祝劍鋒

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

前 言

余熱鍋爐作為近幾年我國工業(yè)生產(chǎn)過程中比較常見的設(shè)備組成之一，是能夠?qū)⑽覈鴮嶋H工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物進行二次利用，將這些廢棄物(如廢氣、廢料等)進行燃燒后夠產(chǎn)生熱量的工業(yè)鍋爐[1]。近幾年，隨著我國工業(yè)研究者對余熱鍋爐研究的推進，越來越多的余熱鍋爐出現(xiàn)在日常的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如何通過氣化裝置的應(yīng)用對這一部分余熱鍋爐火管段進行改造就成為了現(xiàn)階段鍋爐研究者們關(guān)注的核心問題。由此，本文對我國某一綜合能源公司的工業(yè)生產(chǎn)過程中有關(guān)“氣化技術(shù)制備甲醇”項目中涉及的余熱鍋爐問題進行闡述研究，以期解決這一項目鍋爐運行過程中常見的問題同時探究這一余熱鍋爐火管段的改造方案。

1 造成企業(yè)余熱鍋爐運行故障的原因

1.1 研究背景

為了更好地對這一問題進行研究，選取我國某綜合能源公司的實際情況為例進行闡述研究。通過對該工業(yè)企業(yè)的基礎(chǔ)信息調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，就該企業(yè)作為研究目標的項目中囊括了氣化裝置4臺余熱鍋爐，該裝置自2015年出現(xiàn)了不同程度集中于余熱鍋爐管板斜上方區(qū)域的換熱管與管板接口連接以及泄露等故障問題，影響了這一設(shè)備在實際工業(yè)生產(chǎn)中的有效應(yīng)用。

1.2 造成余熱鍋運行故障的原因

通過對該公司的余熱鍋爐管板與換熱管接口問題進行普查研究發(fā)現(xiàn)，其泄露的區(qū)域大都位于管板中位置相對更高的一側(cè)[2]，所以，通過對這一問題的技術(shù)調(diào)研，認為造成這一故障的主要原因主要源自下述幾個方面：

首先，火管段管道排布的因素造成的連接以及泄露的問題。如，當火管段管道排布呈現(xiàn)出比較明顯的“非對稱”狀態(tài)時，很容易使高溫煤氣在進入管道后出現(xiàn)偏墜，影響局部換熱管出現(xiàn)溫差，從而導(dǎo)致出現(xiàn)后續(xù)的運行問題。

其次，因為設(shè)備氣壓過高引發(fā)火管段區(qū)域超溫造成形變而引發(fā)的故障問題。如，在這一余熱鍋爐實際運行過程中，因為設(shè)備中蒸汽的比容會相對比較小，繼而就會在一定程度上影響火管段中汽水混合溶液的上升速率，引發(fā)后續(xù)火管段局部溫度超標等問題。

第三，布管區(qū)域受應(yīng)力影響而造成的故障問題。這一問題也是實際余熱鍋爐運行過程中比較常見引發(fā)火管段連接故障的主要影響因素，造成這一情況的原因大都源于管板外側(cè)所需要承受的剛度更高且應(yīng)力更大原因造成的。

上述三種原因的存在都很容導(dǎo)致氣化裝置余熱鍋爐在運行過程中火管段出現(xiàn)各種各樣的質(zhì)量問題，引發(fā)后續(xù)火熱管中換熱管與管板接口之間的連接以及泄露的問題。

1.3 氣化裝置余熱鍋爐火管段改造的初期設(shè)想

在明確了造成氣化裝置余熱鍋爐火管段原因的基礎(chǔ)上，該企業(yè)便針對這一余熱鍋爐設(shè)備火管段進行了一定的改良、優(yōu)化，一方面，將原有的上、下管板改成了能夠吸收更多膨脹熱的“下沉式”管板方案，同時也在一定程度上降低了火管段管板在運行中的溫度。雖然這一模式在一定程度上獲得了改造的效果，但是，在運行了一段時間后，發(fā)現(xiàn)在這一改造模式下的余熱鍋爐仍舊存在一定程度的火管段連接、泄露問題。

2 氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造方案

通過對上述余熱鍋爐火管段運行故障原因的分析，認為在以后的余熱鍋爐應(yīng)用過程中，如果想要提升這一設(shè)備應(yīng)用的效果，優(yōu)化整體余熱鍋爐的運行條件就可以通過下述三個方案予以針對性的改造、優(yōu)化，以此實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)中這一氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造目標。

2.1 改造方案一

方案一認為對氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造，其本質(zhì)目標是為了降低火管段的實際程度，通過優(yōu)化管壁的強度、韌性同時最大程度上優(yōu)化換熱管在后續(xù)設(shè)備運行中的使用效果。由此，結(jié)合以往研究經(jīng)驗，認為可以通過將48 mm×4 mm的換熱管替換為38 mm×4 mm的換熱管，通過縮短換熱管直徑的方式降低后續(xù)設(shè)備運行過程中高溫煤氣的進氣量，以此降低管壁的問題，實現(xiàn)對氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造目標。與此同時，就這一方案中，還可以在原有火管段的改造中適量增加“內(nèi)導(dǎo)流套筒”，以此實現(xiàn)對氣化裝置余熱鍋爐火管段的進一步優(yōu)化。

2.2 改造方案二

在對氣化裝置余熱鍋爐火管段進行換管改造的基礎(chǔ)上，選擇在已經(jīng)完成換管改造的第2/3號設(shè)備在換管操作的基礎(chǔ)上適量地提升設(shè)備管板底部區(qū)域汽水混合物的流動速率，以此通過這一方案的應(yīng)用能夠在一定程度上減少管板頂部蒸汽的淤積，降低管板的問題。與此同時，在這一改造方案中，在上述改造的基礎(chǔ)上在管板上部區(qū)域設(shè)計了一個“內(nèi)導(dǎo)流包殼”，希望通過這一設(shè)備的應(yīng)用能夠在一定程度上提升火管段中汽水混合物循環(huán)的阻力，實現(xiàn)預(yù)期對氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造目標。

2.3 改造方案三

在上述基礎(chǔ)改造方案的基礎(chǔ)上，近幾年越來越多的技術(shù)人員希望應(yīng)用新的“蒸發(fā)裝置”來代替原有的火管段，就新的蒸發(fā)裝置來說，這一裝置能夠最大程度地降低設(shè)備運行過程中可能產(chǎn)生的破壞性應(yīng)力，從而幫助實現(xiàn)這一設(shè)備的良好運行。

2.4 改造方案的效果分析

通過對實際工業(yè)生產(chǎn)中上述三種改造方案的設(shè)計和實踐，經(jīng)由90 d的試運行后，可以發(fā)現(xiàn)其方案改造效果如下：

方案一的應(yīng)用效果在應(yīng)用的初期階段能夠在一定程度上實現(xiàn)這一改造方案的應(yīng)用目標，但是，隨著時間的推移，自87 d之后技術(shù)人員在換熱管與管板的銜接處上管板中發(fā)現(xiàn)了均勻分布的裂紋，下管板中雖然沒有肉眼可及的裂縫，但是，其中存在3處比較明顯的“沙眼”，同時伴隨部分管道堵塞的問題。

分別對方案一、二、三在實際氣化裝置余熱鍋爐火管段改造中的應(yīng)用效果計算可以發(fā)現(xiàn)，其計算結(jié)果如表1所示。

表1 不同改造方案背景下氣化裝置余熱鍋爐火管段的運行參數(shù)

3 結(jié)語

綜上所述，通過上述有關(guān)氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造研究可以發(fā)現(xiàn)，在以后的氣化裝置余熱鍋爐火管段改造過程中，如果無法針對原有設(shè)備中火管段中蒸發(fā)區(qū)域的斷面進行明顯的優(yōu)化就很難實現(xiàn)預(yù)期的設(shè)備改造目標，所以，在以后的氣化裝置余熱鍋爐火管段改造過程中，技術(shù)人員應(yīng)延續(xù)上述三個方面進行更加深入的研究，從而對實際設(shè)備運行中更多可能影響設(shè)備改造的因素進行評估、驗證，以此確保后續(xù)氣化裝置余熱鍋爐火管段改造的效果。