余热锅炉设计的若干研究

3 0 余 热 锅 炉2 0 1 5 3 余热锅炉设计的若干研究 杭州锅炉集团股份有限公司 陈宇昂 摘要余热锅炉在能源节约中具有不可估量的重大作用， 能够回收工业产 生的余热 ， 提供 给其 它设备使 用。 余 热锅 炉是重要 的换 热设备 ， 主要 利用工业 系统 中排放烟 气中的余热加热锅炉 系统中的水， 使其产生高温高压的水蒸气， 进而输 送到蒸汽轮机中去做功 ， 或者输送到其它设备中进行利用 ， 这大大的提高 了能源 的利用率。 由于余热锅炉的工作状态一般比较复杂， 所以在设计布置上也是一道难 题 。 本 文根据 余热锅 炉特 点进行 分析 ， 对 余热锅 炉 的设计 进行研 究， 提 高余热锅 炉 的使 用效率。 关键词 余热锅炉 设计与应用 研究 0 、 前 言 余热锅炉能够 回收工业生产 中产生的 余 热， 并转为他用， 余热锅炉在 能源节约方 面起着不可估量的重大作用。 但 由于余热锅 炉一般 比较复杂， 对其进行高效的控制一直 是一道难题。 锅炉是工业生产中重要的换热 设备 ， 在系统中承担着承上启下 的作用， 余 热锅炉的控制重点在于对蒸发区的控制 ， 其 具有分布参数广 、 两相流动、 非线性及复杂 的耦合性等特点 ， 使得控制难度较大 ， 在现 有控制方法的基础上 ， 对控制重点进行讨论 ， 以达到优化设计余热锅炉的目的。 1 、 余热锅炉设计阐述 1 1 余热锅炉的结构及特点 余热锅炉一般 由省煤器， 蒸发器， 过热 器 以及联箱与锅筒等容器组成。 在运行过程 中， 利用前置工业系统产生 的余热、 废热产 生蒸汽或热水， 用于驱动汽轮机或其它热力 设备 。 相对 于其 它锅炉， 由于余热锅炉主要 依靠的是对流换热， 辐射换热基本可 以忽略 不计， 故相对 于传 统锅炉， 余热锅炉一般需 要布置更多的受热面， 相应来说体积也就更 大。 同时由于前置系统的热源经 常处于变工 况运 行状 态， 但是余热锅炉输 出的蒸汽， 由 于受到工程学和热力学的约束， 变动量并不 是很大， 也就是说余热锅炉的热惯性相应 的 会 比较大。 1 2余热锅炉设计要点 1 2 1 余热锅炉液位设计 在对余热锅炉的设计和制造过程中， 都 会给定液位参数 ， 对于余热锅炉的使用液位 参数是非常重要 的检测 目标。 当余热锅炉的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 5 3 3 1 液位低于正常液位 的时候， 其产生的蒸汽量 就会不足 ， 影响到余热锅炉 的工作 效率， 造 成余热的浪费。 同时液位低于正常液位 的时 候， 锅炉 就会 直接面 临余热 的烘烤 ， 这会损 坏锅炉 的性 能， 同时也会破坏水循 环， 降低 锅炉 的使用寿命。 反之 ， 液位高于余热锅炉正常液位 的时 候， 就会加 重余热锅炉 的工作 负担 ， 同时影 响汽水分离装 置的正常运行， 严重时造成蒸 汽带水， 如果没有及 时解决， 液位持续升高， 就很 有可 能发 生危 险。 并且 在余 热锅炉 运 行过程 中， 在某些时间点由于负荷的急剧变 化， 也有可能在汽包 内部产生虚假水位 。 在余热锅炉使用 中， 很多余热锅炉 的事 故都是 由于运行人 员对液位 的监 督不到位 引起 ， 所 以在余热锅炉设计的时候， 就应该 把液位检测系统作为重要 的监督部分 ， 提高 余热锅炉的使用效率， 并确保余热锅炉 的安 全运行。 1 2 2余热锅炉蒸汽压力设计 余热锅 炉的工作原理就是利 用收集到 的余热对锅炉内部 的水和蒸汽进行加热， 从 而产生高温高压 的蒸汽来驱动汽 轮机进行 发 电， 也就是说蒸汽是余热锅炉能量转化的 介质 。 对于蒸汽压力 以及炉膛 内部 的温度控 制 都是非常重要， 在 一般 情况下， 蒸汽压 力 的检测与控制一般依靠的是仪表和阀门， 但 这些 仪表和阀 门并不能直接 的控制蒸汽压 力。 同时由于这些工作某些时候是需要 由人 来进行操作完成， 所 以整个余热锅炉系统的 反应也就需要一定的时间， 很难在短时间内 达 到效果并排除故障 。 如 果遇 到紧急情况， 在排除故障的时间 内就可能发生蒸汽爆炸， 对运行人员的生命造成危害， 所 以在余热锅 炉设计 的时候 ， 对蒸汽的 自动控制是十分重 要 的， 对 系统进 行具体分析， 对蒸汽压 力控 制的 自动化应当作为优先项 目进行处理。 1 2 3 余热锅炉烟气系统设计 余热 锅炉中烟气 系统也是重要 的组成 部分 ， 大多数情况下余热锅炉并不存在燃烧 系统， 部分 需要补燃 的情况除外， 主要 原因 就是在余热锅炉系统中， 并不直接利用煤炭 或者天然气等传统的燃料， 而主要是工业余 热 。 例如 ， 燃气轮机排放的烟气、 转炉排放 的 烟气等 ， 这些都是 余热锅 炉的热源 ， 正是这 种不 同寻常的热源 ， 使余热锅炉在整个系统 中是处于一种被动 的地位 ， 也使得锅炉 的控 制变得十分 困难， 由于工业余热 中烟气 的温 度和流量都存在一定的波动， 并且在一定程 度上不可控， 所以在这部分工业余热进入余 热锅炉的时候， 很难运用传统 的仪器对这部 分余热进行控制 。 所以余热锅炉的所有控制 功能都应尽可能快速的适应不同的工况。 2 、 余热锅炉设计讨论 2 1 液位 自动设计 对余热锅炉汽包水位 的监测可 以选用 电接点液位计， 就地液位计及差压液位计进 行测量和 监控 ， 这几种量计 安装简单 ， 维护 工作量 小， 同时也需要注意还要根据汽包 内 炉水 的温度选择合适 的内衬材料和 结构形 式 。 电接点液位计或者差压液位计的监控器 通过信号转换器 与余热 锅炉中央处理系统 相连， 一旦液位低于或者高于正常液位 的范 围， 监控器 就 可 以将信 号传 输给 中央 处理 器 ， 使之 作 出相应 的反应 ， 并提醒 集控 室 的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 余 热 锅 炉 2 0 1 5 3 运行人员， 而这种调节模式是 自动化 的， 可 以在非必要的情况下 ， 避免每次都需派遣人 员到现场进行检 查操作， 大大提高了调节的 快捷性与安全性 。 2 2压力与温度 自控系统 对压力监测一般采用集体监测 ， 本系统 采用压力变送器进行监测， 由于余热锅炉的 特性 ， 不仅需要监测炉膛和烟道 内的压力， 还需要对主蒸汽管路等主要管路进行监测， 这里的测量工具选用的是差压变送器 。 对于 温度 的监测则是采用热 电偶， 安装在汽水系 统管道上的测温元件 ， 连接方式采用固定 的 螺纹连接方式。 这两种测控仪器 的内部都是 运用 了信号转换器， 并且为了能够将压力与 温度信号顺利的传送 出去 ， 采用 了信号传输 分置 形式， 让他们相互不干扰， 并采用 多组 数据 比较 的方式， 避免 出现坏点等情况。 这 两种仪器长期在恶劣的环境下工作， 要注意 日常的维护和检修 。 2 - 3余热锅炉汽包压力设计 汽包压 力主要就是 反映锅炉运行 的安 全和蒸汽质量 的指标 ， 余热锅炉产汽量和压 力受制于前置工业系统所能提供的余热 ， 汽 包蒸汽压力通 过调节输 出蒸汽 的流量来维 持稳定 。 蒸汽负荷 的平衡一般是通过下游环 节 的调节来实现， 调节方式主要依靠被 电子 控制 的阀门来实现 ， 当蒸汽的相关参数超 出 或者低于设定值 时， 余热锅炉的中央处理系 统就会收到相 关信息， 相关 的人员或者系统 会根据 当前的数据做 出恰当的反应 ， 在某种 程度上实现最大化的 自动化调节。 2 4信号报警与事故联锁系统 将温度与压力警报器与锅炉 内的压力 、 温度 测控 仪器相 连接， 一旦在很 短 的时 间 内， 因锅炉或者其它系统的故障而导致 电厂 的处理系统无法有效调控压力和温度 的急 剧变化 时， 就会通过警 报器发出警报 ， 提醒 人员迅速撤离并采取紧急处置措施， 直至跳 机， 以保证 人员和 设备 的安全。 如果没有进 行设置， 就很有可 能发 生危 险， 这种警 报系 统大大提高了余热锅炉的安全性。 需要注意 的是， 在设计余热锅炉控制与警报系统 的时 候， 应 该把液位监测系统作为最重要的监督 部分之一， 液位的检测不仅是指汽包 内的水 位 ， 同时还应包含 了相关给 水 的情况等， 以 便更好的提高余热锅炉的安全性能。 2 5余热锅炉信息化监视设计的系统构成 余热 锅 炉 信 息化 余 热锅 炉 监 控 系统 是 基 于 P L C技 术 而 研 制 的 自动 化 监 控 系统，P L C全称 ： P r o g r a m ma b l e L o g i c a l C o n t r o l l e r ， 汉语释义 ：可编程逻辑控 制器， 这种技术主要是通过编写的软件控制程序， 在硬件设施的帮助下， 依靠余热锅炉的中央 处理系统来完成这些工作。 对信息的收集就 是信息化设计的首要工作 ， 利用一些 电气监 测仪表来监测并收集余热锅炉压力、 温度等 的变化信 息， 再对这些信息进行转化传输， 完成信息的传递 。 最后经中央处理器进行分 析， 通过 一定的逻辑 设定， 对信息进行合理 的处理， 并将这 部分处理的指令进 行执行， 从而完成液位或者蒸汽压力的调控 。 这些系 统通过密切 的配合， 共同实现对余热锅炉系 统的信息化监控 。 2 6余热锅炉监控系统的工作流程 对信息化余热锅炉监控系统的工作流 程进行介绍的时候， 为了简便起见， 我们可 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 O l 5 3 3 3 以运用 一个简单 的例子进行讲 解。 例如， 在 某种原因的影响下， 导致余热锅炉 的汽包 内 在短时间内超出了最佳液位 时， 余热锅炉监 测系统捕获到这个信息， 并将液位信息通过 信号转变装置转化为 电信 号， 通过信号传输 线路将信息传输给 中央处理器， 再 由中央处 理器对信息进行 分析， 做 出相应 的措施 ， 并 通过信息传递装置把命令下达给设备， 诸如 减小给水量、 开启紧急放水等 ， 从而对 余热 锅炉汽包 内的液位进行有效控制 。 3 、 结束语 余热锅炉的设计不仅存在一定的难度 ， 同时还有很多的细节需要注 意， 且要求设计 能够做 到面面俱到。 此外 ， 在 运行过程 中也 应加强对系统的维护检修 工作， 以保证其工 作的有效性。 参考文献 ： 1 赵 兆 浅谈余热锅炉的检测控制 J 自动化与仪器仪表 ，2 0 1 0( 2 ) 2 张知翔 余热锅炉通流结构数值分 析 J 华北 电力大学学报 2 0 1 1 ( 0 2 ) 3 许 萍 DC S控制系统在余热发 电锅 炉中的应用 J 中国有色冶金 2 0 1 0 ( 1 ) ( 上接第 3 7页 ) 图5 绘制集箱横截 面 为 了便于查看效果， 图中尺寸标注为后 期手动添 加。 从 图中可 以看出， 绘制 的集箱 外 径 为 2 7 3 ， 壁 厚为 ( 2 7 3 2 4 3 1 ) 2 = 1 4 9 5 ， 满 足要求， 实现 了从数据输入到计算强度并制 图的功能， 继续扩展 数据 ， 即能实现整个集 箱部件 的自动绘制。 3 结束语 使 用 C 对 A u t o C A D进 行 二 次 开 发， 简单 易行， 能大幅度提 高绘图质 量， 将前期 计算集成在绘图程序里， 可 以使锅炉设计 的 效率更上一层楼， 是设计工作的必然发展方 向。 参考文献 ： 1 杜丽敏，