碱回收锅炉优化改良与探讨Word下载.docx
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目前我国在运行的碱回收锅炉近300台,但很大一部份碱炉设备陈腐,性能较差,亟待改良和优化升级。
在碱回收锅炉设计中,受热面结构布置和燃烧成效是阻碍锅炉性能的两个重要方面。
受热面结构在设计完成后就已经固定下来,运行进程中无法调剂。
燃烧成效要紧靠入炉黑液和供风来进行调剂,它对锅炉整体性能阻碍专门大,包括燃烧效率、蒸发量、污染物排放量、芒硝还原率等[3]。
能够将受热面结构和燃烧称为锅炉的硬件和软件,在锅炉优化改良中应以调整燃烧为主,并适当对受热面进行调整,如此能够起到改动小,成效好,投资少,回报高的作用。
数值仿真技术(CFD)在碱回收锅炉上的应用开始于上世纪80年代末,此刻已经比较成熟[4]。
利用CFD模拟碱炉燃烧空气动力场,能够弥补传统冷态空气动力场实验的不足,对碱炉配风设计提供重要的参考依据。
武汉特种锅炉成套设备工程有限公司(简称武汉特锅)在对多家造纸企业的碱回收锅炉优化改良中均遵循上述原那么,以期为用户制造更大效益。
本文所述云南云景林纸股分(简称云景林纸)日处置固形物量250吨碱回收锅炉(2#碱回收炉),系该公司2003年技改时从其它设备厂家购进,自投运行以来,就问题不断,后于2020年委托武汉特锅对该炉进行改良,并于年末投产至今已有8个多月,期间通过两边的一起尽力,目前2#碱回收锅炉各项运行指标优良,完全达到了优化改良目标。
本文以此炉优化改良的实例,介绍碱回收锅炉优化改良的一样原那么和方式。
12#碱回收锅炉概况
于2003年投产,原设计参数如下:
处置固形物量:
250tds/d
产汽量:
35t/h
蒸汽参数:
,450℃
排烟温度:
180℃
黑夜浓度:
65%
实际运行中固形物处置量最大280tds/d,产气量约30t/h,持续运行周期在1~2个月。
改良后要求:
在不改变炉膛断面和高度的情形下达到如下参数:
固形物量:
350~380tds/d
<
200℃
60%
2存在问题
燃烧系统
配风不合理:
一次风紊乱,造成垫层不稳;
二次风在炉膛中心交汇,形成沟流,烟气携带量大。
三次风直接对冲,加重了空气动力场的恶化(详见仿真模拟分析)。
2.1.2黑液喷枪布置不合理:
左右墙各一支,前墙两支,共四支,此布置方式造成炉膛断面内黑液散布不均匀,干燥不充分。
过热器
2.2.1过热器支吊方式和主蒸汽管布置不合理,造成过热器集箱管接头和弯管处多次开裂。
2.2.2低温过热器设置数量过量,片间距过小,造成积灰严峻。
2.2.3采纳传统的自冷凝喷水减温无法适应运行进程中负荷波动的需要。
2.3吹灰系统
2.3.1吹灰枪布置:
吹灰枪布置不合理,过热器区域存在吹灰死角,运行进程中碱灰不断堆积,堵塞烟道或大块碱灰下落,砸坏布置在炉内的蒸发受热面。
2.3.2吹灰蒸汽来源:
吹灰蒸汽取自高温过热器出口蒸汽,通过减温减压后用于吹扫,造成能源浪费。
3、数值模拟分析
武汉特锅将改造前后的碱炉运行状况做了数值仿真计算,改造前运行工况为case1,改造后为case2。
要紧从以下几个方面进行比较分析:
—空气射流
—温度场
—速度场
—机械携带
空气射流
图1流场和空气射流
从以上图中中能够明显看出,case1有如下问题:
1.一次风紊乱,易造成垫层不稳;
2.二次风在炉膛中心交汇,形成沟流;
3.三次风直接对冲,加重了空气动力场的恶化;
4.整个炉膛的烟气充满度不行;
5.过热器区域流场不行,鼻拱上部有专门大区域烟气没有冲洗到。
在优化改良后的case2中,一次风区域空气流动平稳,二次风区域空气混合充分,没有形成沟流,三次风的穿透力明显提高。
这些较case1都有相当大程度的改良进。
温度场散布
图2温度场散布
从上图中能够看出,case1由于配风不合理致使炉膛高温区上移,造成过热器区域烟气温度太高,阻碍过热器的平安,而且在炉膛中心形成狭长的高温带,无益于黑液的干燥和炉膛传热,很难提高燃烧负荷。
case2中高温区在炉膛下部,而且温度散布均匀,有利于黑液干燥和燃烧,而且有利于提高垫层区域的芒硝还原率。
速度场散布
图5速度场散布
Case1图中炉膛内部垂直方向速度散布很不均匀,炉膛中心烟气速度太高。
case2图中整个速度流场比较均匀,而且流速比case1低很多,延长了可燃物在炉内的停留时刻,提高了燃烧效率,降低了污染物(CO,CH4,H2S等)的排放。
机械携带
图3黑液流动及机械携带
在case1中在三次风上部仍然有较高浓度的熔物,造成机械携带增加。
炉膛出口处部份区域机械携带量乃至高达10g/m2/s以上,这会加重尾部受热面的积灰程度。
Case2中三次风上方熔物的量明显降低,而且机械携带也明显降低,专门是在炉膛出口处,机械携带量已经降低到0.1g/m2/s,有利于降低对流受热面的积灰,延长碱回收锅炉的运行周期。
4、改良方法
配风调整
依照仿真模拟分析结论2#碱回收锅炉优化改良从燃烧配风、改善空气动力场入手,以期提高燃烧负荷和燃烧效率。
要紧内容包括一、二、三次风改造和黑液喷枪改造。
4.1.1一次风改造
一次风改成周围均布,同一高度,如此有利于垫层稳固。
一次风的要紧作用:
维持垫层稳固,将黑液干燥裂解后的焦炭烧掉,并保证较高的芒硝还原率。
在这次改造中充分考虑了这三点作用。
4.1.2二次风改造
二次风改成前后墙大风口布置,有利于黑液和空气的充分混合,幸免形成沟流,炉内烟气充满度好,炉内热误差小,有利于传热,并能操纵垫层形状和高度。
4.1.3三次风改造
在新设计中三次风风口较少,采纳前后墙布置,增加了空气射流速度,有效的屏蔽下部上升烟气携带的碱灰,减少过热器和尾部受热面的积灰。
黑液喷枪改造
黑液喷枪改成同一标高,每面墙各一支,如此能够使喷洒黑液在炉膛断面内散布更为均匀,干燥更充分。
吹灰枪
4.3.1调整吹灰枪位置和增加数量
按既往的运行情形看,过热器和凝渣管为碱炉积灰最为严峻的区域,在这两个部位要保证没有吹灰盲区。
图4为改良后吹灰系统的布置图,新增吹灰器5台,调整位置4台。
从图中能够看出改良后吹灰枪布置更为合理,在其~1.5m的吹灰半径内,已没有盲区,可保证过热器和凝渣管都能够被吹灰蒸汽吹扫到,可有效的减轻此区域的积灰,延长运行周期。
图4过热器区域吹灰布置
4.3.2吹灰蒸汽取点调整
新设计的吹灰蒸汽取自低温过热器出口集箱,只需通过减压后即可用于吹扫炉内积灰,系统简单,能源损失少。
4.4.1改变过热器支吊方式
武汉特锅在过热器的支吊结构上做了改良,如图5所示。
改良前过热器管制全数吊在集箱上,如此限制了过热器管接头的膨胀,造成热应力过大,较长时刻运行后就会产生疲劳破坏。
改良后用吊杆直接悬挂,如此过热器集箱自由膨胀,可不能产生热应力,。
改良前改良后
图5过热器支吊方式
4.4.2调整低温过热器间隙
另外改良前低温过热器每片间距为240mm,那个间距易造成此区域积灰严峻。
改良后改成320mm的片间距,片数由原先的19片改成14片,烟气流通面积取得相应增加,减轻了此处积灰程度。
低温过热器管子由原先的Ф38×
4改成Ф42×
4,高温过热器由三管圈改成四管圈,增加了蒸汽的流通面积,减少了过热器的阻力损失。
4.4.3取消自冷凝喷水减温,改成给水喷水减温
由于碱回收锅炉负荷波动较大,传统的自冷凝喷水减温方式很难适应这种波动转变,造成过热蒸汽温度调剂困难,阻碍供汽品质。
此次改良中改成工艺冷凝水喷水减温,单独设立一套系统,减温水量可依照过热蒸汽温度要求进行快速调剂。
52#碱回收锅炉优化改良后运行结果分析
2#碱回收锅炉优化改良投运后,已经有半年时刻,期间对2#碱炉改良前后运行数据进行了全面分析,要紧包括黑液固形物处置量、产汽量、排烟温度、绿液澄清度,如表1所示。
表12#碱炉改良前后性能参数对照
项目参数
单位
燃料类别
松木浆黑液
桉木浆黑液
黑液固形物量
tds/d
改进前
287~307
281~325
改进后
348~369
368~411
对比
60
90
蒸发量
t/h
30~31
30~32
42~44
12
排烟温度
℃
150~170
无明显变化
绿液澄清度
mg/L
1075
556
510
402
565
154
从表1中能够看出,改良后碱炉黑液固形物处置量和蒸发量均有较大幅度的提高,而且排烟温度没有明显转变,说明整个碱炉的燃烧状况取得了有效的改善,而且降低了尾部受热面的积灰程度,提高了受热面的有效换热系数。
改良后绿液品质取得提高,绿液澄清度较改良前有较大改善,这对绿液苛化是超级有利的。
这说明改良后良好的空气动力场,使垫层燃烧稳固充分,进入溶解槽的熔融物中含有可燃质大幅降低。
另外改良后碱炉持续运行周期大于4个月,芒硝还原率大于96%,比改良前均有较大提高。
从以上分析能够看出通过这次优化改良,云景林纸2#碱炉性能取得全面提高,为长期平平稳固生产打下了坚实的基础。
6结论
云景林纸2#碱回收锅炉系统的优化改良的成功,不仅为用户制造了效益,同时也为武汉特锅公司在以后此类锅炉的改造提供了超级重要的参考。
在前文分析和讨论的基础上能够得出如下结论:
1)传统的二次风布置是不可取的。
这种配风布置会在炉膛中心形成沟流,造成燃烧效率低和很高的机械携带。
2)新的二次风布置,风口射流有足够空间,能够增强射流的刚性和穿透性,气流混合充分,燃烧效率高、机械携带少。
3)新布置的三次风系统,可使空气与未燃尽气体加倍充分混合,减少污染物排放,提高燃烧效率。
4)吹灰器的布置原那么很重要,要与各个受热面的积灰程度相一致。
5)过热器的支吊方式要考虑热膨胀问题,以避免造成过热器管子疲劳破坏。
参考文献:
[1]JobanGullicbsen,Carl-JobanPulping[M].FapetOy,2000,B95-B99.
[2]Esaofrecoveryboilertechnology[R].JaakkoPö
yryOy,Vantaa,Finland.2003.
[3],et..BLACKLIQUORCOMBUSTION-VALIDATEDRECOVERYBOILERMODELINGCAPABILITY[D].Atlanta,GA,1991,1-4.
[4]袁建伟.碱回收锅炉的运算机模拟及在燃烧系统设计上的应用[J].中国造纸,2020,
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