CN1230649C

CN1230649C - 余热锅炉给水射流循环装置

Info

Publication number: CN1230649C
Application number: CN 02103803
Authority: CN
Inventors: 史文锦; 商红梅
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: CN1447059A

Abstract

一种余热锅炉给水射流循环装置。包括给水管路、汽包、射流泵、循环管道、回流管道，其特点是在汽包下降管路上串联射流装置，用给水泵的高压水对循环水进行加压，从汽包回流多余给水的办法增加余热锅炉循环流速，达到提高余热锅炉受热管寿命的目的。本技术安全可靠，简单易行，应用广泛、投入少而效益好，可取代传统余热锅炉循环技术。

Description

余热锅炉给水射流循环装置

所属技术领域

本发明涉及一种改善余热锅炉给水循环的装置，尤其适合要求连续运行的余热锅炉。

背景技术

工业生产中，回收余热和经受高温烟气辐射烘烤的工艺设备进行汽化冷却，并在汽化冷却过程中回收蒸汽的装置统称为余热锅炉。随着余热锅炉在工业上的广泛应用，它已经成为生产工艺流程中的重要环节。目前，余热锅炉有两种主要循环方式：一是自然循环，二是强制循环。在我国，目前一般优先考虑自然循环方式，其优点是水循环不依靠外力，不设电动循环泵，节约电能，缺点是水循环流速较强制循环流速低，受热管冷却效果差，使用寿命短；当余热锅炉实现自然循环比较困难时，则采取强制循环方式，强制循环的优点是水循环流速高，冷却效果好，受热管使用寿命长，缺点是水循环要依靠外力，要设电动循环泵，消耗电能多，两种循环方式的余热锅炉优缺点正好相反。另外，在背景技术中，还有一个共同的缺点是余热锅炉消耗的软化水均由给水泵直接送汽包，再由汽包下降管将软化水分配到受热管中。这种给水方式要求给水泵的扬程等于或大于汽包工作压力、水泵至汽包内水下压力给水管管路阻力损失和富裕扬程三者的总和。而实际运行中，给水泵的扬程除抵消汽包工作压力和必要的管路损失外，有相当部分的富裕扬程消耗在不必要的给水管道和压力给水管孔眼上，做了无用功，对余热锅炉的水循环毫无用处。目前，我国多数自然循环的余热锅炉寿命比较短，一般运行二至三年就要更换设备或进行大修，影响正常生产，有些工厂企业担心余热锅炉受热管发生烧坏事故影响整体流程连续生产，至今未采用汽化冷却余热利用这一公认的节能先进技术，而沿用落后的水冷却方式，既浪费能源又污染环境。

发明内容

为了克服背景技术自然循环余热锅炉循环流速低，冷却效果差，受热管使用寿命短，而强制循环余热锅炉要设电动循环泵，消耗电能多的不足，本发明提供一种兼有自然循环与强制循环优点的给水射流循环技术，使余热锅炉实现没有电动循环泵的强制循环，既使余热锅炉受热管受到良好冷却、延长使用寿命、又节约电能。

本发明技术解决其技术问题所采取的技术方案是：首先将给水泵出口高压水按循环水流动方向插入汽包下降管下部，使高压给水与下降管中循环水一起流经余热锅炉受热管之后再进入汽包，将给水泵富裕扬程做的无用功转移到循环管路中，为无用功转变为有用功迈出第一步；然后在汽包下降管下部给水插管后串联一个射流装置，该射流装置喷嘴的工作液体为给水泵来的高压给水(Q₁)，被抽吸的液体为来自汽包的循环水(Q₂)。余热锅炉运行时，射流装置喷嘴工作液体(Q₁)的高速射流作用造成喷嘴周边空间(称为吸入室)的负压，吸入室上方的循环水(Q₂)被快速抽吸到吸入室，与工作液体(Q₁)一起进入混合管，在混合管中两种液体进行能量的传递和交换，在能量交换过程中，工作液体(Q₁)的压力和流速降低了，被抽吸的循环水(Q₂)压力和流速增大了。最后，混合液体(Q₁+Q₂)在喷出混合管之后的扩散管状中动能转化为压能，这样就相当于在下降管上增设一个对循环水(Q₂)定向加压，迫使循环水(Q₂)向上升管方向流动的加压泵，从而使余热锅炉水循环形成强制循环态势。最后将汽包中多余给水量用常规的水位调节阀(或机械调节阀)回流至软水箱。因为从汽包回流到水箱中的水温为汽包额定工作压力下的饱和温度，所以会使水箱中的水温有所升高，为确保水温不超过给水泵工作温度，可选用耐高温给水泵。

本发明技术中，余热锅炉受热管长寿技术依据对同一种钢材，其蠕变速度(Vc)为应力(σ)与温度(t)的函数，即Vc＝f(σ·t)，钢材温度升高会使蠕变速度升高而使用寿命短的理论，从提高循环水流速的角度探索遏制受热管升高的办法；利用给水泵富裕扬程对循环水加压的思路符合动量守恒定律∑mv＝常数的原理；射流装置结构的设计则参照已有的射流泵技术。在本技术中，将汽包下降管及给水管中的水视为固态物体，给水泵、射流泵每秒种流量当作物体的质量m、m′，给水泵、射流装置出口水流速当作物体运动速度V、V′，忽略水的流动阻力因素，可以认为给水泵出口水的动量转变成了射流装置出水口的动量，按照动量守恒定律，则有∑mv＝m′v′＝常数，考虑水流阻力因素，给水泵出口水的动量即使不能完全转变成射流装置出水口的动量，仍然可以肯定，给水泵来的高压水经过射流装置使下降管中原来的循环水流动压头增大的理论是成立的。

本技术引用了中国建筑工业出版社《水泵与水泵站》(陈锦章、韩德宏、曾允文著)第三章中的射流泵原理。射流泵的工作性能用下列参数表示：

(1)

(2)

式中：工作压力＝工作液体比能H1-射流泵出口扬程H2

(3)

射流泵α、β、m参数关系

α	15.0	7.0	3.25	2.00	1.30	0.95	0.78	0.55	0.38	0.30	0.24	0.20	0.17	0.15
α	15.0	7.0	3.25	2.00	1.30	0.95	0.78	0.55	0.38	0.30	0.24	0.20	0.17	0.15	β	0.01	0.05	0.10	0.15	0.22	0.30	0.38	0.60	0.80	1.00	1.20	1.45	1.70	2.00
m	0.07	0.10	0.125	0.15	0.20	0.25	0.30	0.40	0.50	0.60	0.70	0.80	0.90	1.00	β	0.01	0.05	0.10	0.15	0.22	0.30	0.38	0.60	0.80	1.00	1.20	1.45	1.70	2.00
m	0.07	0.10	0.125	0.15	0.20	0.25	0.30	0.40	0.50	0.60	0.70	0.80	0.90	1.00	注	图形数据			实验数据

本技术中的射流装置将被抽吸液体从上向下增压，其构造与一般向上提升的射流泵有所不同，射流装置中的混合管用定位板同心焊接于下降管内壁。

本发明技术的有益效果是：与背景技术相比较，本技术在投入很小的前提下，可将自然循环的余热锅炉改造或设计成为强制循环，使生产更加安全可靠，使用寿命延长一倍以上，投资及成本降低一半；本技术中的射流装置构造更为简单，重量轻，造价低，无运动部件，寿命长，无需检修的优点特别适合生产实际需要。本技术简单易行，覆盖面广，能取代已有余热锅炉循环方式，为余热利用和节约设备资金带来巨大经济和社会效益。

附图说明

下面结合附图和举例对本发明技术进一步说明。

图1是本发明技术余热锅炉系统图。

图2是图1中射流泵设备构造图。

图3是图2的I-I剖面图。

图4是背景技术自然循环余热锅炉系统图。

图中1.软水进水管，2.软水箱，3.闸阀，4.给水泵，5.止回阀，6.闸阀，7.给水管，8.射流装置，9.旁通阀，10.汽包，11.蒸汽出口阀，12.下降管，13.受热管，14.上升管，15.远传水位计，16.回流管，17.水位调节阀组，18.旁通阀，19.喷嘴，20.混合管，21.定位板。

具体实施方式

在图1中，本技术余热锅炉系统由三部分组成：第一部分由软水进水管1、软水箱2、闸阀3、给水泵4、止回阀5、闸阀6、给水管7、射流装置8及旁通阀9组成给水管道；第二部分由汽包10、蒸汽出口阀11、下降管12、受热管13、上升管14组成循环管道；第三部分由远传水位计15、回流管16、水位调节阀组17、旁通阀18组成回水管道。从图1可知：汽包10的下降管12、上升管14与受热管13相连通，形成U形连通状，余热锅炉冷态时上升管14中的水面与汽包10水面等高，比受热管13中心高出H的高度，汽包10水面距上升管14最高点为ΔH，在本技术实例中≈0.3m，在下降管12下部串联射流装置8之后，只要给水泵4处于给水状态，高压给水Q₁就会在射流装置8中与下降管12中的循环水Q₂混合，并使混合水(Q₁+Q₂)获得射流装置扬程(H2)，当H2≥ΔH时，余热锅炉汽包10中的循环水就会在冷态下循环起来。一般情况下ΔH≤1m，数值很小，所以H2≥ΔH很容易实现，从而形成循环；当余热锅炉进入热运行状态时，由于下降管12中介质为热水，上升管14中为汽水混合物，介质密度差形成的压头与射流泵8的压头(扬程)叠加在一起，使循环管路的压头值更加增大，循环流速更快，受热管受到比自然循环时更有效的冷却，使用寿命延长。由于本技术可使余热锅炉在冷态下循环起来，所以循环管路上可取消常规必要的起动循环泵或蒸汽引射装置。与背景技术一样，本技术中的给水泵4的给水量(Q₁)也大于余热锅炉的产汽量，并且全部进入汽包，所以，本技术在汽包10上接引回流管16至软水箱2，设在回流管道16上的水位调节阀组17根据远传水位计15的信号调节软水回流量，使汽包水位维持在既定的位置。汽包10上的水位控制可以是自动化控制，也可以是机械调节阀控制。

给水管7可分为两路或多路进入两根或多根下降管12，每根下降管12串联一个射流装置8。

如图2、3所示，射流装置8中的混合管20用定位板21同心焊接于下降管12内壁。

本发明技术以某轧钢线材厂加热炉汽化冷却余热锅炉为例介绍如下：

1轧钢加热炉技术性能

名称	单位	数值	备注
名称	单位	数值	备注	线材加热炉	座	1	推钢式
加热钢坯产量	t/h	50～130		线材加热炉	座	1	推钢式
加热钢坯产量	t/h	50～130		炉内尺寸	M	长×宽＝19.3×12.57
炉底面积	m²	～243		炉内尺寸	M	长×宽＝19.3×12.57
炉底面积	m²	～243		钢坯入炉温度	℃	常温
钢坯加热温度	℃	1200～1300		钢坯入炉温度	℃	常温

2为加热炉配置余热锅炉技术参数

名称	单位	数值	备注
名称	单位	数值	备注	炉底管热负荷
炉底管绝热保温完好时	KW	2385.5	炉役前期	炉底管热负荷
炉底管绝热保温完好时	KW	2385.5	炉役前期	炉底管绝热保温脱落0.3时	KW	3644.2	炉役后期
产汽量及蒸汽压力				炉底管绝热保温脱落0.3时	KW	3644.2	炉役后期
产汽量及蒸汽压力				绝热保温完好时产汽量	kg/h	3154
绝热保温脱落0.3时产汽量	kg/h	4819		绝热保温完好时产汽量	kg/h	3154
绝热保温脱落0.3时产汽量	kg/h	4819		汽包工作压力	Mpa	1.3
炉底管(受热管)规格				汽包工作压力	Mpa	1.3
炉底管(受热管)规格				纵炉底管	D108×14	10根	20.32m/根
横炉底管	D114×20	6根	12.57m/根	纵炉底管	D108×14	10根	20.32m/根

3汽化冷却余热锅炉主要设备

设备名称	型号与规格	单位	数量	备注
设备名称	型号与规格	单位	数量	备注	汽包	D1000 L＝4000	个	2	按双汽包布置
给水泵	DG12-25×7型 Q＝8m³/hH＝192m	台	2	运行一台备用一台	汽包	D1000 L＝4000	个	2	按双汽包布置
给水泵	DG12-25×7型 Q＝8m³/hH＝192m	台	2	运行一台备用一台		配套电机N＝15kW
给水除氧装置	Q＝10m³/h	套	1	含除氧泵及水箱		配套电机N＝15kW
给水除氧装置	Q＝10m³/h	套	1	含除氧泵及水箱	射流泵	Q₂＝65m³/h H₂＝0.52m	套	2	非标设备
溢流式回流管		套	2		射流泵	Q₂＝65m³/h H₂＝0.52m	套	2	非标设备

4射流装置工作性能及构造尺寸

名称	符号	单位	数值	备注
名称	符号	单位	数值	备注	流量比	α		15
压头比	β		0.01		流量比	α		15
压头比	β		0.01		断面比	M		0.07
喷嘴(19)直径	d₁	mm	7	内直径	断面比	M		0.07
喷嘴(19)直径	d₁	mm	7	内直径	混合管(20)直径	d₂	mm	26	内直径
喷嘴(19)长度	L₁	mm	60	锥体长度	混合管(20)直径	d₂	mm	26	内直径
喷嘴(19)长度	L₁	mm	60	锥体长度	喷嘴(19)锥度	θ₁	(°)	30
混合管(20)长度	L₂	mm	182		喷嘴(19)锥度	θ₁	(°)	30
混合管(20)长度	L₂	mm	182		假想扩散管长度	L₃	mm	1295	锥体长度
假想扩散管锥度	θ₂	(°)	8		假想扩散管长度	L₃	mm	1295	锥体长度
假想扩散管锥度	θ₂	(°)	8		假想锥体管长度	L₄	mm	338
假想锥体管锥度	θ₃	(°)	30		假想锥体管长度	L₄	mm	338
假想锥体管锥度	θ₃	(°)	30		给水管(7)长度(吸入室)	L₅	mm	～500

Claims

1、一种余热锅炉给水射流循环装置，包括给水管道、汽包、射流装置、循环管道、回流管道，其特征在于：在汽包(10)下降管(12)上串联射流装置(8)，给水管(7)将给水泵(4)出口与射流装置(8)的给水入口直接相连，给水泵(4)的给水流经射流装置(8)，对下降管(12)中的循环水加压；水位调节阀(17)设置在汽包(10)至软水箱(2)之间的回流管(16)上，所述水位调节阀(17)与汽包(10)上的远传水位计(15)相连。

2、如权利要求书1所述的余热锅炉给水射流循环装置，其特征在于：所述射流装置(8)中的混合管(20)用定位板(21)同心焊接于下降管(12)内壁。