崔穎輝 朱建軍 薛東曉 王建峰

摘 要：文章針對特定用戶的要求，簡單介紹了一種高溫高壓燃天然氣鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，并在實際運行中取得成功，為今后類似高參數(shù)特殊用途燃氣鍋爐的設(shè)計提供了一種新的思路。

關(guān)鍵詞：高溫高壓；燃天然氣鍋爐；設(shè)計

伴隨著我國經(jīng)濟實力的不斷增強，自然環(huán)境也遭到了不同程度的破壞，近年來京津冀地區(qū)不斷出現(xiàn)的霧霾天氣給人們敲響了警鐘。國家對環(huán)境保護和污染治理的投入也日益加大。以天然氣等為代表的清潔能源在工業(yè)生產(chǎn)及人們生活中的應(yīng)用比例不斷擴大。下面以我公司為新疆某化工企業(yè)設(shè)計的一臺75噸高溫高壓天然氣鍋爐的設(shè)計進行簡單介紹。

圖1 75噸高溫高壓燃氣鍋爐簡圖

由于該企業(yè)原有的兩臺中溫中壓參數(shù)（3.82MPa、450℃）燃天然氣鍋爐產(chǎn)汽溫度偏低，不能滿足生產(chǎn)需要，該公司決定新上一臺高溫高壓蒸汽鍋爐，用高溫高壓蒸汽與原有燃氣鍋爐所產(chǎn)蒸汽混合，提高蒸汽溫度以滿足生產(chǎn)工藝需要。根據(jù)用戶實際用汽特點，在鍋爐設(shè)計上針對性的采取了一些相應(yīng)措施。

1 鍋爐主要參數(shù)

額定蒸發(fā)量 75 t/h

過熱蒸汽壓力 10.5MPa

鍋筒工作壓力 11.66MPa

過熱蒸汽溫度 510 ℃

給水溫度 110 ℃

排煙溫度 150 ℃

鍋爐效率 92.3%

燃料種類 天然氣

鍋筒標高 18640mm

爐膛寬度（兩側(cè)水冷壁中心線距離） 4640mm

爐膛深度（前后水冷壁中心線距離） 5040mm

鍋爐寬度（左右柱中心線距離） 5410mm

鍋爐深度（Z1柱至尾部后墻柱中心） 12910mm

鍋爐基本設(shè)計數(shù)據(jù)見表1

2 鍋爐主要結(jié)構(gòu)特點介紹

2.1 概述

由于用戶生產(chǎn)急需，鍋爐從設(shè)計到運行只有四個月時間，加工周期十分緊張，考慮到以上因素，鍋爐在整體布置上并沒有采用高壓鍋爐常用的包墻和屏式過熱器結(jié)構(gòu)。爐膛及過熱器全部懸吊于鍋爐頂板上，省煤器、空氣預(yù)熱器通過支梁支在尾部鋼架上，以方便于檢修。本鍋爐采用的主要熱力技術(shù)數(shù)據(jù)均以現(xiàn)行73標準為依據(jù)，同時參照國內(nèi)外同類型鍋爐運行的實際經(jīng)驗進行相關(guān)數(shù)據(jù)選取。受壓件符合國家有關(guān)標準，鍋爐主要部件均采用我公司的成熟結(jié)構(gòu)，盡量使其布置合理，性能可靠。

2.2 鍋筒及汽水分離裝置特點

鍋爐采用單鍋筒，鍋筒內(nèi)徑為1500毫米，材料選用Q345R鋼板制造。由于該鍋爐所產(chǎn)蒸汽不用于發(fā)電，對蒸汽品質(zhì)要求相對不高，因此在鍋筒內(nèi)部裝置的布置上進行了簡化，沒有布置蒸汽清洗裝置，鍋筒內(nèi)裝置了20只直徑為Φ290毫米的旋風(fēng)分離器作為一次粗分離，每只旋風(fēng)分離器負荷約為3.8噸/時。二次分離裝置是布置在鍋筒頂部的呈“V”形的鋼絲網(wǎng)分離器。

鍋筒正常水位設(shè)置在鍋筒中心線下50毫米最高和最低水位距正常水位各為正負75毫米。鍋筒通過兩個活動鍋筒支座支撐在汽包梁上。

2.3 爐膛和膜式水冷壁

燃氣鍋爐與燃煤鍋爐相比不存在高溫結(jié)焦問題，在保證爐膛水冷壁安全的前提下，燃氣鍋爐的爐膛整體溫度水平可相應(yīng)提高，爐膛容積可較同等容量的燃煤鍋爐小。該爐膛選取5040×4640毫米（按水冷壁中心線）的方形斷面，水冷壁管由Φ51（GB6310-2008）的管子及扁鋼組焊而成，節(jié)距為100毫米，分段分片出廠，現(xiàn)場裝配。每個水冷下集箱分別由若干根下降管與鍋筒相連。

為了使爐膛四面水冷壁吸熱盡量均勻，在爐膛出口處還設(shè)有折焰角，折焰角深入爐膛1900毫米，占爐膛深度約38%，有效改善爐內(nèi)高溫?zé)煔獾某錆M度，使爐膛內(nèi)整體溫度水平趨于一致。

為了防止由于天然氣燃燒波動引起爐膛壓力波動對爐膛安全產(chǎn)生的影響，水冷壁外部周向設(shè)有剛性梁，使整個水冷壁組成剛性吊筐結(jié)構(gòu)。每隔3米左右設(shè)有一層剛性梁，以增加爐膛的抗爆性，其大小按抵抗8700N/m3的爆炸力設(shè)計。水冷壁本身及所屬爐墻，均通過水管系統(tǒng)吊掛裝置懸吊在頂板上，可以向下自由膨脹。

2.4 燃燒設(shè)備

為了保證天然氣的燃燒，該鍋爐總共設(shè)置4臺旋流燃燒器，以鍋爐中心線為對稱線分上下兩層布置在爐膛前墻。同時鍋爐上還設(shè)置有自動點火裝置及火焰監(jiān)控裝置。有可靠的點火程序控制和熄火保護裝置。并且通過下面一系列功能聯(lián)鎖裝置來保證燃氣鍋爐的安全運行：

（1）全部引風(fēng)機斷電時，自動切斷全部送風(fēng)和燃料供應(yīng)。（2）全部送風(fēng)機斷電時，自動切斷全部燃料供應(yīng)。（3）燃氣壓力低于規(guī)定值時，自動切斷燃氣的供應(yīng)。

2.5 過熱器及汽溫調(diào)節(jié)

在過熱器的設(shè)計上，該鍋爐并沒有采用以往高溫高壓鍋爐設(shè)置屏式過熱器的模式，而是采用了純對流傳熱形式。過熱器由高、中、低溫過熱器組成，整個過熱器分三級布置在爐膛出口的水平煙道內(nèi)，采用兩級噴水減溫，分別設(shè)在三級過熱器中間，飽和蒸汽由飽和蒸汽引出管引入低溫過熱器進口集箱，經(jīng)過由Φ32的管子構(gòu)成的頂棚過熱器和低溫過熱器，蒸汽經(jīng)一級減溫器后經(jīng)Φ32的管子引入中間過熱器，蒸汽經(jīng)二級減溫器后經(jīng)Φ32的管子引入高溫過熱器，最后經(jīng)過匯汽集箱將合格的過熱蒸汽引出。

相對于采用屏式過熱器復(fù)雜的蒸汽流程來說，純對流過熱器整體布置更為簡單，同時還避免了屏式過熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易爆管的缺點。為了進一步降低鍋爐制造成本，低溫過熱器管子材料為用20G鍋爐管，中間過熱器管子材料為12Cr1MoVG合金鋼，高溫過熱器管子材料為12Cr2MoWVTiB合金鋼。過熱器分級布置減小了合金管材的使用量，有效降低了制造成本。

2.6 省煤器及空氣預(yù)熱器

省煤器蛇形管均由Φ32的20G鋼管制成。省煤器蛇形管通過支撐梁將重量傳到鋼架上?？諝忸A(yù)熱器亦為單立式布置，煙氣走管內(nèi)，管徑為Φ50毫米。為了防止空氣預(yù)熱器在低負荷時發(fā)生低溫腐蝕，空氣預(yù)熱器管子材質(zhì)采用考登鋼。

空氣預(yù)熱器采用官箱結(jié)構(gòu)，管箱單獨支撐在尾部鋼架上，可方便地檢修。

各級省煤器、預(yù)熱器間都留有檢修空間及相應(yīng)的門孔便于檢修。

2.7 構(gòu)架、平臺

該鍋爐所在區(qū)域的地震設(shè)防烈度為8度，因此該鍋爐在構(gòu)架上做了加強處理。本鍋爐爐室部分構(gòu)架采用4根型鋼柱，柱間設(shè)有多層橫梁相聯(lián)系，并設(shè)有拉條以增加整個構(gòu)架的抗震性能。

尾部鋼架采用4根鋼柱，柱間亦有橫梁相聯(lián)系而形成獨立的構(gòu)架，支撐全部空氣預(yù)熱器及省煤器。在鍋爐上所有操作、檢修、測試門孔處均設(shè)有平臺，以方便鍋爐檢修。

2.8 爐墻

鍋爐爐膛采用膜式壁結(jié)構(gòu)，大大簡化了密封工作量，現(xiàn)場采用簡單的敷管爐墻進行保溫，水平煙道轉(zhuǎn)向室及尾部豎井煙道爐墻采用輕型護板結(jié)構(gòu)，爐墻由內(nèi)向外依次為耐火磚、硅酸鋁纖維板、保溫磚、鋼護板，；爐墻通過爐墻拉鉤和托磚架分層支撐在尾部框架上，爐墻護板外側(cè)采用全鋼護板密封，保證了爐墻的密封效果，有效減小了漏風(fēng)。

2.9 鍋爐安全附件設(shè)置

（1）壓力表、安全閥的設(shè)置

汽包設(shè)置2個全量型安全閥PN20 DN75， 2個就地壓力表，1個低位壓力表；過熱器設(shè)置1個全量型安全閥P54 14V DN75，2個就地壓力表，1個低位壓力表

（2）水位控制安全附件設(shè)置

鍋爐通過設(shè)置2個電接點水位表；2個就地水位計；2個平衡容器，具有高水位報警、低水位連鎖保護、超壓超溫報警和聯(lián)鎖保護等功能。實現(xiàn)了鍋筒水位的實時監(jiān)控，保證鍋爐給水安全。

3 結(jié)束語

該鍋爐自2013年5月正式滿負荷運行，各項指標均達到設(shè)計要求，為用戶生產(chǎn)提供了有力的保障。

當(dāng)今社會，人們環(huán)保意識不斷增強，清潔能源在生產(chǎn)、生活中所占比例勢必越來越大，該鍋爐的成功設(shè)計，為今后類似燃氣鍋爐的設(shè)計提供了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻

[1]林宗虎，徐通模.使用鍋爐手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2009，4.

[2]馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌.鍋爐原理及計算[M].科學(xué)出版社，2003.

[3]趙欽新，惠世恩.燃油燃氣鍋爐[M].西安交通大學(xué)出版社，2000，6.