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行业新闻

YQL-1000Q型有机热载体炉的研制

YQL-1000Q型有机热载体炉的研制

0前言

    近10多年来,我国生产的燃油(气)液相有机热载体炉(俗称或简称导热油炉),大多沿用国外进口的生物质燃烧机顶置式结构的基本型式,即:生物质燃烧机布置于锅炉的顶部,火焰为顶吹型式,如图l所示。

    将生物质燃烧机顶置,可使炉膛火焰充满度好,这对于内盘管辐射受热均匀,锅炉结构紧凑无疑是十分必要的。但是传统的导热油炉炉顶生物质燃烧机周边由于敷设了很厚一层耐火混凝土,形成一个巨大的蓄热体,温度高达500一700℃甚至更高,生物质燃烧机的工作条件比以水为介质的贯流式锅炉的顶置生物质燃烧机更恶劣。由于高温烟气的上窜不仅给保温增大了压力,也对生物质燃烧机的安全造成威胁。如果在制造安装质量上稍有不慎,往往导致锅炉在运行中炉顶温度过高,国部分该型锅炉多次出现生物质燃烧机烧坏等问题。由于生物质燃烧机顶置,也导致司炉操作不便,以重庆市市政材料供应站(原重庆沥青厂)的原YYL - 700Q到导热油炉(顶置生物质燃烧机)为例,该炉使用不到1年,其顶置图1YQL型有机热载体炉(顶置生物质燃烧机)·研究与开发.YQL - 1000Q型有机热载体炉的研制的生物质燃烧机就被烧坏,同时该炉下部外壳被烧红、最后被烧穿冒烟以至被迫停炉弃用。针对该用户的使用要求,2005年初,我们为该用户研制了YQL - 1000Q型下置生物质燃烧机的有机热载体炉,见图2。通过3年的运行实践表明:有效地解决了生物质燃烧机安全运行的隐患问题。该炉的运行测试结果表明,产品各项性能指标达到了国家标准和设计要求,有效地满足了用户的使用要求,深受用户青睐。

1  主要技术参数和技术原理及结构特点

1.2产品技术原理及结构特点

    导热油炉是以有机热载体为工质的一种特殊锅炉。与水作热载体相比,高沸点的有机热载体具有低匪高温的特点和较好的热稳定性,以典型的道生油(联苯一联苯醚混合物)为例,它在常压下的沸点温度为258℃,而在此温度下以水为工质的饱和水蒸气的压力已达4.6 MPa,可见采用不同工质达到同温度要求时,设备压力高46倍。因此在高温供热条件下,采用导热油作工质能使低压供热系统取代高压供热系统,从而减少了设备投资费用,同时还节省了水处理系统降低了运行费用。这种装置的特点是加热均匀,温度易调节,节约能源,因而在用于高温加热的印染、化工、建材行业的热定型、聚合、蒸馏、熔解等工程中获得了广泛的应用。

    该机型号为YQL - 1000Q型有机热载体炉,是一种全自动机电一体化液相有机载热体加热炉,它以天然气或油为能源,燃料通过燃烧器与空气混合后喷人炉膛内燃烧。燃烧产生的高温烟气在炉内流经内外盘管三个回程后从炉体上部排烟口排出,在烟气经过炉内的同时向盘管受热面放热。盘管内的工质为导热油,从循环泵压出来的导热油流经本炉进口集箱进入炉内的内、外两个盘管后到出口集箱,然后流入热油管路系统,被加热的油通过管道输送到热用户去加热物料(如沥青等),导热油在热用户的换热器内(沥青油罐内)放热后又被循环油泵吸人泵内重新注入炉内再加熟进入热用户,周而复始,如此循环。在锅炉的进、出口集箱和管道系统上分别装设热载体的温度、压力显示仪表及控制仪表、循环油泵、油气分离器、膨胀罐、储油罐等。导热油炉供热工艺流程系统图见图3。

    目前国内外的导热油炉炉型种类繁多,有立式、卧式结构,本体结构有锅壳式、盘管式以及国内为了适应机械化层燃链条炉而开发的管架式结构,根据我们的调研和本公司实际进行了综合设计选型,决定采用立式盘管、生物质燃烧机下置的结构型式。由于该产品采用了一些新结构、新技术,使该产品结构更合理实用、运行稳定可靠、维修周期长,与国内同类产品相比,该炉在结构设计上有以下几个特点:

    (1)将目前传统的顶置式生物质燃烧机改为下置炉膛燃烧方式,解决目前生物质燃烧机容易损坏的问题。

    为适应生物质燃烧机下置,我们又设计了一个椭圆形炉膛结构,解决了圆形炉膛直径略低于火焰长度的问题。该结构借用了燃煤链条炉排型导热油炉的两侧作支撑的方式,同时将生物质燃烧机向炉外退出80 mm,实现了左右两侧支撑盘管,受力不受热,前后仅受热不受力的有效型式,解决了炉膛内火焰展开形状与炉膛的匹配问题和盘管两侧的支撑问题。椭圆形炉膛见图4。

    对于燃气的导热油炉,在炉膛内布置防爆门,对于保护炉墙和本体是非常必要的。传统的顶置生物质燃烧机的导热油炉,在炉内布置防爆门在结构上很难处理。现在改为下置然烧机后,炉顶上可以布置防爆门,这在结构上非常合理。当然我们也看到,类似现在的这家用户使用的顶置式生物质燃烧机导热油炉,也曾布置了防爆门,但他们是将防爆门布置在炉体第三回程后的排烟口处。我们认为,排烟口处的防爆门仅是个装饰,对于要达到炉内爆炸时能够迅速泻压作用甚微甚至不起作用。

    (3)采用S管将内、外圈盘管串联形成单管循环,提高管内导热油流速。

    导热油在管内流动时会形成一个边界层,流速越慢,边界层越厚,边界层介质温度与主流温差越大,会导致管壁超温,加速导热油分解变质、结焦,形成残碳沉集于管壁,进一步影响传热。如此恶性循环,不但造成管壁过热,而且也会加速有机热载体老化、失效‘1]。热工及流体力学理论‘2 3认为,雷诺数Re $2 300时,流体在管内呈层流状态;当雷诺数Re≥4 000时,流体在管内呈湍流状态,才能获得较薄的边界层。实践证明,当管内导热油的流速达到1.5。3.O m/s时,热油在管内已进入湍流状态,管内壁可获得较薄的边界层,降低边界层温度。为提高盘管内介质流速,避免管内导热油在炉管内的焦化、积炭和过热问题,我们采用了内、外盘管串联连方式。在炉顶用S管将内、外圈盘管串联,比两套盘管并联时的逮度提高一倍,使辐射受热面管内的导热油流速达到2.2 m/s。满足了规程和GB/T7410标准大于2 m/s和1.5 m/s(对流)的要求‘副。为制造工艺方便,将内、外盘管统一采用相同的管径,而整个管程阻力仅0.219 MPa,兼顾了传热和流阻在合适的范围内。

    (4)该机的运行为全自动模拟屏控制。

    配套采用进口生物质燃烧机,具有程序启动、自动点火、自动燃烧、管内介质超温超压保护等功能。采用了台式模拟屏,操作简单、温度数字显示直观、安全可靠,具有出油温度自行任意设定,运行异常时自动报警、自动停炉保护等特点。

    该炉设计、制造按原劳动部颁发的《有机热载体炉安全技术监察规程》和国家技监局1998年发布的GB/T  17410-1998《有机热载体炉》产品标准的要求进行。集油箱制造按JB/T 1610《锅炉集箱技术条件》的要求进行。该炉于2005年2月完成产品图样设计并报市局审批,市技术监督局鉴定编号:TSWJGL GJ118 - 0088。2005年4月19日产品制造完毕出厂并交付用户。

2产品的运行和使用情况

    该产品于2005年5月在用户单位安装完毕投入运行,并同时替代了原报废的导热油炉。3年来运行稳定正常、安全可靠。由于正茌实施重庆市2010年交通发展规划,实现重庆“五横六纵”和“二环八射”的交通网络,新建快速公路和高速公路总里程将达421.8公里。高速公路需要大量采用沥青路面,繁重的沥青加热任务,使该有机热载体炉很难有“休假”的机会。除了春节,一般不停机,连续运行。由于该炉可靠性好,从未发生过影响生产的运行故障,司炉操作方便,用户反映非常好。

    为摸清产品性能,2006年5月9日,智得公司研发中心会同广州飒特电力红外技术公司对该产品进行了一次热工测试,为验证数据的准确性,同时采·研究与开发.YQL - 1000Q型有机热载体炉的研制用世界先进的SAT - G90型红外热像仪对水银温度计和热电阻测温仪表所测数据又进行印证,误差仅0.1℃,所有仪表均经过标定合格。该炉性能测试结果见表l。

表1 YQL-1000Q型有机热载体炉热工测试结果汇总表

    从表l可见,该炉主要技术经济指标达到国家标准要求和设计指标要求。与国家标准CB/T17410-1998要求相比,热效率高于国标8.2个百分点。每年节气23 064 m3/a(按年运行3 000 h合人民币4.38万元。

    要了解该产品在国内所处的水平,通常须找出结构、参数基本相同的同类产品,这才有可比性。在重庆江津钢铁厂找到一家下置生物质燃烧机的、同样是燃气的导热油炉,可比性强。它是一家韩资企业于2004年生产的新产品,见图3。将该炉在稳定、正常运行的热工参数作了测定记录。

    本公司YQL - 1000型导热油炉与国内外同类产品主要技术性能指标对比见表2。    从表2可见,该产品比国内同类产品材料消耗低1. 44倍,节约钢材2156 kg/蒸吨,体积缩小图3重庆某锅炉厂‘(外资企业)YQL - 1200型

    有机热载体炉表2   YQL -1000型有机热载体炉与国内外同类产品按术性能指标对比表

2,3低气压对锅炉对流受热面总传热系数的影响

    式(7)中利用系数f、管内壁与过热蒸汽之间换热系数a:与气压无关。根据文献[9]的分析,烟气侧对流换热系数Q。亦与气压无关,辐射换热系数理,与污染系数占均随气压降低而减小。由式(7)可知总传热系数K与8成反比,与a.成正比,故随气压降低a,减小使K趋于减小,同时g减小使足趋于增大,可见总体上气压对K的影响规律取决于a与占影响K的相对大小。文献[9]以某135 MW CFB锅炉为例进行了在不同海拔高度(即不同大气压力)下的锅炉热力计算。对计算结果的分析表明,对于锅炉对流受热面,随气压降低仅。不变,a,减小,占亦减小。其中,a减小使K趋于减小,同时8减小使K趋于增大,二者共同作用的结果是K随气压降低而缓慢增大。若定义因气压降低而引起的总热系数增量△K为低气压下总传热系数K与常压下总传热系数Ko之差,即AK =K - Ko,则AK与海拔高度日之间的关系可近似表示为

3结论

    (1)综上所述,本公司研制的YQL - 1000Q型有机热载体炉,将生物质燃烧机下置方式、采用椭圆炉膛及炉内合理布置防爆门等新结构,是可行的。通过3年实际运行考验表明:有效地提高了产品的可靠性,该产品的研制是成功的,产品各项技术经济指标达到了国家标准要求和用户的使用要求。

    (1)锅炉燃烧计算中,燃烧生成物成分的组成比例、烟气焓值、锅炉排烟热损失均与大气压力无关。

    (2)室燃炉与层燃炉炉膛内介质辐射放热能力随气压降低而降低,低气压对CFB锅炉炉膛内传热的影响可近似忽略不计。

    (3)对于锅炉对流受热面,总传热系数随气压降低而缓慢增大。盔


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点击次数:  更新时间:2017-02-27 13:10:35  【打印此页】  【关闭