(鞍山鍋爐廠有限公司，遼寧 鞍山 114016)

220 t/h高溫高壓天然氣鍋爐設(shè)計(jì)

高波

(鞍山鍋爐廠有限公司，遼寧 鞍山 114016)

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)高效的清潔能源，燃燒天然氣的鍋爐對(duì)減少污染物排放，減輕霧霾天氣具有重要意義。本文介紹了鞍山鍋爐廠研制生產(chǎn)的一臺(tái)220 t/h高溫高壓燃天然氣鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)燃料成分和鍋爐的主要性能參數(shù)，將鍋爐設(shè)計(jì)為單鍋筒、自然循環(huán)、集中下降管、П型布置形式的天然氣鍋爐。通過熱力計(jì)算，設(shè)計(jì)爐膛結(jié)構(gòu)、換熱面布置，在此基礎(chǔ)上給出了220 t/h高溫高壓燃天然氣鍋爐的設(shè)計(jì)方案，最后給出了鍋爐運(yùn)行的主要參數(shù)，并且，燃天然氣鍋爐具有SO2與煙塵零排放的環(huán)保優(yōu)點(diǎn)。

天然氣；燃燒器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 前言

自改革開放以來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了舉世矚目的成績(jī)，然而與經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)相伴而生的是對(duì)環(huán)境的極大破壞，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的矛盾日趨尖銳。全球變暖、大氣污染是環(huán)境問題的一個(gè)重要方面，而導(dǎo)致全球變暖、空氣污染的主要原因就是人類在近一個(gè)世紀(jì)以來大量使用煤、石油等礦物燃料，排放出大量的溫室氣體及其他空氣污染物，如二氧化硫、氮氧化物和PM2.5等顆粒物。

為了治理愈發(fā)嚴(yán)重的空氣污染，我國(guó)正逐步推進(jìn)煤炭消費(fèi)量削減行動(dòng)，可以預(yù)見到這將會(huì)帶來能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，而在工業(yè)上也在積極的利用其他能源來替代煤炭。天然氣是高效環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，它的主要成分為烷烴。天然氣鍋爐的二氧化碳和氮氧化物的排放僅為煤炭的20%～50%[1-4]，二氧化硫的排放幾乎為零，無顆粒物和灰渣排放，對(duì)環(huán)境污染影響小。采用天然氣作為燃料，可以減少煤和石油的用量，可以改善環(huán)境。與此同時(shí)，天然氣也是一種比較安全的能源，因?yàn)槠洳缓谎趸?，而且密度小于空氣，即使發(fā)生泄露，也會(huì)向上擴(kuò)散，不易積聚發(fā)生爆炸，因而作為燃料應(yīng)用于鍋爐等工業(yè)設(shè)備中備受青睞。此外，天然氣鍋爐熱效率高，節(jié)約能源[5-6]，在此背景下，我廠研制、生產(chǎn)了220 t/h燃天然氣發(fā)電鍋爐。

1 鍋爐基本參數(shù)

1.1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

該鍋爐的主要設(shè)計(jì)性能參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐的主要設(shè)計(jì)性能參數(shù)

1.2 鍋爐燃燒成分

鍋爐燃料為天然氣，燃料成分如表2。

表2 燃料成分分析

2 鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 鍋爐結(jié)構(gòu)布置

本鍋爐為單鍋筒、自然循環(huán)、集中下降管、“∏”型布置的燃天然氣鍋爐。鍋爐簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 鍋爐簡(jiǎn)圖

鍋爐采用室內(nèi)布置，鍋爐為全膜式水冷壁爐膛，爐頂、水平煙道及轉(zhuǎn)向室內(nèi)設(shè)膜式頂棚過熱器管和膜式包墻過熱器管。尾部豎井煙道中布置省煤器和空氣預(yù)熱器。鍋爐采用雙框架全鋼結(jié)構(gòu)，按七度地震烈度設(shè)計(jì)。爐膛、過熱器和上級(jí)省煤器為全懸吊結(jié)構(gòu)，下級(jí)省煤器和尾部空氣預(yù)熱器為支撐結(jié)構(gòu)。

鍋筒位于爐膛上部，由兩組鏈片吊架懸吊于頂板梁上。鍋筒留有氮?dú)饨涌冢糜阱仩t長(zhǎng)期停運(yùn)時(shí)沖氮保護(hù)。

爐膛由膜式水冷壁、集箱、集中下降管和引出管組成，每根集中下降管與爐膛每面墻構(gòu)成結(jié)構(gòu)特性近似相同的循環(huán)回路。后墻水冷壁在爐膛出口處向內(nèi)凸出形成折焰角，以改變爐膛上部空氣動(dòng)力場(chǎng)。前墻水冷壁下部?jī)?nèi)折形成5°角，組成爐膛爐底。燃燒器布置在鍋爐前墻，共八臺(tái)分兩層布置，每層四臺(tái)。

爐膛水冷壁懸吊于頂部鋼架梁上。爐膛整體受熱后向下膨脹。水冷壁外側(cè)四周沿高度方向每隔3 m左右設(shè)置一圈剛性梁，以增加水冷壁的剛度，爐膛設(shè)計(jì)壓力達(dá)±6.0 kPa。

過熱器采用輻射和對(duì)流相結(jié)合。屏式過熱器布置在爐膛折焰角上部，兩級(jí)對(duì)流過熱器布置在水平煙道中。過熱器所有部件均通過吊桿懸吊在頂部鋼架上。

蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用給水噴水減溫方式，在減溫水管道上裝設(shè)流量孔板、調(diào)節(jié)閥、截止閥等。減溫器分二級(jí)布置，第一級(jí)噴水點(diǎn)布置在第二級(jí)對(duì)流過熱器與屏式過熱器之間，為粗調(diào)，對(duì)屏式過熱器也可以起保護(hù)作用，第二級(jí)噴水點(diǎn)布置在一級(jí)過熱器冷段和熱段之間，為細(xì)調(diào)。經(jīng)二級(jí)噴水調(diào)溫，保證了鍋爐額定負(fù)荷下的過熱蒸汽溫度。

爐膛膜式壁采用Φ60×5管子，節(jié)距80，鰭片20×5，管子材質(zhì)20G(GB5310)，鰭片材質(zhì)20(GB713)；屏式過熱器采用Φ42×5管子，材質(zhì)10Cr9Mo1VNbN(GB5310)；高溫過熱器采用Φ42×5管子，材質(zhì)12Cr1MoVG(GB5310)；低溫過熱器采用Φ38×4.5管子，材質(zhì)20G(GB5310)；省煤器采用Φ32×4管子，材質(zhì)20G(GB5310)；空氣預(yù)熱器采用Φ40×1.5管子，材質(zhì)Q235A，由于煙氣走管內(nèi)，為避免煙氣低溫結(jié)露腐蝕，管內(nèi)掛搪瓷。

鍋爐的汽、水流程：鍋爐給水→省煤器下集箱→省煤器上集箱→鍋筒→屏入口集箱→屏出口集箱→低溫過熱器→高溫過熱器→出口集箱→集氣集箱。

風(fēng)側(cè)流程：冷空氣通過鼓風(fēng)機(jī)加壓后，流經(jīng)空氣預(yù)熱器、熱風(fēng)道進(jìn)入燃燒器，與天然氣混合燃燒形成高溫?zé)煔狻?/p>

鍋爐煙氣側(cè)流程：天然氣通過前墻八臺(tái)燃燒器，與空氣混合燃燒生成高溫?zé)煔?，分別流經(jīng)爐膛、屏式過熱器、高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器，最后低溫?zé)煔鈴腻仩t后下部煙氣出口排出。

由于燃天然氣，煙氣中水分較大，低負(fù)荷運(yùn)行或冬季期間運(yùn)行，流經(jīng)空氣預(yù)熱器的煙氣都會(huì)有水凝結(jié)，在出口煙道下面需設(shè)積水槽及排水口。

鍋爐熱力計(jì)算匯總?cè)绫?所示。

表3 熱力計(jì)算匯總

2.2 環(huán)保效果

220 t/h高溫高壓鍋爐，若燃用Ⅱ類煙煤，每年按7 500 h運(yùn)行，煙氣中SO2即使按100 mg/Nm3的允許濃度排放，每年SO2排放量也將超過200 t；煙氣中含塵量按30 mg/Nm3的允許濃度排放，每年煙塵排放量也達(dá)到60 t，而燃用天然氣，SO2與煙塵均為零排放。

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Designof220t/hHighTemperatureandHighPressureNaturalGasBoiler

GAO Bo

(Anshan Boiler factory, Anshan 114016,China)

Natural gas is a clean energy with high quality and efficiency.It plays a significant role in reducing pollution and haze. The structure design of a 220 t/h high temperature and high pressure natural gas boiler developed by Anshan boiler factory is introduced. According to the fuel composition and the main performance parameters, the main boiler features are single drum, natural circulation, concentrated down comers and П type arrangement on the basis of thermodynamic calculation, furnace structure design and heat transfer surface arrangement. At last, the main parameters of boiler operation are presented.

natural gas;burner;structural design

2014-05-07修訂稿日期2014-06-17

高波(1964～)，女，工程師，從事鍋爐設(shè)計(jì)工作。

TK229.8

A

1002-6339 (2014) 04-0381-02