焦爐上升管荒煤氣余熱回收系統中汽包尺寸的確定

摘 要：提出了焦爐上升管荒煤氣余熱回收系統中汽包直徑和直筒段長度設計計算的方法，并就實際工程進行舉例，列舉了汽包選擇需要注意的問題。

關鍵詞：汽包；蒸汽空間體積負荷；荒煤氣；余熱

1 概述

汽包是焦爐上升管荒煤氣余熱回收系統的重要組成部分，它的主要作用如下：

（1）接受從除氧器或給水預熱器來的給水，向過熱器輸送飽和蒸汽，與循環上升管、循環下降管連接構成閉路循環。

（2）汽包中存有一定數量的飽和水，因而具有一定的蓄熱能力。當焦爐上升管荒煤氣余熱回收系統工況發生變化時，可以減緩汽壓變化的速度。蓄水量越大，越有利于負荷發生變化時的運行調節。

（3）汽包內具有一定的蒸汽容積，將進入汽包的汽水混合物加以分離，并從蒸汽中分離出汽水混合物攜帶的各種有害介質，從而獲得滿足一定品質要求的飽和蒸汽。

（4）汽包內部安裝有給水、加藥、排污、分段蒸發和蒸汽凈化等裝置以改善蒸汽品質。

2 汽包體積的確定

汽包內部空間在正常水位以上部分稱為蒸汽空間；以下部分稱為水空間或水室。蒸汽空間的體積稱為蒸汽空間體積或蒸汽體積；水空間的體積稱為水體積。

（1）汽包體積（一般不計算封頭體積）按下式計算：

V=AL

式中：V-汽包體積，m3；A-汽包圓面積（指按內徑計算的面積），m2；L-汽包直筒段長度，m。

（2）蒸汽空間的體積按下式計算：

V1=A1L

式中：V1-蒸汽空間體積，m3；A1-蒸汽空間的橫斷面積，m2。

蒸汽空間的橫斷面積按下式計算：

式中：h1-蒸汽空間高度，m；D-汽包直徑（指內徑），m。

（3）蒸汽空間體積。蒸汽空間體積應能滿足汽水分離和蒸汽干燥的需要，其大小可由蒸汽空間體積負荷和蒸汽空間高度決定。通過蒸汽空間單位體積的蒸汽體積流量，稱為蒸汽空間體積負荷，用RV表示。

RV=qmν\"/V1

式中：RV-蒸汽空間體積負荷，m3/（m3·h）；qm-蒸汽質量流量，kg/h；ν\"-蒸汽比容，m3/kg。

工業鍋爐的蒸汽空間體積負荷RV的推薦值見表1。

必須指出，蒸汽空間體積負荷是在汽包蒸汽空間內無任何分離元件且汽流很均勻的條件下得出的假想指標，故盡量采用較低的數值，且據此得出的汽包直徑要保證一定的安全系數（一般考慮20%的余量）。

蒸汽空間的最小高度要滿足蒸汽濕度的控制和分離裝置的結構尺寸要求。試驗得出：當蒸汽空間高度較小時，大量的飛濺爐水將被汽流帶走，因而蒸汽濕度很大；隨蒸汽空間高度的增加，蒸汽濕度迅速減小，但當蒸汽空間高度達到0.6m左右時，蒸汽濕度的變化就很平緩。因此，蒸汽空間的最小高度要大于0.6m，且要滿足分離裝置的結構尺寸要求。

（4）水體積。汽包水體積，應能滿足在發生事故情況下，緊急操作時間內的耗水量。例如，非正常停電或給水泵故障備用泵啟動期間，給水暫時中斷的條件下，汽包內應存有在這段時間內維持水循環不致被破壞的水量。

汽包水體積的大小，一般用存水時間表示，即：

式中：t-存水時間，min；V2-汽包水體積（其數值為汽包體積減去蒸汽空間體積），m3；qm-蒸汽質量流量，kg/h；v'-水的比容，m3/kg。

對于焦爐上升管換煤氣余熱回收系統，存水時間一般取30～40min。

3 汽包尺寸確定舉例

以安陽鋼鐵股份有限公司焦化廠7#8#焦爐上升管換煤氣余熱回收系統為例，該系統產蒸汽量為15t/h（qm=15000kg/h），蒸汽壓力為0.9MPa（表壓），溫度為179.9℃。

（1）以汽包水體積求汽包直徑D1

水在0.9MPa（表壓）、179.9℃的比容v'=0.0011272m3/kg，則汽包水體積

（2）以蒸汽空間體積負荷RV求汽包直徑D2

蒸汽壓力0.9MPa（表壓），查表1，取RV=610m3/（m3·h），蒸汽比容ν\"=0.19438m3/kg，則由RV=qmν\"/V1得

V1=qmν\"/RV=15000×0.19438/610=4.78m3

同樣，假定汽包高水位在汽包中心線，長徑比為3，則

考慮到汽包高低水位相差100mm，并考慮汽包內部裝置體積，經圓整后，取D=2400mm。

4 結束語

汽包作為焦爐上升管荒煤氣余熱回收系統的重要組成部分，它的選擇關系到整個余熱回收系統的安全和汽包出口蒸汽的品質，關系到項目的成敗，必須引起重視。在實際計算中，我們要同時考慮存水時間和蒸汽空間體積負荷的要求，選擇同時滿足兩者要求的汽包。此外，汽包直徑要滿足汽包內部各裝置的結構尺寸要求，汽包直筒段長度要滿足現場空間和汽包外部裝置如液位計、循環上升管和循環下降管接口管徑數量、鞍座等結構尺寸要求。

參考文獻

[1]林宗虎，徐通模.實用鍋爐手冊[M].北京：化學工業出版社，1999.

[2]嚴家錄，余曉福.水和水蒸氣熱力性質圖表[M].北京：高等教育出版社，1995.