气化装置余热锅炉火管段改造方案

祝剑锋

(阳煤集团太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

前 言

余热锅炉作为近几年我国工业生产过程中比较常见的设备组成之一，是能够将我国实际工业生产过程中产生的废弃物进行二次利用，将这些废弃物(如废气、废料等)进行燃烧后够产生热量的工业锅炉[1]。近几年，随着我国工业研究者对余热锅炉研究的推进，越来越多的余热锅炉出现在日常的工业生产环节，如何通过气化装置的应用对这一部分余热锅炉火管段进行改造就成为了现阶段锅炉研究者们关注的核心问题。由此，本文对我国某一综合能源公司的工业生产过程中有关“气化技术制备甲醇”项目中涉及的余热锅炉问题进行阐述研究，以期解决这一项目锅炉运行过程中常见的问题同时探究这一余热锅炉火管段的改造方案。

1 造成企业余热锅炉运行故障的原因

1.1 研究背景

为了更好地对这一问题进行研究，选取我国某综合能源公司的实际情况为例进行阐述研究。通过对该工业企业的基础信息调查可以发现，就该企业作为研究目标的项目中囊括了气化装置4台余热锅炉，该装置自2015年出现了不同程度集中于余热锅炉管板斜上方区域的换热管与管板接口连接以及泄露等故障问题，影响了这一设备在实际工业生产中的有效应用。

1.2 造成余热锅运行故障的原因

通过对该公司的余热锅炉管板与换热管接口问题进行普查研究发现，其泄露的区域大都位于管板中位置相对更高的一侧[2]，所以，通过对这一问题的技术调研，认为造成这一故障的主要原因主要源自下述几个方面：

首先，火管段管道排布的因素造成的连接以及泄露的问题。如，当火管段管道排布呈现出比较明显的“非对称”状态时，很容易使高温煤气在进入管道后出现偏坠，影响局部换热管出现温差，从而导致出现后续的运行问题。

其次，因为设备气压过高引发火管段区域超温造成形变而引发的故障问题。如，在这一余热锅炉实际运行过程中，因为设备中蒸汽的比容会相对比较小，继而就会在一定程度上影响火管段中汽水混合溶液的上升速率，引发后续火管段局部温度超标等问题。

第三，布管区域受应力影响而造成的故障问题。这一问题也是实际余热锅炉运行过程中比较常见引发火管段连接故障的主要影响因素，造成这一情况的原因大都源于管板外侧所需要承受的刚度更高且应力更大原因造成的。

上述三种原因的存在都很容导致气化装置余热锅炉在运行过程中火管段出现各种各样的质量问题，引发后续火热管中换热管与管板接口之间的连接以及泄露的问题。

1.3 气化装置余热锅炉火管段改造的初期设想

在明确了造成气化装置余热锅炉火管段原因的基础上，该企业便针对这一余热锅炉设备火管段进行了一定的改良、优化，一方面，将原有的上、下管板改成了能够吸收更多膨胀热的“下沉式”管板方案，同时也在一定程度上降低了火管段管板在运行中的温度。虽然这一模式在一定程度上获得了改造的效果，但是，在运行了一段时间后，发现在这一改造模式下的余热锅炉仍旧存在一定程度的火管段连接、泄露问题。

2 气化装置余热锅炉火管段的改造方案

通过对上述余热锅炉火管段运行故障原因的分析，认为在以后的余热锅炉应用过程中，如果想要提升这一设备应用的效果，优化整体余热锅炉的运行条件就可以通过下述三个方案予以针对性的改造、优化，以此实现对工业生产中这一气化装置余热锅炉火管段的改造目标。

2.1 改造方案一

方案一认为对气化装置余热锅炉火管段的改造，其本质目标是为了降低火管段的实际程度，通过优化管壁的强度、韧性同时最大程度上优化换热管在后续设备运行中的使用效果。由此，结合以往研究经验，认为可以通过将48 mm×4 mm的换热管替换为38 mm×4 mm的换热管，通过缩短换热管直径的方式降低后续设备运行过程中高温煤气的进气量，以此降低管壁的问题，实现对气化装置余热锅炉火管段的改造目标。与此同时，就这一方案中，还可以在原有火管段的改造中适量增加“内导流套筒”，以此实现对气化装置余热锅炉火管段的进一步优化。

2.2 改造方案二

在对气化装置余热锅炉火管段进行换管改造的基础上，选择在已经完成换管改造的第2/3号设备在换管操作的基础上适量地提升设备管板底部区域汽水混合物的流动速率，以此通过这一方案的应用能够在一定程度上减少管板顶部蒸汽的淤积，降低管板的问题。与此同时，在这一改造方案中，在上述改造的基础上在管板上部区域设计了一个“内导流包壳”，希望通过这一设备的应用能够在一定程度上提升火管段中汽水混合物循环的阻力，实现预期对气化装置余热锅炉火管段的改造目标。

2.3 改造方案三

在上述基础改造方案的基础上，近几年越来越多的技术人员希望应用新的“蒸发装置”来代替原有的火管段，就新的蒸发装置来说，这一装置能够最大程度地降低设备运行过程中可能产生的破坏性应力，从而帮助实现这一设备的良好运行。

2.4 改造方案的效果分析

通过对实际工业生产中上述三种改造方案的设计和实践，经由90 d的试运行后，可以发现其方案改造效果如下：

方案一的应用效果在应用的初期阶段能够在一定程度上实现这一改造方案的应用目标，但是，随着时间的推移，自87 d之后技术人员在换热管与管板的衔接处上管板中发现了均匀分布的裂纹，下管板中虽然没有肉眼可及的裂缝，但是，其中存在3处比较明显的“沙眼”，同时伴随部分管道堵塞的问题。

分别对方案一、二、三在实际气化装置余热锅炉火管段改造中的应用效果计算可以发现，其计算结果如表1所示。

表1 不同改造方案背景下气化装置余热锅炉火管段的运行参数

3 结语

综上所述，通过上述有关气化装置余热锅炉火管段的改造研究可以发现，在以后的气化装置余热锅炉火管段改造过程中，如果无法针对原有设备中火管段中蒸发区域的断面进行明显的优化就很难实现预期的设备改造目标，所以，在以后的气化装置余热锅炉火管段改造过程中，技术人员应延续上述三个方面进行更加深入的研究，从而对实际设备运行中更多可能影响设备改造的因素进行评估、验证，以此确保后续气化装置余热锅炉火管段改造的效果。