4000T／D水泥窑三次风过热器余热锅炉设计.pdf

4 余 热 锅 炉 2 0 1 5 ． 2 4 0 0 0 T／ D水泥窑三次风过热器余热锅炉设计 杭锅工业锅炉有限公司徐亦芳吴海燕 摘要 本文介绍了某水i L - - 2 - 次风过热器余热锅炉的设计要点及注意事项。 关键词三次风过热器锅炉积灰磨损 高温腐蚀 负荷变动 前言 随着我国水泥工业突飞猛进 的发展 ， 为 国民经济做 出巨大贡献 的同时也带来 了环 境污染、 能源 与资源 利用率过低 等 问题。 如 何提高能源利用率在 日益严峻 的环保形势 下显得尤为重要 。 水泥窑余热利用系统已经 颇为成熟， 用于水泥生产线上窑头冷却机余 热锅炉 以下简称 A QC锅炉和窑尾预热 器的余热锅炉 以下简称 S P锅炉 已经被 广泛应用于各大水泥厂。 然 而研究表 明， 余 热利用 率还 可 以有 上升 的空间， 本文所涉及 的三次风余热系统 则将余热利用 率做 了进一步的提高。 我公司 为某水泥厂所设计 的余热 回收利用系 统还 包括在三次风管上设一带有旁路风管 的三 次风过热器锅炉 以下简称 AS H锅炉 ， 将 AQC锅炉及 S P锅炉所产 出的饱和蒸汽， 经 过连接 管道送入到 AS H锅炉 ， 经过 AS H锅 炉过热后， 产 生过热蒸汽 去汽轮机做 功， 由 此利用三次风烟气 中的热量实现蒸汽的增 温 增压， 提高热 能利用 率及发 电水平 。 该项 目目前已投入使用， 运行 良好。 一 ．A S H锅炉的设计条件 本水泥窑待利用的三次风烟气参数见 表 1 。 表 1 水泥窑待利用的三次风烟气参数 项目 参数值 单位 余热烟气量 ． 5 0 0 0 0 Nm ／ h 余热烟气进口温度 8 5 0 ℃ 烟气含尘量 3 0 g ／ Nm3 烟气成 分 N 2 7 9 ％ O 2 2 1 ％ 值 得注意的是， 经实验分析， 此段烟气 中含有大量气态 C a 和 Na 成分的碱， 这是碱 金属氧化物在燃烧时气化所产生的微小颗 粒。 此状况下的烟气极易对受热面管子的传 热情况带来负面影响， 设计时必须对此特别 考虑 。 根据计算， 烟气通过 AS H锅炉后， 可 以 降至 4 4 6 ℃， 同时产生 4 0 0 ℃的过热蒸汽。 具 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 5 ． 2 7 作用 ， 分离掉一些大颗粒 的灰， 极 大降低 了 灰粒浓度 ， 再经过低温过热器处的拉稀管也 让烟气速度场均匀 ， 有效的避免 了形成烟气 走廊， 从而大大减少了磨损 问题的发生。 3 ． 高温腐蚀及预防措施 本锅炉 中的高温腐蚀主要是过热器管 子 的外部腐蚀 ， 与高温粘结灰 的形成有 关， 其 中含有 K和 Na的复合硫酸盐在温度高于 5 5 0 ℃时呈现熔融状态， 对金属有 强烈的腐 蚀作用 。 研 究证实 ， 若壁温小于 5 5 0 ℃， 则腐 蚀大为减轻 [ 2 】 。 本锅炉设计 中将高温过热器布置在 中 部， 蒸汽出 口段烟温约为 6 1 2 C， 此处壁温在 4 1 2 C， 与低温过热器管子所处高温烟气相比 低得 多， 使得高温过热蒸汽 出口段烟温和壁 温处在减小腐蚀的合理区间之内。 同时， 减温 器的布置可 以在主蒸汽温度偏高时及时进行 喷水减温， 防止高温过热器过热。 另一方面， 合理的烟气通道还避免了烟气走廊和热偏差 的形成 。 本锅炉 系统在各方面都做到 了减少 高温腐蚀， 从而降低 了爆管的风险。 4 ． AS H锅炉负荷变动频繁问题 由于水泥窑 自身工艺问题，AS H锅炉的 三次风进 口烟温变化很大， 会造成运行时负 荷及壁温的波动变化。 图4为各种工况下管子 计算壁温随三次风进 口烟温的变化情况。 从图 4中可 以看 出当三次风进 口烟温 每增加 2 0 C时， 在 AQC ， S P锅炉来的蒸汽量 不变 的情况下，AS H锅炉的三组过热器受 热面管子壁温也随之一起增加， 且温差有逐 渐增大之势 。 因此随着三次风进 口烟温 的不 断变大， 增加 了过热器爆管的风险和运行中 的安全隐患。 在锅炉系统的实际运行 中， 烟温变化很 难得到有效的控制 ， 潜在的周期性的波动会 引起交变热应力而产生疲劳损坏 ， 并极易发 生高温腐蚀 ， 从而使得金属产生裂纹， 影响 管子 的使用年 限， 严重时会产生爆管， 影响 整个系统 的正常运行。 因此在运行时需及时 5 0 0 4s o 曹 于 4 0 0 计 3 50 鼍 3 0 o 25 0 一 H - 一 ．． I 低置过热膏臂于鼍鼍 中阿过热■f子量量 -- ,it ,- 高■过热擘瞥千■鼍 暑 基基 景晷 晷景 基量 量量 三i j c 风进口爝鼍 单位℃} 图4 不同情况下管子计算壁温 根据烟温调节喷水减温量， 如烟温变化 已超 出喷水减温量 的限制 ， 需考虑烟气分流， 避 免锅炉超温运行的情况和造成安全事故。 四． 总结 AS H锅炉 的运用使 AQC锅炉和 S P锅 炉产生的饱和蒸汽变为了过热蒸汽， 提高了 蒸汽的品质和产量， 在略微增加一点窑系统 热耗的情况下 少量利 用 了三次风热量 ， 提高了蒸汽 品位和 蒸汽量， 大幅提高余热发 电效率。 在系统设计 中需考虑到积灰、 磨损、 腐蚀及负荷变动的影响， 才能让整个系统 良 好的运作 以达成最好 的节能及经济效益 。 参考文献 [ 1 ] 赵钦新等编著 余热锅炉研究与设 计北京 中国标准 出版社，2 0 1 0 ． 9 。 [ 2 】 车得福等编著 锅炉西安 西安 交通大学出版社 ，2 0 0 8 ． 1 0 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m