余热 锅炉的前部加装凝渣装置,力求使结渣发生在可以 维修的范围内,这样可相对延长运行周期。即对焚 烧炉烟气出口到余热锅炉烟气进口段进行改造,加 装凝渣段,内设水冷壁,使烟气在进入余热锅炉之前 被激冷从而拦截凝渣,且凝渣段做成易于拆装的型 式,定期更换,这样可延长锅炉的清渣周期。此方案 虽然注意到拦截凝渣的功能,但忽视了焚烧炉的炉 膛火焰长度,在经过实地测量和理论分析后,发现凝 渣段的增设位置已处于火焰能到达的区域,容易导 致凝渣段中的水冷壁发生爆管,所以此方案看似可 行,但仍不能从根本上解决问题。 为此,我们提出了更换余热锅炉的方案,即将原 烟管式余热锅炉改为水管式余热锅炉。此方案经过 多次技术研讨及专家分析,认为相对最优,它虽然没 有从根本上解决余热锅炉的结渣问题,但因为兼顾 了清渣与检修两方面,可以使设备的清渣周期延长, 同时降低清渣难度,变相地解决了结渣问题,且使得 投资有希望回收。 3水管式余热锅炉设计方案 31锅炉设计参数 (1)额定蒸发量:95 th (2)额定蒸汽压力:10 MPa (3)烟气入口温度:850 (4)烟气入口流量:23 265 111 h (5)给水温度:80(用户选定) (6)出口烟气温度:330(用户选定) 32设计方案介绍 本余热锅炉采用角管式结构(见图2),利用布 置在上下横向的4根集箱和四角垂直布置的下降管 支撑,结构紧凑,简单可靠。 此方案进行热力计算后发现如果只考虑清渣而 全部采用光管受热面的话,炉体总长会超出原有设 备很多,从而突破原设备场地的限制,为此受热面采 用光管与翅片管相结合的方式。在通过与左右集箱 相连的19组水平集箱管间焊接38排与烟气换热的 上升管,前12排横向管节距为170 mm,纵向为125 IlclYI,作为凝渣管排,防止结渣搭桥,中间留有3条检 修通道,便于人员进入炉内清渣;其余26排管组横 向管节距为100 mm,纵向为125 mm,前14排均采 用光管,最后12排采用大节距翅片管,以减小锅炉 体积,并减少锅炉管束的热力偏差,保证水循环的可 靠性。这样可以有效地防止由于烟气激冷造成的结 渣问题,也便于人工清理,同时换热面积和热负荷符 合设计要求,锅炉的体积也没有超出原有设备空间 的限制。设计时原设备的前后接口法兰面尺寸 (8 200 mm)保持不变,烟气流速控制在不低于7 ms, 以防止管外积灰;同时配置吹灰器,覆盖整个烟道以 解决积灰问题;将锅炉外包墙设计成可拆装式便于 清渣。 3 、 己 、 一 l, 图2角管式余热锅炉 1一本体2一前部烟道3一包衣4管路仪表 5一汽包6一后部炯道7一炉墙8一基础 4新型余热锅炉的结渣周期估算与应用情 况及经济效益分析 41结渣周期估算 原烟管式余热锅炉烟管水平布置,共375根,内 径d为50 mill,管长为7 700 mm,结渣长度为400 mm。假设管束堵塞长度为结渣长度的三分之二,从 原方案实施情况来看,每两天烟管内结渣堵塞长度 为4000667 mm,则每天结渣量 为: A=竹D 3752 =31450 400233752 :0098 174 m 因为烟气成分一定,所以新方案下的结渣量与 原方案相同。 新方案的前12排凝渣管排布置如图3所示,后 14排光管排布置如图4所示。 节能改造 废液焚烧炉烟气余热回收锅炉改进设计 43 图3前l2排凝渣管排布置图 根据公式Q=KAAt,在换热面积和温差不变的 情况下,换热系数改变时,换热量也随之改变。新方 案的换热系数K=0031 5 kW(m ),每毫米结 渣热阻R=0008(ITI )W,若结渣厚度为 mm,则结渣后换热系数为: K =_ 一 w(m。) +姗 当结渣厚度为30 mm时,经过计算,换热系数 已变为原来的10左右,此时可以认为管束不起换 热作用。考虑到前12排管束间距允许30 mm的结 渣,而后面2排的管束间距为100 mm,管子外径为 51 mm,这样结渣厚度为30 mm时,就造成了结渣搭 桥,所以后面管束的结渣厚度不能达到30 mm。但 从锅炉的运行情况来分析,前面的12排管束应该首 建设节 约型社会 先结渣,后面2排管束应在前面12排管束结渣且换 热效果下降后才可能结渣,而且前12排在结渣后还 会继续结渣,因此后2排结渣厚度取为8 mm,此时 换热系数为设计换热系数的30,前面4排的结渣 厚度为82:16 mm,此时换热系数为设计换热系 数的20,最前面8排的结渣厚度为162:32 mm,此时换热系数为设计换热系数的10。 按照管束长度和允许结渣厚度 计算,总允 许结渣量为E,rrdLX=336 m 。锅炉可运行天数为 3360098 174=34天。计算表明角管式余热锅 炉在相同的烟气条件下可以保证正常运行一个月左 右,确实比原锅炉延长了清渣周期。 42应用情况及经济效益分析 如果前12排凝渣管与其后的2排光管换热失 效的话,换热面积减小为原来的81,产汽量减小 为9581=77吨,因此产汽量取平均值85 吨1h时,若蒸汽价格按65元吨、脱盐水价格按20 吨、余热锅炉每年连续运行8个月计算,每年经 济效益为(6520)85 X 24 X 308=22032万 兀。 该锅炉已在齐鲁石化丙烯腈厂投产运行,实际 运行的效果非常理想,锅炉运行周期延长至3个月, 也就是

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