摘 要：提出了焦爐上升管荒煤氣余熱回收系統(tǒng)中汽包直徑和直筒段長度設(shè)計計算的方法，并就實際工程進行舉例，列舉了汽包選擇需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：汽包；蒸汽空間體積負荷；荒煤氣；余熱

1 概述

汽包是焦爐上升管荒煤氣余熱回收系統(tǒng)的重要組成部分，它的主要作用如下：

（1）接受從除氧器或給水預熱器來的給水，向過熱器輸送飽和蒸汽，與循環(huán)上升管、循環(huán)下降管連接構(gòu)成閉路循環(huán)。

（2）汽包中存有一定數(shù)量的飽和水，因而具有一定的蓄熱能力。當焦爐上升管荒煤氣余熱回收系統(tǒng)工況發(fā)生變化時，可以減緩汽壓變化的速度。蓄水量越大，越有利于負荷發(fā)生變化時的運行調(diào)節(jié)。

（3）汽包內(nèi)具有一定的蒸汽容積，將進入汽包的汽水混合物加以分離，并從蒸汽中分離出汽水混合物攜帶的各種有害介質(zhì)，從而獲得滿足一定品質(zhì)要求的飽和蒸汽。

（4）汽包內(nèi)部安裝有給水、加藥、排污、分段蒸發(fā)和蒸汽凈化等裝置以改善蒸汽品質(zhì)。

2 汽包體積的確定

汽包內(nèi)部空間在正常水位以上部分稱為蒸汽空間；以下部分稱為水空間或水室。蒸汽空間的體積稱為蒸汽空間體積或蒸汽體積；水空間的體積稱為水體積。

（1）汽包體積（一般不計算封頭體積）按下式計算：

V=AL

式中：V-汽包體積，m3；A-汽包圓面積（指按內(nèi)徑計算的面積），m2；L-汽包直筒段長度，m。

（2）蒸汽空間的體積按下式計算：

V1=A1L

式中：V1-蒸汽空間體積，m3；A1-蒸汽空間的橫斷面積，m2。

蒸汽空間的橫斷面積按下式計算：

式中：h1-蒸汽空間高度，m；D-汽包直徑（指內(nèi)徑），m。

（3）蒸汽空間體積。蒸汽空間體積應(yīng)能滿足汽水分離和蒸汽干燥的需要，其大小可由蒸汽空間體積負荷和蒸汽空間高度決定。通過蒸汽空間單位體積的蒸汽體積流量，稱為蒸汽空間體積負荷，用RV表示。

RV=qmν\"/V1

式中：RV-蒸汽空間體積負荷，m3/（m3·h）；qm-蒸汽質(zhì)量流量，kg/h；ν\"-蒸汽比容，m3/kg。

工業(yè)鍋爐的蒸汽空間體積負荷RV的推薦值見表1。

必須指出，蒸汽空間體積負荷是在汽包蒸汽空間內(nèi)無任何分離元件且汽流很均勻的條件下得出的假想指標，故盡量采用較低的數(shù)值，且據(jù)此得出的汽包直徑要保證一定的安全系數(shù)（一般考慮20%的余量）。

蒸汽空間的最小高度要滿足蒸汽濕度的控制和分離裝置的結(jié)構(gòu)尺寸要求。試驗得出：當蒸汽空間高度較小時，大量的飛濺爐水將被汽流帶走，因而蒸汽濕度很大；隨蒸汽空間高度的增加，蒸汽濕度迅速減小，但當蒸汽空間高度達到0.6m左右時，蒸汽濕度的變化就很平緩。因此，蒸汽空間的最小高度要大于0.6m，且要滿足分離裝置的結(jié)構(gòu)尺寸要求。

（4）水體積。汽包水體積，應(yīng)能滿足在發(fā)生事故情況下，緊急操作時間內(nèi)的耗水量。例如，非正常停電或給水泵故障備用泵啟動期間，給水暫時中斷的條件下，汽包內(nèi)應(yīng)存有在這段時間內(nèi)維持水循環(huán)不致被破壞的水量。

汽包水體積的大小，一般用存水時間表示，即：

式中：t-存水時間，min；V2-汽包水體積（其數(shù)值為汽包體積減去蒸汽空間體積），m3；qm-蒸汽質(zhì)量流量，kg/h；v'-水的比容，m3/kg。

對于焦爐上升管換煤氣余熱回收系統(tǒng)，存水時間一般取30～40min。

3 汽包尺寸確定舉例

以安陽鋼鐵股份有限公司焦化廠7#8#焦爐上升管換煤氣余熱回收系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)產(chǎn)蒸汽量為15t/h（qm=15000kg/h），蒸汽壓力為0.9MPa（表壓），溫度為179.9℃。

（1）以汽包水體積求汽包直徑D1

水在0.9MPa（表壓）、179.9℃的比容v'=0.0011272m3/kg，則汽包水體積

（2）以蒸汽空間體積負荷RV求汽包直徑D2

蒸汽壓力0.9MPa（表壓），查表1，取RV=610m3/（m3·h），蒸汽比容ν\"=0.19438m3/kg，則由RV=qmν\"/V1得

V1=qmν\"/RV=15000×0.19438/610=4.78m3

同樣，假定汽包高水位在汽包中心線，長徑比為3，則

考慮到汽包高低水位相差100mm，并考慮汽包內(nèi)部裝置體積，經(jīng)圓整后，取D=2400mm。

4 結(jié)束語

汽包作為焦爐上升管荒煤氣余熱回收系統(tǒng)的重要組成部分，它的選擇關(guān)系到整個余熱回收系統(tǒng)的安全和汽包出口蒸汽的品質(zhì)，關(guān)系到項目的成敗，必須引起重視。在實際計算中，我們要同時考慮存水時間和蒸汽空間體積負荷的要求，選擇同時滿足兩者要求的汽包。此外，汽包直徑要滿足汽包內(nèi)部各裝置的結(jié)構(gòu)尺寸要求，汽包直筒段長度要滿足現(xiàn)場空間和汽包外部裝置如液位計、循環(huán)上升管和循環(huán)下降管接口管徑數(shù)量、鞍座等結(jié)構(gòu)尺寸要求。

參考文獻

[1]林宗虎，徐通模.實用鍋爐手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，1999.

[2]嚴家錄，余曉福.水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表[M].北京：高等教育出版社，1995.