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1、1 绪论1.1 选题的目的及意义随着社会经济的发展和环保要求的提高，我国在能源结构上发生了巨大的变化。国民经济的发展与改革开放，使得我国与世界融合的更加紧密。国内旅游业的迅速发展，产生了越来越多的宾馆、酒店、服务机构，这些机构在环保方面都有着较为严格的要求。燃煤锅炉，对大气的污染和对能源的浪费是惊人的，但它作为一种机械设备在国民经济发展中却又是必不可少的。在相当长的时间里燃煤锅炉在国民经济中扮演了重要的角色。近几年我国在节能及环保方面的要求不断提高，民用燃料将逐渐发展为由石油、液化石油气或天然气来替代煤。而工业用燃料方面，也有逐渐被柴油或重油替代的趋势。近些年来，我国大力推广石油和天然气燃料的
2、使用，西气东输工程、中俄天然气输送协议等的签定，都预示着天然气在我国应用有着一个美好的前景。也为我国工业锅炉行业的发展带来了新的变革动力。在这一前景下，大力发展民用的燃气锅炉和燃油锅炉来取代燃煤锅炉是一个必然的发展趋势。燃油锅炉与燃气锅炉在节能与环保应用上相对于燃煤锅炉有着许多优势，相比较而言，燃煤锅炉和燃油锅炉对大气排放的和都要远远高于燃气锅炉，可见燃气锅炉无论在节能、环保方面，都要优于燃煤锅炉和燃油锅炉。1.2 锅炉的定义锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。锅炉的应用：锅炉中产生的
3、热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业1 。1.3 锅炉的发展史18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，包括瓦特的初期蒸汽机在内，所用的蒸汽压力等于大气压力。18世纪后半叶改用高于大气压力的蒸汽。19世纪，常用的蒸汽压力提高到0.8兆帕左右。与此相适应，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体
4、中烧火。1830年左右，在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。19世纪中叶，出现了水管锅炉。二十世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉。第二次世界大战后，石油价廉，许多国家开始广泛采用燃油锅炉，目前，燃气锅炉发展迅速，在锅炉产业中占有重要地位。1.4 锅炉发展的趋势进一步提高锅炉和电站热效率；降低锅炉和电站的单位功率的设备造价；提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平；发展更多锅炉品种以适应不同的燃料；提高锅炉机组及其辅助设备的运行可靠性；减少对环境的污染。1.5 本设计锅炉简介本设计
5、锅炉为纯烧炭黑尾气余热锅炉，双锅筒纵置式全水管自然循环、卧式D形布置的燃气锅炉。采用全水管、全钢焊接结构，室内单层布置。锅炉按燃烧与换热一体化设计，设计燃料主要为碳黑尾气，锅炉四周及烟道隔烟墙由膜式水冷壁组成，密封性能好。烟气横向冲刷布置在锅炉燃尽室后的过热器管束，在过热器管束后布置的对流受热面由对流管束组成，过热器出口烟气横向冲刷其顺列的对流管管束，在锅炉本体后，布置有钢管式省煤器与空气预热器。D型锅炉的结构特点是没有构架，锅炉整体为支撑结构，支在锅炉底部的支座上，锅炉结构非常紧凑，占地面积小；同时锅炉的工地安装工作量小，分部件出厂，大件现场就位、安装快捷方便，安装周期短安装速度快；这种锅炉
6、的运行、维护也相当简单方便。本体工地筑炉后，外包波形护板，外观整洁美观。2 本设计锅炉的工作流程与技术要求2.1锅炉烟气流程炭黑尾气与由空气预热器风道来的热空气混合并着火后，在绝热燃烧室内燃烧，穿过蓄热墙进入炉膛水冷区，经水冷壁吸热后，烟气通过后部侧烟窗进入转向室，从后向前横向冲刷过热器管束、对流管束，接着烟气经烟道横向冲刷布置在本体后部的省煤器、空气预热器，最后由引风机引入烟囱排向大气。2.2 空气流程冷空气由鼓风机送入空气预热器，经加热后，通过风道进入燃烧器，与炭黑尾气一同喷入炉膛。2.3 锅炉汽水流程由除氧器来的给水，由给水母管均匀引入上锅筒，再经受热较弱的管子流入下锅筒，经过受热面加热
7、后，形成汽水混合物回到上锅筒，通过汽水分离，由主汽口经饱和蒸汽管进入过热器进口集箱均匀分配至布置在燃尽室后的过热器蛇形管束，吸收炉内高温烟气热量，过热后的蒸汽在通过过热器的出口集箱经布置在过热器出口管道中的喷水减温装置把过热蒸汽温度控制在该锅炉的额定参数范围内，再进入分汽缸供用户炭黒制品工艺与生活用汽。2.4 锅炉规范要求本锅炉额定负荷下的蒸汽压力、温度、流量等参数根据用户要求确定，热力计算数据以此作为计算依据。2.4.1 本设计锅炉容量及主要参数锅炉主要参数：额定蒸汽量 12t/h额定蒸汽压力1.25MPa额定蒸汽温度240给水温度104锅炉排烟温度低于 180锅炉设计热效率84%锅炉保证热
8、效率82%(满足设计相关条件及正常运行情况下)2.4.2 设计条件和环境条件（1）燃料：设计燃料资料如下：炭黑尾气：比重：0.98 kg/Nm3入炉温度：150 压力：10001500Pa 流量：由设计确定 低位发热值：626kcal/燃料比热：0.3 kcal/表2-1 炭黑尾气主要组份组份%数据4.60.44.215.80.83.036.235Table 2-1 The main component of carbon black exhaust(2)锅炉运行条件本锅炉按以下几种运行方式设计，并可带基本负荷参数，还可适当调峰。a.尾气燃烧+高温烟气的运行方式；b.全尾气燃烧的运行方式；c.
9、尾气燃烧+甲烷气（）辅机燃烧的运行方式；d.甲烷气（）燃烧的运行方式。 锅炉除尾气为主燃料外，需设置辅助燃料燃烧装置；辅助燃料为液化气或天然气，作为锅炉开停时或尾气供应不正常时使用，不使用辅助燃料时，应可靠关断，防止回火引发事故。2.4.3 锅炉热力特性由锅炉热力计算表提供。2.4.4 锅炉设计制作执行标准在锅炉设计、制造上采用东锅及通用标准和规范，在标准、图纸、质量记录和操作手册上均采用国际单位（SI）。 3 本设计锅炉技术特点3.1 锅炉主要性能(1) 锅炉可带基础负荷，在多种运行工况下运行，也可在较低负荷下运行。(2) 锅炉适应设计燃料。燃用设计燃料，负荷为额定蒸发量、压力、温度，锅炉保
10、证热效率82%（按低位发热值，满足设计相关条件及正常运行情况下）。(3) 锅炉通风方式采用平衡通风，炉膛保持微负压。3.2 锅炉特点(1) 根据炭黑尾气低热值易脱火的特性，本炉在炉膛前半部设置一绝热的燃烧室，周围水冷壁管子用耐火砖覆盖，并在距前墙燃烧器喷口约3米处设一蓄热墙，用以蓄积和反射尾气燃烧的热能，有利于炭黑尾气的着火和稳定燃烧，该燃烧室的设计避免了单独设置炉外燃烧室占地大，燃烧室与锅炉本体连接出口处膨胀、密封等问题，使尾气着火和燃烧始终在一个稳定的高温环境下进行。(2) 在锅炉尾部设置的省煤器、空气预热器，降低了锅炉排烟温度，提高了空气、给水的温度，热空气可使燃烧器喷出的混合气体具有较
11、高温度，更有利于着火和稳定燃烧。空气预热器钢管采用考登钢材料，大大提高了管子耐腐蚀性能，使空气预热器寿命大大延长。4 锅炉结构4.1 锅筒本锅炉为双锅筒结构，上锅筒内径1000mm，下锅筒内径900mm，两端为标准椭圆封头，上锅筒封头上设有300x400mm扳边椭圆人孔。下锅筒封头上设有280x380mm标准椭圆人孔。筒身及封头均选用锅炉压力容器专用钢料Q245R制造。给水自上锅筒中部进入锅筒，沿锅筒长度范围内设置了给水分配管，可将锅炉给水与炉水均匀混合，避免给水与温度较高的锅壁直接接触，从而降低锅筒筒壁温差和热应力，给水管与上锅筒筒体的连接采用套管式管座，以防止附近因热疲劳而产生的裂纹。锅筒
12、具有足够大的容积和蒸汽空间，设有吸污式连续排污管和定期排污管等，锅筒内部设备结构严密、固定可靠，可以确保汽水品质合格。正常水位在上锅筒中心线处，允许的波动水位相对于正常水位+50mm和-50mm。锅筒上设有压力表管座两只，其中一只用于压力控制，安全阀管座两只，主蒸汽管口一个，备用管座一只，放空管座一只，连续排污管座及给水管座、炉内加药管座、紧急放水管座、锅水再循环管座各一只，并设有两个板式水位计。4.2 锅筒内部设备在上锅筒顶部蒸汽空间设有百叶窗与均汽孔板汽水分离器，同时还设有沿锅筒长度均匀分配给水的给水分配管、喇叭形表面连续排污管。下锅筒内设有一吸污装置，出锅筒底部引出排污管接头两只。4.3
13、 燃烧室和水冷壁根据用户提供的燃料的特性，以本公司的技术为基础，结合其它燃尾气锅炉的实际运行经验，确定燃烧室的几何尺寸、炉膛容积、炉膛出口烟气温度等重要设计参数。根据炭黑尾气的着火及燃烧特性，在距前墙燃烧器喷口约3m处设一蓄热墙，将炉膛分两段，前段为绝热燃烧室，后段为燃尽室，整个炉膛采用膜式水冷壁，膜式水冷壁由51X4光管加焊扁钢组成，形成卫燃带，从而保证了炉膛具有较高的防爆能力和更佳的密封性能。在绝热燃烧室与燃尽室尾段膜式壁间距相对宽的水冷壁向火面上均焊按特别方式排布的销钉，为使其内侧浇筑耐火料更严实可靠，同时确保炉膛内燃料燃烧所需的炉温，也有利于锅炉的水循环。炉膛设置有必要的观测孔、热工测
14、试及检查人孔等。为适应炭黑尾气的燃烧特性，在炉膛后侧设置有防爆门。4.4过热器布置锅炉燃尽室后与对流管束间的过热器蛇形管从锅炉后端伸进，蛇形管采用383.5，顺列布置，过热器进出口集箱均采用21912。4.5对流管束炉膛内部有对流管束，对流管束四周为膜式结构，均由51X4，材质20/GB3087的管子与扁钢焊接而成，从而保证了对流烟道的密封完好，各段管屏与上、下锅筒现场焊接而成；对流管束为51X3.5，材质20/GB3087的光管，管子现场焊接在上下锅筒上，管子横向节距按8.83均布，纵向节距除锅筒拼缝处外均设计为130mm，横向节距设计为98mm。4.6省煤器省煤器采用钢管式省煤器，单级布置
15、在锅炉右侧前段，整个省煤器支撑在锅炉尾部钢柱上，预制的护板炉墙，有着较好的密封性，且方便省煤器蛇形管检修。蛇形管采用324，20/GB3087，顺列布置，省煤器进出口集箱均采用1597，20/GB3087，竖直放置，通过U型螺栓固定在托架上，允许竖直方向膨胀。4.7空气预热器空气预热器布置在锅炉右侧后段，为两级布置，整个空气预热器座架支撑在锅炉尾部钢柱上。预热器管采用了抗腐蚀的烤登钢制作而成。4.8 减温器减温器为喷水减温，减温器进汽口与过热器出口相接，减温后的蒸汽通过减温器出口管道接至分汽缸，供用户使用。4.9 锅炉范围内管道锅炉范围内管道包括自给水止回阀至主蒸汽出口范围内的管道阀门及测量仪表。下锅筒及集箱底部排污管上均设有串联着的阀门供排污或疏水用。为监视汽水品质，还装有汽水取样装置。 4.10 炉墙及保温整台锅炉采用硅酸铝耐火纤维毡进行保温。在组焊销钉区（炉膛燃烧室及部分燃尽室）内采用耐火混凝土浇注而成，炉墙将受热面管子全部包裹，减少水冷壁吸热，提高炉温。蓄热墙由耐火混凝土浇注而成。
