自然循环余热锅炉的热偏差的分析和控制参考文本

自然循环余热锅炉的热偏差的分析和控制参考文本

In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each

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某某管理中心

XX年XX月

自然循环余热锅炉的热偏差的分析和控

制参考文本

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对余热锅炉运行中的热偏差进行理论分析，分析其产

生原因和将会造成的后果，并提出相应的改善措施。

为了响应国家淘汰低产能的号召，中国有色集团抚顺

红透山矿业有限公司冶炼厂对冶炼工艺进行改造，采用富

氧底吹炉工艺生产，余热锅炉是这套工艺流程中的一个热

交换设备，用以降低底吹炉出来的含有SO2的高温高矿尘

气体的温度，以满足制酸工艺的要求，并达到余热利用的

目的。本余热锅炉动力为自然循环，额定蒸汽压力

3.8Mpa，蒸汽出口温度249℃。

在该工艺中，余热锅炉的安全稳定运行决定了底吹炉

能否正常运行，所以需要保证余热锅炉能够长时间稳定的

工作，那么余热锅炉的爆管事故就需要尽力避免，刨除材质和施工质量的原因，由热偏差产生的爆管事故占有较大的比重。所以本文将对余热锅里热偏差的分析和控制做出阐述。

热偏差的概念

自然循环余热锅炉是依靠热对流为动力来完成炉内循环，所以在自然余热锅炉的运行中很容易出现水冷壁各个位置由于热量分布不均产生金属管壁超温，进而发生爆管等事故的情况，只有合理的设计和在运行中科学的操作控制，才能确保余热锅炉的水冷壁拥有比较长的使用寿命。

余热锅炉的烟道（即炉膛）是由许多平行管列组成的水冷壁。由于结构和制造的原因，烟道的水冷壁管的尺寸大体相同，但是在自然循环余热锅炉的各个部分所受的热负荷不同，导致水冷壁管中液体的吸热量不同，因此在管道中水循环的动力也是不同的。这也就产生了锅炉内部的

热偏差。总的来说水冷壁中的热偏差是由于热力不均和水的流量不均造成的。

热偏差的形成原因

3.1.余热锅炉烟道内的热力不均

余热锅炉属于被动式锅炉，它所需要的热量完全来自烟气的温度，所以烟道内的热力不均是余热锅炉热偏差的一个主要的形成原因。烟道内的热力不均主要存在下列几种情况：

3.1.1.烟道中烟气的速度和温度分布不均；

3.1.2.受热面产生结焦和积灰，结焦和积灰必定是不均匀的，而结焦和积灰对热量的隔离使水冷壁对热量的吸收产生影响；

3.1.3.含尘烟气长时间对管壁造成冲刷，使部分管壁变薄，传热效率提高；

3.1.

4.富氧底吹炉产生的烟气中含有一部分的单质硫，

这些单质硫会在烟道中二次燃烧，使烟道局部的热量升高；

对于余热锅炉的烟道，内部各面的热负荷各不均匀，对于同一壁面，沿其轴向和径向的热负荷的分布不均匀，对于烟道整体，沿着烟道轴向和径向分布的热量也不均匀，这些不均匀将会不同程度的延续下去，引起炉膛出口和对流管区吸热不均，里烟道出口越近，这种不均匀的情况也越严重。这样就产生了上升烟道的热偏差。

烟气在上升烟道做高速上升的运动，收到高温风机拉动的烟气在余热锅炉的炉顶改变方向，在炉顶离开后，由于离心力的作用，烟气产生压缩，气流在这里形成离心流场，流场中气流由圆心想外延伸的的切向流速都不一样，最外层的速度较低，越靠近圆心的烟气流速越大，这样在进入水平烟道后，上部烟气的流程要大于下部，气速又比下部的烟气要慢，这样就使得下部烟气的温度偏高，这样

就产生了水平烟道部分的热偏差，而且上下部区域烟气的含尘量也不同。

上面分析了上升烟道和平行烟道的热偏差的产生，另外还需要说明的是，吸热多的壁管由于蒸汽温度高、比热容大，流动阻力增加，使得水流量减少，热偏差加剧，如果长时间不改善，爆管很容易出现在这些区域。

3.2.水冷壁管内的流质不均

余热锅炉自然循环的推动力是由下降管中的工质密度和上升管中工质密度值差而产生的，这种差异使得工质的较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀，这种过程也就是通常说的热对流。自然循环没有外界的强制推动力，所以流质在壁管内的的流动会出现差异。下面是产生差异的一些原因。

3.2.1.集箱的连接方式不同会引起并列管进出口静压的差异，导致流量不均，流体在管中流动，动力是管子两端

的压差，集箱为平衡并列管压力设计，但是温度不同的管中流体阻力是不同的，从而使得集箱中并列管两端的压力也不尽相同，这样也会产生热偏差现象，所以集箱的位置和数量对水冷壁中流质均匀分布有很大影响。

3.2.2.上面提到过的吸热不均引起的管间流体比容的差别也会导致流量不均。吸热量大的管子，流体的比热容也大，进而管内流量减少，管出口的流体温度和管壁温度都会升高。

控制热偏差的措施

4.1.改善烟气产生的热偏差

4.1.1.合理布置烟道走向，使烟气均匀合理的通过，控制上升烟道末端气速，缓解烟气的离心运动状态。

4.1.2.在烟道中设置折焰角使烟气沿燃烧室高度方向的分布趋向均匀。使炉膛前上部水冷壁与顶棚过热器的吸热量均匀。

4.1.3.对高温风机进行调整，采用微负压操作，使得烟气能够平稳均匀地通过烟道，进而使烟气能更好的充满炉膛上部，使增加前墙和侧墙的吸热量均匀。

4.1.4.采用振打装置和燃气高能脉冲装置对水冷壁积灰进行控制，并有专人负责清理余热锅炉结焦。

4.1.

5.对气速较高处和烟气含尘量较大处用耐磨水泥进行保护，防止管壁磨损。

4.1.6.对提高锅炉气密性，减少炉内含氧量，进而减少单质硫燃烧的可能。

4.2.改善流体产生的热偏差

4.2.1.合理分布集箱的位置，在热量偏差较大的位置加设短集箱平衡壁管压力。并采用多管引出多管引入的方式平衡各管压差。

4.2.2.提高余热锅炉汽包高度，增加流体的循环动力。

4.2.3.按受热面所处的具体工况，采用不同管径壁厚的