剩热锅炉体系气化回环进展的探讨

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1、1概述　　吐哈油田甲醇厂装置2006年10月投产，生产规模为240kt/a甲醇。该厂甲醇装置中设置有废热锅炉，主要设备包括锅炉本体和汽包，它利用从一、二转化炉出来工艺气的余热产生蒸汽，作为供热、供气和动力的辅助能源，以提高热能的利用率，降低燃料消耗指标，降低电耗，获取经济效益。这就是人们常说的“废热回收”，把用这种热量产生蒸汽的设备称为“废热锅炉”。　　2汽水循环基本原理　　吐哈甲醇厂废热锅炉的汽水流动属自然循环，它依靠水与汽水混合物的密度差而循环流动，原则上说两者密度差越大，循环流动的状态越好。　　该废热锅炉系统的锅炉本体为单管插入式，即刺刀式见1

2、.　　来自汽包下降管的水从锅炉上部进入水箱，分配给内套管，水从内套管底端流出转折向上进入外套管。废热锅炉投入生产前，系统内的水为冷态静止不动的，此时内外套管的压力相等（同一个汽包液面），处于平衡状态。锅炉投入生产后，来自转化炉的高温工艺气从下部进入锅炉壳程与外套管内的水并流向上进行热交换，使水被加热沸腾汽化产生蒸汽，成为水汽混合物，由于蒸汽密度比水小，所以汽水混合物密度比水小，在内、外套管之间产生压力差。由于内套管侧压力较高，内套管内的水开始向压力较低的外套管推动。随着外套管不断吸热，使水继续汽化成为汽水混合物，其密度一直处于较小的状态，所以内套管的

3、水不断向外套管流动，再自下而上从外套管的上部端口流出，进入汽水箱，经上升管入位于锅炉上部的汽包进行汽水分离。蒸汽从汽包上部出口至外部蒸汽管网，分离出的水和新鲜补给水从下降管上端入口流入水箱，水汽不断周而复始地流动形成自然循环。　　3满负荷运行计算　　采用国内水利计算标准按试算法计算（试算两点）。　　现场回路结构见2.回路中没有提升高度，汽水进汽包也无分离装置，计算时这两项阻力略去不计。　　（1）满负荷运行基本参数：①汽包压力316×106Pa（G）；②蒸汽产量35000kg/h；③下降管根数n=1；④上升管根数n=5.　　（2）查物性表得参数：①饱和

4、蒸汽的重度γ″=177N/m3；②饱和水的重度γ′=7910N/m3。　　31取循环倍率K=10　　311下降管阻力Δpx包括沿程阻力Δpy和局部阻力Δpj。沿程阻力分段计算如下。　　（1）下降管（Ⅰ）直径d1=01326m，n=1根，长L1=2113m，沿程阻力为：　　Δpy1=（λ1L1/d1）×（u21γ′/2g）　　式中，λ1为阻力系数；钢管粗糙度ε=011mm.　　单管循环水量为：G1′=35000×918/1=350000N/h循环流速为：u1=G1′K/（3600F1γ′）=3500000/（3600×013262×7910π/4）=1

5、147m/s相对粗糙度为：d1/ε=01326×1000/011=3260查Re-λ-d/ε关系图得：λ1=010147沿程阻力为：Δpy1=010147×（2113/01326）×1472×（7910/2g）=83716Pa　　（2）下降管（Ⅱ）直径d2=010218m，n=270根，长L1（平均）=716m，沿程阻力为：Δpy2=（λ2L2/d2）×（u2γ′/2g）式中，λ2为阻力系数；钢管粗糙度ε=011mm.　　循环流速为：u2=G1′K/（3600F2γ′）=350000×10/（270×3600×0102182×7910π/4）=112

6、2m/s相对粗糙度为：d2/ε=010218×1000/011=218查Re-λ-d/ε关系图得：λ2=0103沿程阻力为：Δpy2=0103×（716/010218）×1222×（7910/2g）=628213Pa（3）Ⅰ段下降管内局部阻力为：Δpj1=（ζ1+ζ2）×（u21γ′/2g）式中，ζ1为阻力系数，查汽包接管口形式阻力系数表，得汽包进下降管ζ1=015；ζ2为下降管进入集水箱的阻力系数，面积扩大，集水箱内径D为1138m，则：F1/FD=d12/D2=013262/11382=01057查管口扩大局部阻力系数表，得汽包进下降管：　　ζ2

7、=01892则Ⅰ段下降管内局部阻力为：Δpj1=（01892+015）×（11472×7910/2g）=121214Pa（4）Ⅱ段下降管内局部阻力为：Δpj2=（ζ3+ζ4）×（u2γ′/2g）对管进口：F2/FD=d2/D2=0102182/11382=0100025查管口缩小局部阻力系数表得：ζ3=015对管进口：F2/F3=d2/d32=0102182/010442=01245查管口扩大局部阻力系数表得：ζ4=0157则Ⅱ段下降管内局部阻力为：Δpj2=（015+0157）×（11222×7910/2g）=642Pa弯头阻力附加112倍，下降管

8、全部阻力为：Δpx1=112×（83716+628213+642+121214）=1076912Pa　　31