焦炉上升管荒煤气余热回收系统中汽包尺寸的确定

焦炉上升管荒煤气余热回收系统中汽包尺寸的确定
提出了焦炉上升管荒煤气余热回收系统中汽包直径和直筒段长度设计计算的方法，并就实际工程进行举例，列举了汽包选择需要注意的问题。

标签：汽包；蒸汽空间体积负荷；荒煤气；余热
1 概述
汽包是焦炉上升管荒煤气余热回收系统的重要组成部分，它的主要作用如下：
（1）接受从除氧器或给水预热器来的给水，向过热器输送饱和蒸汽，与循环上升管、循环下降管连接构成闭路循环。

（2）汽包中存有一定数量的饱和水，因而具有一定的蓄热能力。

当焦炉上升管荒煤气余热回收系统工况发生变化时，可以减缓汽压变化的速度。

蓄水量越大，越有利于负荷发生变化时的运行调节。

（3）汽包内具有一定的蒸汽容积，将进入汽包的汽水混合物加以分离，并从蒸汽中分离出汽水混合物携带的各种有害介质，从而获得满足一定品质要求的饱和蒸汽。

（4）汽包内部安装有给水、加药、排污、分段蒸发和蒸汽净化等装置以改善蒸汽品质。

2 汽包体积的确定
汽包内部空间在正常水位以上部分称为蒸汽空间；以下部分称为水空间或水室。

蒸汽空间的体积称为蒸汽空间体积或蒸汽体积；水空间的体积称为水体积。

（1）汽包体积（一般不计算封头体积）按下式计算：
V=AL
式中：V-汽包体积，m3；A-汽包圆面积（指按内径计算的面积），m2；L-汽包直筒段长度，m。

（2）蒸汽空间的体积按下式计算：
V1=A1L
式中：V1-蒸汽空间体积，m3；A1-蒸汽空间的横断面积，m2。

蒸汽空间的横断面积按下式计算：
式中：h1-蒸汽空间高度，m；D-汽包直径（指内径），m。

（3）蒸汽空间体积。

蒸汽空间体积应能满足汽水分离和蒸汽干燥的需要，其大小可由蒸汽空间体积负荷和蒸汽空间高度决定。

通过蒸汽空间单位体积的蒸汽体积流量，称为蒸汽空间体积负荷，用RV表示。

RV=qmν”/V1
式中：RV-蒸汽空间体积负荷，m3/（m3·h）；qm-蒸汽质量流量，kg/h；ν”-蒸汽比容，m3/kg。

工业锅炉的蒸汽空间体积负荷RV的推荐值见表1。

必须指出，蒸汽空间体积负荷是在汽包蒸汽空间内无任何分离元件且汽流很均匀的条件下得出的假想指标，故尽量采用较低的数值，且据此得出的汽包直径要保证一定的安全系数（一般考虑20%的余量）。

蒸汽空间的最小高度要满足蒸汽湿度的控制和分离装置的结构尺寸要求。

试验得出：当蒸汽空间高度较小时，大量的飞溅炉水将被汽流带走，因而蒸汽湿度很大；随蒸汽空间高度的增加，蒸汽湿度迅速减小，但当蒸汽空间高度达到0.6m 左右时，蒸汽湿度的变化就很平缓。

因此，蒸汽空间的最小高度要大于0.6m，且要满足分离装置的结构尺寸要求。

（4）水体积。

汽包水体积，应能满足在发生事故情况下，紧急操作时间内的耗水量。

例如，非正常停电或给水泵故障备用泵启动期间，给水暂时中断的条件下，汽包内应存有在这段时间内维持水循环不致被破坏的水量。

汽包水体积的大小，一般用存水时间表示，即：
式中：t-存水时间，min；V2-汽包水体积（其数值为汽包体积减去蒸汽空间体积），m3；qm-蒸汽质量流量，kg/h；v’-水的比容，m3/kg。

对于焦炉上升管换煤气余热回收系统，存水时间一般取30～40min。

3 汽包尺寸确定举例
以安阳钢铁股份有限公司焦化厂7#8#焦炉上升管换煤气余热回收系统为例，该系统产蒸汽量为15t/h（qm=15000kg/h），蒸汽压力为0.9MPa（表压），温度为179.9℃。

（1）以汽包水体积求汽包直径D1
水在0.9MPa（表压）、179.9℃的比容v’=0.0011272m3/kg，则汽包水体积
（2）以蒸汽空间体积负荷RV求汽包直径D2
蒸汽压力0.9MPa（表压），查表1，取RV=610m3/（m3·h），蒸汽比容ν”=0.19438m3/kg，则由RV=qmν”/V1得
V1=qmν”/RV=15000×0.19438/610=4.78m3
同样，假定汽包高水位在汽包中心线，长径比为3，则
考虑到汽包高低水位相差100mm，并考虑汽包内部装置体积，经圆整后，取D=2400mm。

4 结束语
汽包作为焦炉上升管荒煤气余热回收系统的重要组成部分，它的选择关系到整个余热回收系统的安全和汽包出口蒸汽的品质，关系到项目的成败，必须引起重视。

在实际计算中，我们要同时考虑存水时间和蒸汽空间体积负荷的要求，选择同时满足两者要求的汽包。

此外，汽包直径要满足汽包内部各装置的结构尺寸要求，汽包直筒段长度要满足现场空间和汽包外部装置如液位计、循环上升管和循环下降管接口管径数量、鞍座等结构尺寸要求。

参考文献
[1]林宗虎，徐通模.实用锅炉手册[M].北京：化学工业出版社，1999.
[2]严家录，余晓福.水和水蒸气热力性质图表[M].北京：高等教育出版社，1995.。