淺議管殼式余熱鍋爐特點(diǎn)和設(shè)計(jì)

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1、淺議管殼式余熱鍋爐特點(diǎn)和設(shè)計(jì)　　摘要：管殼式余熱鍋爐分屬鍋爐和壓力容器兩種不同范疇，從介質(zhì)特性、選材、結(jié)構(gòu)和主要元件設(shè)計(jì)計(jì)算方式等方面闡述兩種類型的各自特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：管殼式余熱鍋爐；鍋爐和壓力容器；介質(zhì)特性；結(jié)構(gòu)管殼式余熱鍋爐是綜合利用工業(yè)爐余熱的一種輔助設(shè)備，吸收排放煙氣的余熱（或叫廢熱）產(chǎn)生蒸汽，并使煙氣溫度降低。管殼式余熱鍋爐被劃分到鍋爐和壓力容器兩種范疇進(jìn)行管理。新頒布實(shí)施的TSGG0001-2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》釋義中規(guī)定以余熱利用為主要目的而配置的余熱鍋爐屬于鍋爐范疇，為滿足設(shè)備和工藝流程冷卻而設(shè)置的換熱設(shè)備屬于壓力容器范疇。不同范疇的管殼式余熱鍋爐有其各

2、自的特點(diǎn)。應(yīng)根據(jù)設(shè)備的介質(zhì)特性、運(yùn)行工況等采取針對(duì)性的措施，克服高溫、高壓、腐蝕等一系列可能的苛刻工況條件。一、介質(zhì)特點(diǎn)管殼式余熱鍋爐的殼程介質(zhì)比較簡單，基本為水和飽和蒸汽，但管程介質(zhì)的高溫?zé)煔鈪s種類繁多。同時(shí)壓力容器范疇的管殼式余熱鍋爐相對(duì)于鍋爐范疇的管殼式余熱鍋爐，其管程煙氣成分更復(fù)雜危險(xiǎn)。鍋爐范疇的管殼式余熱鍋爐煙氣有以下幾個(gè)特點(diǎn)：71、熱負(fù)荷不穩(wěn)定，會(huì)隨著生產(chǎn)周期的變化而變化。2、煙氣含塵量大。3、有腐蝕性，但腐蝕性強(qiáng)烈的介質(zhì)含量極少，腐蝕性較弱。4、煙氣壓力一般都接近常壓。壓力容器范疇的管殼式余熱鍋爐煙氣有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、煙氣介質(zhì)種類多，腐蝕性、毒性及爆炸性危害程度

3、多種多樣。如制氫轉(zhuǎn)化氣中含有一定量的氫，對(duì)管箱筒體、換熱管、管板存在氫腐蝕的可能，同時(shí)氫屬于易爆介質(zhì)。硫磺回收的煙氣中含有可產(chǎn)生高溫硫腐蝕的硫蒸汽。燃燒硫磺產(chǎn)生的煙氣中含二氧化硫、三氧化硫，當(dāng)三氧化硫遇水會(huì)形成強(qiáng)腐蝕的硫酸。煙氣的這些特性對(duì)密封性要求也很嚴(yán)格。2、露點(diǎn)溫度高，容易對(duì)設(shè)備造成結(jié)露腐蝕。一些煙氣含水蒸氣及SO2、SO3、NOX等酸性腐蝕介質(zhì)，形成酸霧導(dǎo)致露點(diǎn)溫度升高，有的會(huì)到200℃以上。一些殼程介質(zhì)為低壓力飽和蒸汽的殼體壁溫很容易低于露點(diǎn)溫度，因而設(shè)備容易產(chǎn)生結(jié)露腐蝕。3、容易堵塞換熱管。7煙氣露點(diǎn)腐蝕會(huì)使煙灰附著在管壁內(nèi)，造成管束快速煙塵堵塞。在還原性氣體（如H

4、2、CO等）中，當(dāng)氣體溫度大于800℃時(shí)，余熱鍋爐可能因非金屬襯里中的SiO2和Fe2O3含量較多，而使襯里被侵蝕產(chǎn)生空穴和析出SiO2引起換熱管堵塞。另外煙氣介質(zhì)可能會(huì)有凝結(jié)液體，不能順利排出的凝結(jié)液會(huì)堵塞換熱管。4、介質(zhì)的壓力范圍相對(duì)較大如硫磺燃燒后的余熱鍋爐煙氣壓力為微正壓，合成氨生產(chǎn)中重油汽化爐后的余熱鍋爐壓力為3.2～4.0MPa。二、主要材料鍋爐范疇的管殼式余熱鍋爐因其管程煙氣成分相對(duì)簡單，腐蝕性及毒性等較低，一般選擇質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、便于制造的材料，如鋼板材料主要有Q235B（GB/T3274）、Q245R（GB713）；鋼管材料主要有碳素鋼20（GB/T8163、GB3

5、087）、20G（GB5310）；鍛件材料主要有20（JB/T9626）。壓力容器的管殼式余熱鍋爐用材料應(yīng)考慮其耐各種介質(zhì)的腐蝕性，另外對(duì)換熱管的精度要求較高。常用鋼板材料主要有Q245R（GB713）、Q345R（GB713）、15CrMoR（GB713）；鋼管材料主要有20（GB/T8163、GB9948）、16Mn（GB6479）、15CrMo（GB9948）、09CrCuSb。鍛件材料主要有20（NB/T47008）。換熱管應(yīng)選用冷拔或冷軋鋼管，鋼管的尺寸精度應(yīng)選用高級(jí)精度。需要注意管殼式余熱鍋爐所屬的鍋爐或壓力容器規(guī)范中相近的材料不得隨意代用，如壓力容器常用的20（G

6、B79948）不能用于鍋爐范疇管殼式余熱鍋爐。鍋爐常用的20（GB3087）及20G（GB5310）不能用于壓力容器范疇管殼式余熱鍋爐，否則需按各自技術(shù)規(guī)范要求通過技術(shù)評(píng)審方可允許使用。三、結(jié)構(gòu)及主要受壓元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算管殼式余熱鍋爐常用的結(jié)構(gòu)有鍋殼和汽包組成的雙鍋筒式和殼程內(nèi)設(shè)有蒸發(fā)空間的單鍋筒式。鍋殼兩端一般為撓性薄管板。另外壓力容器范疇的管殼式余熱鍋爐中還有浮頭式、U形管式等結(jié)構(gòu)形式。各主要受壓元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算如下：1、鍋爐范疇的管殼式余熱鍋爐：筒體壁厚計(jì)算按GB/T16508-1996標(biāo)準(zhǔn)中4.2計(jì)算公式。封頭壁厚計(jì)算按GB/T16508-1996標(biāo)準(zhǔn)中6.2計(jì)算公式。

7、考慮腐蝕減薄的附加厚度一般取0.5mm，若腐蝕減薄量超過0.5mm，則取設(shè)計(jì)可能的腐蝕減薄值。折邊撓性管板壁厚的計(jì)算按GB/T16508-1996標(biāo)準(zhǔn)中7.2計(jì)算公式。管板過渡段的折邊內(nèi)半徑不應(yīng)小于二倍板厚，且至少應(yīng)為38mm。脹接連接的管孔尺寸偏差和管孔質(zhì)量按JB/T9619的規(guī)定。受壓元件上焊接連接的管孔質(zhì)量按JB/T1625的規(guī)定。煙管與管板的焊接接頭可以采用打坡口和不打坡口的兩種形式。當(dāng)用于煙溫大于600℃的部位時(shí)，煙管管端超出的焊縫的長度不應(yīng)大于1.5mm，當(dāng)用于煙溫不大于600℃