一体化废热锅炉结构设计探讨.docx

第41卷第6期化工机械749一体化废热锅炉结构设计探讨*李云福＊＊ 陶昌勤李腾蛟( 合肥通用机械研究院)摘 要介绍了硫回收单元工艺流程及高温段和低温段相关参数及工艺计算结果，主要针对废热锅炉结构设计进行了深入的探讨，并介绍了设计新颖运行可靠的一体化废热锅炉结构。关键词 废热锅炉 换热管布管 结构设计 工艺参数 硫回收中图分类号TQ051.5文献标识码A文章编号0254-6094(2014)06-0749-05焦化厂煤气净化生产线硫回收单元是针对克劳斯炉产生的高温过程气实施的余热和硫磺资源回收系统，由于高温过程气不仅含有大量可回收利用的余热，同时含有大量对环境有害的高浓度S、SO2 、H2S 等有害气体，因此从能源的高效利用以及为保护环境使最终排放的过程气尾气达到环保要求出发，煤气净化不仅须从高温过程气中回收余热还应从过程气中使有害的硫及硫化物实施有效的转化并对硫磺资源进行回收。包含硫磺捕集器的废热锅炉是煤气净化生产线硫回收单元的关键设备，由于工艺要求回收过程必须分成高温段和低温段二次进行，因此一般回收单元必须设置二套废热锅炉，但必威体育精装版净化工艺要求采用一体化废热锅炉替代二套废热锅炉，以使回收单元的设备一次性投资降低并减少设备的占地。笔者对必威体育精装版煤气净化系统工艺特点及废热锅炉结构进行了深入探讨和研究，采用了在汽包中增设低温段蒸发器的创新型结构，使硫回收单元二套废热锅炉实现了一体化设计，并使过程气尾气排放完全满足环保要求。1 煤气净化硫回收单元净化克劳斯炉产生的高温过程气中含有的高浓度S、SO2、H2S等有毒有害气体，使过程气尾气达到环保排放标准，并回收硫磺资源和生产有用的蒸汽资源，以获得显著的社会效益和经济效益。图1为传统过程气余热及硫回收工艺流程简图。为使尾气排放达到环保要求，工艺流程必须进行二次硫和硫化物转化及二次硫磺资源的捕集，由于传统废热锅炉的结构原因，必须在硫反应器前后分别设置两套废热锅炉才能实现高温段和低温段各自余热及硫磺的回收。通常硫磺捕集器设置在废热锅炉本体出口管箱内，冷却后的过程气流经硫磺捕集器使液态硫磺得以分离并经硫封槽冷却后排出并收集，生产的蒸汽可直接进入管网，经冷却和去除硫磺达环保要求的过程气尾气可直接排放。废热锅炉主要技术参数为(高温段/低温段):过程气流量3932/3627kg/h入口密度0．27/0．74g/m3入口温度1285/244℃出口温度158/135℃入口比热1．431/1．249kJ/(kg·℃) 入口导热系数0．1132/0．0434W/(m·℃) 出口比热1．220/1．268kJ/(kg·℃) 出口导热系数0．0342/0．0351W/(m·℃) 入口粘度53/24μPa·s硫产量560/262kg/h蒸汽产量2985/258kg/h蒸汽压力1．3/1．3MPa过程气允许流动阻力2/2kPa＊ 科研院所技术开发研究专项资金项目( 2008EG119152) 和安徽省科技攻关计划项目( 08010202127) 。＊＊ 李云福，男，1963 年2月生，教授级高级工程师。安徽省合肥市，230088。750化工机械2014年图1传统过程气余热及硫回收工艺流程简图根据以上工艺参数，在确定选用GB3087中的20#换热管、换热管尺寸32mm、正三角形布管的前提下，废热锅炉的传热计算结果为［1］:高温段蒸发管束总传热量1815．32kW传热温差317．38℃总传热系数33．20W/(m2·℃) 计算传热面积172．3m2设计面积179．7m2低温段蒸发管束总传热量156．46kW传热温差44．50℃总传热系数42．87W/(m2·℃) 计算传热面积82．1m2设计面积88．6m22硫回收单元传统废热锅炉结构传统废热锅炉总体结构如图2 所示，汽包与废热锅炉本体之间通过上升管和下降管连接，运行时利用汽水密度差及汽包的高位实现自然循环，使系统安全、可靠、平稳地运行。由图1可知，系统中含有高温段和低温段各一套废热锅炉，硫磺捕集器均设置在废热锅炉本体出口管箱内，冷却后的过程气流经硫磺捕集器使液态硫磺得以分离并经硫封槽冷却并收集。而高温段和低温段废热锅炉总体结构差别仅仅是，高温段废热锅炉由于工艺的要求，需要严格控制过程气出口温度，因此在结构上设置了内旁通管用于出口过程气气温调节。另外，由于高温段废热锅炉过程气入口温度高达近1300℃，为避免管板温度过高及防止管板与换热管接头失效必须设置安装刚玉管防护结构并在管板表面敷设耐热混凝土，因此换热管布管间距较大。而低温段废热锅炉过程气入口温度低于 300℃ ，也没有严格要求控制过程气出口温度，因此既不需设置过程气出口温度调节器又不必设置管板与换热管接头防护结构，换热管布管间距相对也较小。图2