由于我国合成氨装置造气系统大部分仍采用固定层间歇气化工艺,在生产过程中会产生大量的吹风气、炉渣及除尘器细灰。2011年,针对某合成氨生产企业造气系统产生的“三废”设计制造了三废混燃炉余热锅炉(以下简称余热锅炉)系统,以回收“三废”燃烧后产生的高温烟气中的余热,生产高温、高压饱和蒸汽,用于发电或作为其他工艺用汽。
余热锅炉结构及特点
余热锅炉系统采用模块化设计,主要由汽包、过热器、蒸发器、省煤器、空气预热器组成,各主要部件都单独构成模块,各模块的相接面之间相互对应。过热器和蒸发器部分的炉墙采用重型炉墙结构;省煤器和空气预热器采用钢烟道外保温形式,在炉墙适当位置设有检查门、门及测量孔。
1、锅筒
锅筒规格为φ1476mmx38mm,带封头全长7340mm,筒身直段长6250mm,筒内装有波形板汽水分离器、旋风分离器、挡板、多孔板等汽水分离装置。进入锅筒的汽水混合物经挡板后,通过旋风分离器进行一次分离,然后进入顶部波形板进行二次分离,分离后的蒸汽沿导汽管流至过热器。为提高蒸汽品质,筒内装有加药管和排污管,下水管入口处加装十字过滤栅格。锅炉采用自然循环,无下锅筒,下部采用集箱连接,底部设置灰斗,可防止积灰。
2、水冷屏
水冷屏由2组管排组成,每组管排由φ219mmx12mm上、下集箱及中间4排共58根φ42mmx5mm的光管组成。光管分4排布置,很好地解决了管排受热膨胀问题。管排的结构,光管与集箱的焊接方式及焊接位置。在2组管排的前2排光管上布置不锈钢护瓦,以防止灰粒冲刷光管表面而导致光管使用寿命缩短,延长管排使用寿命。因管排入口烟气温度高、工况差,故在结构设计完成时须对其进行水循环计算,水循环倍率计算值为18,在推荐值15-25范围内,水循环工况良好。高温烟气经组合式除尘器进入余热锅炉,温度达950℃,因此,在烟气入口处安装了2组水冷屏(凝渣管),使烟气温度降至900℃以下。水冷屏壁上形成渣层,劲度减小,不易在过热器表面形成挂渣而影响传热;并对不稳定的吹风气燃烧所产生的不稳定烟气流起到均流作用,使过热器传热均匀。
3、过热器系统
过热器系统由低温过热器和高温过热器组成。253℃蒸汽由汽包进入低温过热器过热至363℃,然后经文丘里管减温器降温至311℃再进入高温过热器,过热至450℃由蒸汽引出管引出至汽轮机发电。过热器采用蛇形管结构,每根蛇形管由若干根φ38mmx4mm的12Cr1MoV材料的管子焊接组成,进行通球试验后由弯管机弯制而成。安装时,锅炉整体采用支撑结构,蛇形管采用吊装形式,可向下自由膨胀。
4、蒸发器
蒸发器由2段构成,蒸发I段有6组管排,每组管排由φ219mm的上、下集箱组成,每组管排中间布置4排光滑管束,管束呈错列布置,每组管排与φ159mm的上升管及φ219mm的下降管组成1个自然循环回路;蒸发II段由6组管排组成,因烟气温度降低,故上升管及下降管均改用翅片管,以增大受热面积,其他与蒸发I段相同。
5、上升管和下降管系统
在对流管束区,12根φ219mm的下降管沿双侧布置,分别通过2根φ325mm的集箱连接12组管排,管排通过φ159mm的导气管与汽包连接,形成自然回路。在水冷屏区,2根φ219mm的下降管与管屏及动325mm的汇集集箱和φ159mm的引出管组成自然循环回路。上升管、下降管系统采用外保温形式。
6、省煤器
省煤器由φ38mm的翅片管并联组成,采用蛇形管单绕形式,横向22排翅片管用弯管焊接成一并联支路,纵向共布置32个并联支路,来自管路的除盐水经省煤器预热至104℃通入汽包,省煤器布置在垂直于烟气流动方向上,并设有固定装置。
7、空气预热器
采用的热管式空气预热器由φ42mm的重力热管翅片管组成,分成2组管箱,布置时需倾斜角度,烟气和空气分别经过低位侧和高位侧管箱,烟气侧设1只观察孔。热管可防止低温腐蚀,延长空气预热器的使用寿命。