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燃轻油蒸汽锅炉房的设计
作者:吴蕾    来源:    发布日期:2009/3/11

燃轻油蒸汽锅炉房的设计

吴蕾

1前言

燃油锅炉运行自动化程度高,烟气含尘量、含硫量小,对环境污染少,和燃煤锅炉相比,由于无需上煤、出渣和除尘装置以及煤、渣场,锅炉房占地面积小,同时其燃料可用管道输送,故使得锅炉房位置的设置较为灵活,在采取有效的安全措施后,可设置在多、高层的地下层、地上一层、楼层中和屋顶。在人口密集、土地紧张的地方,燃油锅炉得到广泛采用。

燃料油一般是指渣油、重油和轻油等,是通过提炼石油而得到的,是由碳、氢、氧、氮、硫等元素所组成的。碳、氢是主要的可燃元素,硫以有机硫化物的形态存在,影响设备的使用寿命,燃烧成氧化硫气体危害人体健康,生成硫酸对金属有腐蚀作用,故硫是有害成分。轻油由各种石油的直馏柴油馏分、催化柴油馏分或混有热裂化柴油馏分等所制成。根据国家标准,将轻柴油以凝固点分为100-10-20-35-50等六个牌号,目前锅炉常用的燃料为0号轻柴油。表1为轻柴油各牌号的主要质量指标。

由表2中看出,轻柴油的含硫量较小,对环境的污染也小。它粘度小,流动性好,在运输和雾化过程中,一般不需加热。作为锅炉燃料时,可用直接点火的方式启动点火。但轻柴油容易挥发,火灾的危险性大。

2燃油锅炉

宾馆、商办楼、生产厂房等单体锅炉房的热负荷较区域性锅炉房小,而且绝大多数锅炉房产生的蒸汽是供采暖、空调、生活热水、开水炉、游泳池、洗衣房、厨房等使用,于是燃油锅炉以火管蒸汽锅炉为多,在此就着重介绍火管蒸汽锅炉的情况。

a.按照炉胆后部的结构形式,卧式火管锅炉可分为干背和湿背两种。干背锅炉是指炉胆后部是由耐火砖组成一个烟气折返空间。

湿背锅炉是指炉胆后部是由浸在炉水中的夹套组成一个烟气折返空间。

干背锅炉结构简单、制作方便、成本较低、价格相对亦较便宜。打开锅炉前后端盖后,可以直接接近炉胆和所有烟管进行检查和维护。但干背锅炉的后管板直接受到高温烟气的冲刷,水侧与火侧的温差较大,工作条件较差。后部砖衬在高温烟气的冲刷下,每隔一段时间需要更换,与湿背锅炉相比较,干背锅炉后部的散热损失也相应较大。在目前进入中国市场的进口锅炉中,有美国Cleaver-Brooks锅炉厂生产的卧式干背火管锅炉。

湿背锅炉后部烟气回程之间无需采用砖墙来隔离,所以不存在砖衬更换,重新涂耐火泥等问题。而且湿背锅炉的后管板不受高温烟气的直接冲刷,工作条件有所改善。另外湿背锅炉的后部的散热损失也较小。但湿背锅炉结构复杂,制造成本高,锅炉后部检查与维修较困难。湿背锅炉的品牌很多,美国Johnson锅炉制造厂生产的为卧式湿背火管锅炉。

b.按照炉胆的形式,分为直炉胆、波纹胆和段波胆,段波胆是直炉胆中间加波形膨胀环的炉胆。炉胆做成波纹状可减少受热膨胀后产生的热应力,也可增加炉胆的刚度,提高炉胆承受外力的能力,受热面积也会有所增加,相应,其制造工艺要求高,成本增加。英国考克兰锅炉厂生产的小酋长型锅炉直炉胆,热马型锅炉为段波胆,德国标准锅炉厂生产的标准牌锅炉为波纹胆。当然,锅炉厂生产的锅炉炉胆形式不是单一的,在设计选型中,特别是在商务谈判中,应尤其注意炉胆的形式。

c.按照锅炉的炉胆的布置可分为对称型和不对称型。所谓对称型是指炉胆布置在锅壳对称中心线上,不对称型是指炉胆偏心布置。大多数燃油锅炉是对称型,而德国LOOS锅炉制造厂生产的劳斯(LOOS)锅炉、德国标准锅炉厂生产的标准牌锅炉均为不对称型锅炉。

d.燃油火管锅炉亦有卧式锅炉和立式锅炉之分。一般,卧式锅炉的蒸发量较大,目前锅炉市场上的生产厂家很多;立式锅炉的蒸发量较小,例如,美国富顿(Fulton)锅炉厂生产的富顿(Fulton)锅炉为立式火管锅炉,其标准规格为631565kg/h

e.根据火管锅炉的烟气回程数可分为二回程、三回程和四回程的锅炉。

除了火管、水管锅炉以外,还有一种直流锅炉,即靠给水泵的压力,炉水在受热面一次通过产生蒸汽的锅炉。直流锅炉的工况不稳定,没有固定的汽水分界线,它对锅炉控制的技术要求高,对锅炉的给水品质的要求亦高。由于该锅炉的汽空间小,安全性较高。美国克雷顿(Clayton)工业公司生产的美国克雷顿(Clayton)锅炉为立式盘管型直流锅炉,其规格范围为2589389kg/h

3燃油锅炉的燃烧器

3.1燃烧器

为使燃料燃烧良好,有效地利用热量,必须提高油的雾化质量和加强油雾与空气充分混合,这主要借助于燃烧器来实现。

燃烧器是燃油锅炉的重要辅助设备,它由油嘴(雾化器)和调风装置两部分构成。

按雾化方式,燃油炉的油嘴可分为:

目前油锅炉大多数采用离心式油嘴和空气雾化油嘴,也有少数用蒸汽雾化油嘴和转杯式油嘴。在此就常用油嘴的特性作一比较,见表3

离心式油嘴转杯式油嘴蒸汽雾化油嘴空气雾化油嘴雾化原理高压燃油通过切向槽和旋流室时产生强烈旋转,再经喷孔喷出,因离心力的作用而雾化。燃油随高速旋转的转杯旋转,在离心力作用下雾化。燃油在高速蒸汽的冲击下雾化。燃油在压缩空气的喷射作用下雾化。雾化细度油粒直径为20250

μm,粗细不均,低负荷时油粒变粗。油粒直径为100200 μm,粗细均匀,低负荷时油粒变细。油粒直径小于100

μm,细而均匀,低负荷时油粒变化不大。油粒直径小于100

μm,细而均匀,低负荷时油粒变化不大。适用油种可燃用各种油。燃料油粘度为24°E可燃用各种油。燃料油粘度为26°E可燃用各种油。燃料油粘度为810°E不宜燃用残渣油。燃料油粘度的为5°E燃烧特性火炬形状随负荷变化,火焰短粗。火炬形状不随负荷变化,易于控制,油和空气混合良好。火炬形状易控制,火焰较长。火炬形状易控制,火焰较短。燃油压力需高压油泵,油压要稳定。不用油泵或用低压油泵。不用油泵或用低压油泵。不用油泵或用低压油泵。油嘴结构雾化片制造维修要求高,喷孔容易堵塞,运行时噪声较小。旋转部件制造要求高,杯口不会堵塞,运行时有轻微响声。结构简单,无堵塞现象,运行时噪声很大。结构简单,无堵塞现象,运行时有噪声。设备投资及维修费用较大大最小较小雾化能耗最小较小很大较小油锅炉采用的调风装置基本上分为旋流式和平流式。

3.2点火系统

燃油锅炉的点火介质常见的有燃气(煤气或液化石油气)和燃油两种。

对于燃气点火系统,在燃气管道上要装设一个燃气压力调节器、一个或两个点火电磁阀,出口处有的还装有一个低燃气压力保护装置,防止气压过低时点火。在燃气点火喷嘴前部装有一个点火电极,点火电压一般为6000V。上海工业锅炉厂与美国Comsai公司合作生产的CS锅炉配置的是液化气点火系统。

在燃油点火系统管道上装设一个或两个电磁阀,没有压力调节阀,而有一个可利用的主燃油调节器,并通过节流孔限制点火燃油量,通常点火燃油量为9L/h。大部分锅炉均采用此种点火系统。

4燃油锅炉的监测和控制

由于燃油的特点,燃油锅炉与燃煤锅炉相比,增加了许多监测和联锁的装置,以便在出现不正常运行工况时,能及时报警和自动切断锅炉运行或禁止锅炉再投入运行,确保锅炉的安全。

增加的热工监测仪表有:蒸汽雾化燃烧器前的蒸汽压力的指示,空气雾化燃烧器前的空气压力的指示,燃烧器前燃油压力的指示,燃油量的指示和积算等。

增加的热工控制装置有:燃烧过程自动调节装置,鼓风机故障时燃料供应的自动切断,燃油点火程序控制和熄火保护装置,燃油超低压时燃油供应的自动切断,烟气自动调节阀或烟气自动切断阀与锅炉联锁等。

另外锅炉房增加的监测仪表有:燃油锅炉的风机故障停运报警,燃油锅炉的熄火报警,日用油箱和贮油罐的液位显示,日用油箱和贮油罐液位过低和过高报警,油泵间、日用油箱间的可燃气体浓度报警装置,油泵出口压力等。

1是德国劳斯(LOOS)蒸汽燃油(轻油)锅炉的自动控制系统示意图,可以较为详细说明锅炉各控制、报警系统的动作情况。

5燃料的贮存及输送

燃料系统对锅炉的正常运行是至关重要的,其主要任务是将燃料连续不断地供至炉前,保证燃烧器能安全经济的燃烧。

燃料供应系统通常包括贮油罐、日用油箱、过滤器、油泵、供油管、回油管及其附件等,现对燃油的供应系统、主要设备及管道的敷设作一个简单介绍。

5.1燃油供应系统

通常,燃料是由燃料公司用油槽车运送。为便于卸油,贮油罐多设于地下,日用油箱为高位布置,利用重力原理,将燃油送至燃烧器。独立地面锅炉房燃料供应系统(轻油点火系统)为:

地下层锅炉房的燃料供应系统(轻油点火系统)为:

5.2主要设备

5.2.1贮油罐

贮油罐的种类,按其结构形式,有立式和卧式之分。其安装位置,有地上、半地下和全地下三种。

选择贮油罐容量应根据燃油的运输方式和供油周期等因素确定。若为汽车油槽车运输,为510天的锅炉房最大计算耗油量;若为油管输送,为35天的锅炉房最大计算耗油量。为便于贮存、计量、检修的清洗,贮油罐一般至少有二个。其装油系数一般取0.85

5.2.2日用油箱

日用油箱是用来存放来自贮油罐的燃油。

日用油箱的容量以35小时的锅炉房计算耗油量为宜,考虑到消防要求,柴油日用油箱的容积不能超过1m3。若遇大容量锅炉,耗油量很大,日用油箱仅为1m3将造成供油泵的频繁启动。此时可与消防部门协商,适当增加日用油箱的容积。

日用油箱的设置高度应根据锅炉燃烧器的类别而定,最好以锅炉生产厂家提供的数据为准。例如,转杯式燃烧器是依靠重力将燃油送到燃烧器附属的油泵,日用油箱的出油管应比油泵进油管至少高出9001800mm以上。

5.2.3输油泵

根据泵的结构分为离心泵、蒸汽往复泵、齿轮泵、叶片泵、螺杆泵;根据泵的用途不同,可分为卸油泵和供油泵两种。一般采用离心泵、蒸汽往复泵作为卸油泵,小型锅炉供油泵采用齿轮泵、叶片泵、螺杆泵,大型锅炉供油泵可采用离心泵。

供油泵的台数不应小于二台,其中一台备用。供油泵的流量不应小于锅炉房小时最大计算耗油量的110%112%,其扬程不应小于供油系统的油位差、供油管道系统中的压力损失之和的110%120%,有时还需考虑供油泵的吸上高度能否满足系统的要求。

在输油泵的进口母管上应设过滤器二组,一组备用。

5.3输油管道

输油管道的设计、安装、管理等大部分与热力管道相同,现就其特殊之处介绍如下:

5.3.1管道的设计

输油管应为无缝钢管,焊接连接,氩弧焊打底。输油管宜地面敷设,当采用地沟敷设时,油泵间至贮油罐之间的地沟应有防止油品流散和火灾蔓延的隔绝措施,地沟在建筑物与外墙的连接处应填沙或用耐火材料隔断。输油管严禁穿过防火墙。带有阻火器的放散管,其放散高度距地面不小于4m,放散口附近不应有进风口。

对于轻油,由于其粘度较低,油管道内的流速可为:油泵吸入管段为0.81.5m/s;油泵出口管道为10.25m/s;回油管道不少于0.7m/s

5.3.2管道的防静电

贮油罐、燃油管道系统均需有二点以上的接地,接地电阻不大于10Ω;

油管道的法兰应用导线跨接,其电阻值应不大于0.03Ω;

贮油罐、日用油箱的进油管向下伸入容器内,至离容器底200500mm时,再向上弯,转弯半径不应小于进油管的2倍,这样可以减少燃油的冲击力,防止静电产生。

5.3.3管道的避雷

对于埋地覆土0.5m以上的贮油罐,可不设置防雷设施,但其放散管应作局部防雷处理。

5.3.4管道的防腐

对于直埋油管,涂二道防锈漆后,作二油一布的环氧煤沥青处理;

对于直埋贮油罐,涂二道防锈漆后,作五油四布的环氧煤沥青处理。

6锅炉房的设计

6.1建筑

根据火灾危险性的分类,锅炉间为丁类,油箱间、油泵间为丙类,其建筑物的耐火等级均不应低于二级。由于锅炉本身是受压容器,在操作过程中稍有疏忽,极易引起火灾危险和爆炸,因此在锅炉房的设置上要充分考虑建筑的环境与条件,确保其防火防爆的安全。

锅炉房一般为单独设置。若锅炉房必须设在多层、高层建筑物的地下层、半地下层、地面首层、楼层中或屋顶时,锅炉房应靠外墙布置,且严禁设置在人员密集场所(公共浴室、教室、会议室、观众厅、商店等)和重要部门的上面、下面、贴邻及主要疏散口的两旁,并用耐火等级不低于2小时的防火墙和1.5小时的楼板与其它部位隔开,如必须开门时,应设甲级防火门。当设在底层时,并在外墙上开门,底层的门窗上方应设置宽度不小于1m的防火挑檐。当独立锅炉房与建筑物必须贴邻时,应采取与相邻一侧建筑物的基础和屋面完全分开的双墙结构。  

贮油罐与高层建筑的防火间距为35m,与裙房为30m,与民用建筑为15m;直埋贮油罐与高层建筑的防火间距为18m,与裙房为15m,与民用建筑为8m。当高层建筑使用轻油作为燃料,贮油罐不应超过15m3。当直埋于高层建筑或裙房附近,面向贮油罐一面4.00m范围内的建筑物外墙为防火墙时,其防火间距不限。

锅炉房应有泄压口,其面积不应小于锅炉间占地面积的10%,在上海地区,泄压面积不应小于锅炉占地(包括锅炉前后左右1m)面积的10%。易于泄压的窗、每平方米重量不超过120kg的轻质屋顶和轻质墙体可作为泄压面积。

锅炉房每层至少应有两个出口,尽可能设在两侧。设在多层、高层建筑物的地下层、半地下层、地面首层锅炉房至少应有一个出口直通室外;设在楼层中或屋顶锅炉房必须有两个出口通向安全楼梯或露天平台。锅炉前端的总宽度(包括锅炉之间的过道在内)不超过12m,且面积不超过200m2的单层锅炉房,可只设一个出口。

油泵、日用油箱等有关设备应布置在单独房间,并设甲级防火门,其地面采用不发火地坪,宜作耐油处理。

6.2消防

一般独立锅炉房可设置灭火器,灭火器的配置数量一般按50m2配置一只,但不得少于2只。

对于非独立的燃油锅炉房,除了设置灭火器外,还应设置火灾自动报警设施和自动灭火(水喷雾)设施,其报警信号应传送到大楼楼宇管理系统和大楼消防中心。

每台锅炉分烟道上必须设置泄爆片,烟囱应采用金属和耐高温钢筋混凝土制作,不得采用砖砌烟囱。

6.3通风

锅炉房可采用有组织的自然通风,当不能满足要求时,应设独立的机械通风装置。送风量取下列三项中的大者:排除锅炉房余热所需风量;燃烧所需的空气量;人员的新风量。油泵间、日用油箱间,应有每小时十次换气的机械通风装置,通风装置可不用防爆。

6.4电气

锅炉房的油泵间、日用油箱间应按国标《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的有关规定,进行爆炸和火灾危险场所的等级划分,电气设备等的选用须与所处的环境相适应。烟囱应设避雷装置。

6.5噪声

锅炉的鼓风机进口设消音罩,保证其噪声为≯81dBA;水泵、油泵的基础采用橡皮隔振垫或减振基座,水泵、油泵的出口装设软接头;控制间的观察窗为双层隔音玻璃窗;设于地下层的锅炉房四壁墙宜作消音处理。

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