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探讨园地 42 4 0 t ／ h燃天然气 D型锅炉岛设计探讨 文章编号 1 0 0 4 8 7 7 4 2 0 1 4 0 4 - 0 0 2 3 - 0 4 4 2 4 0 t ／ h燃天然气 D型锅炉岛设计 资静斌 化工部长沙设计研究院 ， 湖南 长沙 4 1 0 1 1 6 4 2 4 0 t ／h D Ty p e Na t ur a l Ga s Fi r e d Bo i l e r I s l a n Z I J i n g b i n f Ch a n g s h a D e s i g n Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n i s t r y o f C h e m i c a l I n d u s t ry， C h a n g s h a 4 1 0 1 1 6， Hu n a n ， C h i n a 摘要 介绍了2 4 0 t／ h 燃天然气 D型锅炉结构和特点 ， 以刚果某热电站项 目为例， 从燃料特 性 、 爆炸性气体分级、 防爆危险区域划分 、 燃气和烟风系统等方面人手， 对 42 4 0 t ／ h燃天然气 锅炉 岛设计进行 了探讨和总结 。 关键词 天然气 ； D型锅炉 ； 防爆危险区域划分； 燃气系统； 烟风系统； 设计 中图分类号 T K 2 2 9 文献标识码 B 0 引言 双锅筒无 构架 自承式 D型锅 炉 ， 因其 结构 紧 凑 、 体积小 、 金属耗量少 的特点 ， 在石化工业 中已有 一 定的应用。刘桂兰等对 D型锅炉 的结构 特点和 关键制造技术作 了综述⋯ 。然而 ， 大容量高参数的 天然气 D型锅炉岛设计鲜有报道 。 G B 5 0 0 4 9 --2 0 1 1 小 型火力 发 电厂设计 规范 适用单机容量小于 1 2 5 M W、 主要燃用 固体 化石燃 料的火力发电厂设计 ， 没有涉及 到燃气锅炉 岛的设 计 。G B 5 0 0 4 1 --2 0 0 8 锅炉房设计 规范 涉及 到燃 气锅炉房设计 ， 但仅适用于 1～7 5 t ／ h的蒸汽锅炉 房设计。大容量高参数的燃气锅炉岛设计 目前缺乏 相应的规程 、 规范指导。笔者参阅相关文献并结合 刚果某热电站工程设计经验 ， 对 4 2 4 0 t ／ h燃天然 气 D型锅炉岛的设计作出讨论和总结 。 1 天然气 D型锅炉简介及锅炉岛总平面布 口 胃 且 1 ． 1 2 4 0 t ／ h燃天然气 D型锅炉简介 2 4 0 t ／ h燃天然气 D型锅炉是一种结构 紧凑 的 双锅筒 自然循环锅炉 ， 呈 D形布置 ， 采用 自承式结 构 ， 见图 1 。位于锅炉前方的炉膛 为长方形截 面， 宽 1 1 6 8 0 m m， 深 6 7 2 0 mm。炉膛 出口布置两级 高、 低 温对流过热器 ， 后部布置上、 下两个 汽包 ， 为双汽包 结构 ， 上 、 下汽包之 间布置大量的对流管束 ， 对流管 束与汽包为胀接连接 ， 胀接技术是 D型锅炉制造安 收稿 日期 2 0 1 4 -05 1 4 作者 简介 资静斌 ， 男 ， 工 程 师 ， 工 学 硕 士 ， 从事化 工企业 热 电联产设计工作。 装的关键技术之一 。尾部 出口分别布置 了省煤器、 管式空气预热器。锅炉结构长 1 6 4 8 5 mm， 宽1 3 5 0 0 mm， 高 1 4 5 0 0 mm， 炉前设宽 4 0 8 0 mm燃烧器操作 平台 ， 前墙一层布置 4台低氮燃烧器 ， 每台燃烧器最 大设 计 功 率 为 6 5 MW， N O 排 放 浓 度 不 大 于 1 0 0 ms ／m。 。 锅炉的主要技术参数见表 1 。 表 1 锅炉技术参数 额定蒸发量／ t h 额定蒸汽压力／ MP a 额定蒸汽温度／ ℃ 给水温度／ C 助燃空气温度／ ℃ 锅筒压力／ MP a 设计燃料 锅炉保证效率 1 ． 2锅炉 岛总平面布置 刚果某热电站厂配置 4台 2 4 0 t ／ h燃天然气 D 型锅炉 2台 2 5 MW 背压式汽轮发 电机组 1台 2 5 MW 抽凝式汽 轮发电机组， 4台锅炉露天布置 ， A、 B和 C、 D锅炉中心间距 2 8 m， B 、 c锅炉中心距离 3 0 m。除氧间 c排至烟囱中心距离 4 5 ． 4 8 5 m。每 台锅炉配置 2台鼓风机和 2台引风机。4台锅炉共 用一根混凝土烟囱， 烟囱高 6 0 m， 出 口直径 4 ． 8 m。 详见 图 2 、 图 3 。 ∞ 踞 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 探讨园地 42 4 0 t ／ h燃天然气 D型锅炉岛设计探讨 天然气作为一种可燃气体， 具有一般燃气易燃、 易爆等共同特点， 爆炸极限一般取甲烷的爆炸极限 5 ％ ～1 5 ％。本工程甲烷含量比较低 ， 混合气体爆炸 下限 3 ． 4 ％ ～ 4 ． 1 ％ ， 爆炸上限 1 3 ． 1 ％ 一1 4 ． 2 ％。低 位发热 量 3 7 4 0 0～ 4 1 2 0 0 k J ／ m 燃气状 态 标况 ， 1 5 o C， 1 ． 0 b a r ． a ， 相对密度约 0 ． 8 6 。G B 5 o 0 5 8 1 9 9 2 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 规 定“ 相对密度 大于 0 ． 7 5的爆炸性气体规定为重于 空气 的气体” 。因此 ， 该天然气属于重 于空气的爆 炸性气体。 2 ． 2防爆危险区域划分 天然气可能泄漏的区域主要指从调压站到锅炉 和锅炉炉前燃烧器之间的天然气管线接 口、 法兰、 阀 表 、 配件等。4台锅炉露天并列布置 ， 通风 良好。按 照 G B 5 0 0 5 8 --1 9 9 2 爆 炸和火灾危 险环境 电力装置 设计规范 第2 ． 3 ． 3 条， 对于易燃物质重于空气、 通 风 良好且为第二级释放源的主要生产装置 区， 其爆 炸危险区域 的范 围划分 ， 宜符合下列规定 “ a 在爆 炸危险区域 内， 地坪下 的坑 、 沟划为 1区； b 以释放 源为中心 ， 半径为 1 5 m， 地坪上的高度 为 7 ． 5 m及 半径为 7 ． 5 i n ， 顶部与释放源 的距离为 7 ． 5 m的范 围内划为 2区； c 以释放源为 中心 ， 总半径为 3 0 I n ， 地坪上的高度为 0 ． 6 1T I ， 且在 2区以外的范围内划为 附加 2区” 。从 防爆的要求出发 ， 锅炉岛地坪布置应 尽量不开坑、 沟， 以避开被划分到 1 区； 锅炉岛整体地 坪布置 比除氧间汽机房低 0 ． 6 m， 以避开除氧间和汽 机房因门窗被划分到附加 2区； 靠锅炉炉前一侧采用 密封墙体 ， 尽量不要在危险区域开门窗和孔洞。具体 防爆危险区域由电气专业根据可能泄漏点划出。 2 ． 3 爆炸性气体分级 根据 G B 5 0 0 5 8 --1 9 9 2 爆炸和火灾危险环境电 力装置设计规范 第 2 ． 4 ． 1和 2 ． 4 ． 2条爆炸性气体 混合物 的分级 、 分组规定 ， 甲烷 、 乙烷 、 丙烷爆炸等级 为II A T 1 ， 丁烷爆炸等级为 1I A T 2 ， 戊烷、 己烷、 庚烷 爆炸等级为 U A T 3 。因此， 该工程在爆炸性气体危 险区域用电设备等级选型不得低于 1 I A T 3 。 3 燃气供应系统 取天然气低位发热量 中间值 3 9 3 0 0 k J ／ m 为设 计值 ， 最大和最小值为校核值。通过计算 ， 每台锅炉 额定工况下消耗约 2万 m 天然气 ， 4台锅炉每小时 消耗 8万 m。 天然气。在热电站附近设置独立调压 站， 调压站人口天然气压力约为 2 ． 8 M P a g ． 出口 0 ． 4～ 0 ． 5 MP a g ， 通过 D N 5 0 0的一根母管送至锅 炉炉前 ， 每台锅炉燃气干管接入天然气母管 。详见 图 4 。架空布置有利于泄漏 的燃气扩散 ， 避免在死 角处聚集形成爆炸性气体 。 参照 G B 5 0 0 4 1 --2 0 0 8 锅 炉 房 设计 规 范 第 1 3 ． 3 节燃气管道的要求， 每台锅炉燃气干管上配套 性能可靠的切断阀， 干管阀表基本组成和顺序为 手 动蝶阀 、 过滤器 、 气 动蝶 阀、 减压阀、 压力表 、 低气压 开关 、 流量计 、 压力 和 温度 变送 器、 放 空管 手 动 阀 、 燃气流量调节阀、 压力变送器、 高气压开关、 放 空管 自动放空 阀 ， 详见 图 4 。每台锅炉 4台燃烧 器 ， 每台燃烧器燃气管道接至锅炉燃气干管 ， 阀表组 基本组成和顺序为手动球阀、 检漏电磁阀、 高低气压 开关、 放空管 自动放空阀 、 检漏电磁阀、 压力表、 金属软管。点火用的燃气干管从锅炉燃气干管减压 阀后接出 ， 阀表组基本组成和顺序为手动切断阀、 减 压阀、 压力表 。每 台燃烧器点火燃气管道接至点火 用的燃气干管 ， 阀表组基本组成和顺序为手动球阀、 减压阀、 压力表、 2道电磁阀、 金属软管。详见图5 。 图4 燃气总管阀组流程图 燃烧器 1 燃烧器2 燃烧器3 燃烧器4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 工业锅炉 2 0 1 4年第 4期 总第 1 4 6期 图5 单台燃烧器阀组流程图 放散管汇合到总管应引至室外 ， 其排 出口应高 锅炉。 出锅炉屋脊 2 m以上 ， 并使放 出的气体不致窜人邻 给水和主蒸汽 、 排污 、 取样等汽水系统与常规同 近的建筑物和被通风装置吸人。采用氮气吹扫 ， 在 等参数锅炉岛设计差不多， 在此就不多叙述。 燃气管道上 如母管末端、 炉前两阀门之间等 装设 吹扫 口， 以保 证管道检修或长期停 用后 ， 投入 运行 前 ， 能用氮气吹扫残存气体 ， 确保管道检修或锅炉点 火 的安全 。 4烟风 系统 锅炉采用平衡通风 ， 微负压运行 ， 分别配置 2台 鼓风机和 2台引风机 ， 风机选 型按 G B 5 0 0 4 9 --2 0 1 1 小型火力发电厂设计规范 规定选择压力、 流量富 裕系数。布置防爆危险 区域 内， 都采用 防爆 电机。 为了便于锅炉负荷 调节 ， 每台风机配置一 台液力偶 合器。 燃烧需要的空气由 2台并联的鼓风机加压送入 管式空气预热器。空预器 出来 的 8 8℃热空气分两 路送到炉前汇合后 ， 分别接人 4台燃烧器空气接 口。 D型锅炉由于结构紧凑 ， 外侧梁柱从下至上布 置了一圈平台扶梯 ， 布置热风道时， 应多跟锅炉厂沟 通 ， 规划合理 的风道布置位置 ， 以避免风道与平台扶 梯干涉 。 空气与燃气在炉膛 内燃烧后产生的烟气从管式 空预器 出来 ， 分叉后分别接入两台引风机 ， 排 出到水 平混凝土烟道后接人烟囱， 4台锅炉共用一根烟囱。 设计 中要注意， 参照 G B 5 0 0 4 1 i2 0 0 8 锅炉房 设计规范 规定， 几台锅炉只能集 中设置 l 座烟囱 时 ， 在引风机烟气 出口烟道处装设 防爆 门、 密封可靠 的烟道门， 以防未燃尽燃气爆炸 和烟气倒入停运 的 5 结语 近年来随着我国大气污染 、 雾霾 日益严重 ， 节能 环保要求 日益严格 ， 燃气供热以其环保 、 节能在全国 各地得到了越来越广泛的应用 ， 尤其是集 中供热的 燃气锅炉房越来越受青睐 ， 锅炉容量和参数也都越 来越大。对于大容量高参数燃气锅炉岛设计急需相 应规范的指导和工程实践经验积累。笔者通过刚果 某热电站的设计 ， 主要有以下几点体会 1 在没有相对应的大容量高参数燃气锅炉设 计规范之前 ， 锅炉房设计规范 和 小型火力发 电 厂设计规范 两本规范依然具有非常重要 的指导意 义 ， 设计时应充分参照这两本设计规范。 2 根据燃料特性 ， 爆炸性气体分级等情况 ， 热 工专业与电气专业密切配合 ， 在布置上应充分考虑 防爆危险区域划分 的问题 ， 尽量避开被划分到高级 别的防爆危险区域。 3 燃气供应系统阀组的设置及顺序， 可参照 锅炉房设计规范 ， 且与燃烧器厂家密切配合， 燃 烧器应配置控制及安全运行程序 ， 以满足系统 自动 检漏 、 炉膛吹扫、 自动点火和程序启停 、 熄火保护、 高 低气压保护、 安全联锁保护及燃烧负荷调节等功能 要求 。 4 烟风系统和汽水系统与燃煤锅炉差不多 ， 要注意的是 ， 烟道设计时应考虑未燃气体聚集 、 防爆 问题 。 下转第 4 7页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工艺与工装 浅谈双翼直肋型鳍片管焊接工艺及其自动化 4 7 4 焊接 自动化工艺及 设备的应用及其效果 我们以 4 , 5 1 mm 4 m m的 2 O 钢管 、 鳍片厚度 6 4 mm、 宽度 B 2 1 mm、 带槽 口的 Q 2 3 5一A扁钢为 例 ， 采用专机施焊， 焊缝一次成型， 管子两侧焊缝收 缩力导致的弯曲变形与扭 曲变形都较小 ， 焊接速度 快 ， 成型质量稳定。应用结果 焊缝外观、 咬边深度 等符 合技 术 要求 ， 鳍 片管 弯 曲变形 每米 小 于 1 ． 5 m m， 且全长小于 3 mm。鳍片管波浪变形 、 扭 曲变形 均达到 J B ／ T 5 2 5 5要求 。相对于原来手工焊接鳍片 工艺 ， 具有诸多优点 1 可提高生产效率 5 0 m i n ／ m， 单班产量提高 3 0 0 ％以上 ， 生产效率高。 2 熔化极气体保 护焊使用成本低 、 焊缝抗锈 能力及抗裂性能好 、 焊缝质量好。 3 节约人工成本 3 0 m， 全年降低生产成本 近百万 元 。 4 降低工人劳动强度 ， 由于采用 自动焊 ， 减少 装配和热矫正的工作量 ， 节省操作工作量 。 上接第 2 6页 笔者就 4 X 2 4 0 t ／ h燃天然气 D型锅炉 岛的设 计作 了介绍和总结 ， 以便大家在设计 、 施工时参考。 翅 参考文献 [ 1 ] 刘桂兰， 陈济榕． 大容量高参数 D型锅炉的结构特点和 关键技术[ J ] ． 热能动力工程， 2 0 0 5 ， 2 0 3 3 1 7 3 1 9 ． 上接第 3 8页 锅炉运行压力 ， 避免锅炉超压运行 和保证生产工艺 和设备对介质压力 的要求 ； 而差压报警装置是监控 有机热载体的流速进而监控温度。在锅炉操作和检 验中， 要对超压保护装置和差压报警装置采用模拟 试验方法分别进行操作验证和检验 。 作为一名合格的锅炉操作人员 ， 应该对所要操 作的锅炉超压保护和差压报警装置进行定期验证， 并根据实际情况进行适 当调整 ， 从而降低锅炉 的运 5 提高产品质量 ， 改善焊缝成型和内在质量 。 6 采用熔化极气体保护焊鳍片管专用焊接专 机 ， 具有独创性。 7 根据管径和扁钢厚度采用相应定位夹紧装 置， 控制不同规格鳍片管的焊接定位、 装配， 有效提 高焊接速度 ， 方便操作。 5 结语 双翼鳍片管焊接 自动化的实施 ， 四个焊头 同时 对鳍片管施焊 、 焊缝一次成型， 它可替代原先使用的 双头鳍片管焊机或手工焊作业 。专机结构紧凑 ， 焊 接速度快 、 成 型质量稳定。对成 品进行直线度 、 弯 度 、 旁弯等项 目检测均符合标准 ， 为适应不同管径鳍 片管的焊接， 我们已设计出适用于不同管径的鳍片 管焊接配套模具 ， 并通过生产 验证 ， 确保 了制造质 量 ， 降低 了用工成本 ， 实现了降本增效的 目的。强 参考资料 [ 1 ] J B I T 5 2 5 5 --1 9 9 1 焊制鳍片管 屏 技术条件[ s ] ． [ 2 ] 中华人民共和国建设部． G B 5 0 0 4 1 --2 0 0 8锅炉房设计规 范[ M] ． 北京 中国计划出版社， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 中华人民共和国建设部． G B 5 0 0 5 8 --1 9 9 2爆炸和火灾危 险环境电力装置设计规范[ M] ． 北京 中国计划出版社， 1 9 9 2． [ 4 ] 中华人民共和国建设部． G B 5 0 0 4 9 --2 0 1 1 小型火力发电 厂设计规范[ M] ． 北京 中国计划出版社， 1 9 9 2 ． 行风险。作为一名合格 的锅炉检验人员 ， 不能仅停 留在机械化的检验流水作业上 ， 更应该知道 为什么 要如此检验 。每一位检验人员都应该清楚差压报警 装置和超压保护装置 的区别 ， 了解差压报警装置的 基本原理和工作特点 ， 能够在现场对差压报警装置 和超压保护装置进行正确有效 的检验 ， 并且在出现 异常时能正确地分析产生问题 的原 因， 只有这样才 能不断提高 自身的检验质量和水平 ， 为企业安全生 产消除隐患。强 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