克雷登鍋爐安全與節(jié)能方案分析

戴宇輝，劉媛媛

（1.河北白沙煙草有限責(zé)任公司保定卷煙廠(chǎng)；2.保定市供水總公司， 河北 保定 071000）

克雷登鍋爐安全與節(jié)能方案分析

戴宇輝1，劉媛媛2

（1.河北白沙煙草有限責(zé)任公司保定卷煙廠(chǎng)；2.保定市供水總公司， 河北 保定 071000）

鍋爐屬于一種高能耗的特種設(shè)備，可以廣泛的用于民用、工業(yè)等?？死椎清仩t也被稱(chēng)為克雷登蒸汽發(fā)生器，屬于盤(pán)管式直流水管鍋爐?？死椎清仩t應(yīng)用中，為保障其功能的全面發(fā)揮，需對(duì)克雷登鍋爐安全進(jìn)行闡述，明確蒸汽鍋爐缺水爆炸機(jī)理，解讀具體的安全措施，再制定有效的節(jié)能方案，旨在推動(dòng)克雷登的安全性與節(jié)能性提升，并有效規(guī)避安全隱患，提升克雷登鍋爐的利用效率。

克雷登；鍋爐；安全；節(jié)能方案

鍋爐是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的重要能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，鑒于鍋爐的特殊性，使鍋爐成為容易出現(xiàn)安全隱患的設(shè)備類(lèi)型，如果不能有效的制定鍋爐安全措施，就可能會(huì)導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)爆炸的現(xiàn)象，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。另外，鍋爐還是一種高能耗的設(shè)備類(lèi)型，會(huì)造成大量的能源消耗和損失，不利于鍋爐的有效應(yīng)用，亟需改進(jìn)與完善。基于此，本文結(jié)合克雷登鍋爐，分析具體的鍋爐爆炸機(jī)理，制定有效安全措施，并針對(duì)能耗情況，完成對(duì)節(jié)能方案的設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下。

1 克雷登鍋爐及鍋爐缺水爆炸機(jī)理分析

1.1 克雷登鍋爐分析

克雷登鍋爐是一種引進(jìn)美國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品?？死椎清仩t可以被稱(chēng)為克雷登蒸汽發(fā)生器，屬于強(qiáng)制循環(huán)膽管直流鍋爐，具體積小重量輕的特點(diǎn)，體積僅為傳統(tǒng)鍋爐的 1/3，且克雷登鍋爐具有較高的自動(dòng)化程度，最高壓力可以達(dá)到 23MPa，過(guò)熱高達(dá) 620℃。具有啟動(dòng)快，冷爐能夠在 3～ 5min內(nèi)輸出蒸汽，還具備較小的水容量、有爐無(wú)鍋、安全性能高等特點(diǎn)，能廣泛的應(yīng)用到海洋、陸地等行業(yè)中。

1.2 蒸汽鍋爐缺水爆炸機(jī)理分析

蒸汽鍋爐是通過(guò)燃料燃燒完成對(duì)鍋爐內(nèi)水加熱，進(jìn)而獲取高溫的水蒸氣。但是，在實(shí)際的鍋爐運(yùn)行中，如果鍋爐很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)處于缺水干燒的現(xiàn)象，就會(huì)引起鍋爐內(nèi)部的一些金屬構(gòu)件處于加熱狀態(tài)中。且由于鍋爐處于干燒狀態(tài)，會(huì)使得這些金屬構(gòu)件不能得到有效的降溫，致使這些金屬構(gòu)件的溫度逐漸上升，鍋爐整體處于一個(gè)高溫炙熱狀態(tài)。如果這個(gè)時(shí)候展開(kāi)鍋爐水補(bǔ)充，處于干燒、高溫狀態(tài)下的鍋爐，會(huì)將水瞬間氣化，轉(zhuǎn)化為水蒸氣，同時(shí)，金屬構(gòu)件也可能會(huì)產(chǎn)生淬火的現(xiàn)象。另外，鍋爐在長(zhǎng)期的使用中，出現(xiàn)部分位置會(huì)出現(xiàn)變薄、銹蝕的情況，影響鍋爐。這些因素的綜合作用下，蒸汽鍋爐則會(huì)發(fā)生爆炸，進(jìn)而導(dǎo)致安全事故的產(chǎn)生。蒸汽鍋爐缺水爆炸是影響鍋爐安全與穩(wěn)定的基礎(chǔ)，如不能有效的控制，鍋爐就不能投入使用。

2 克雷登鍋爐安全分析

在對(duì)克雷登鍋爐的安全分析中，需要對(duì)克雷登鍋爐強(qiáng)度理論展開(kāi)，再對(duì)其具體的安全舉措進(jìn)行解讀，綜合分析克雷登鍋爐的安全性，為克雷登鍋爐的有效應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2.1 強(qiáng)度理論與公式計(jì)算分析

克雷登鍋爐的具體結(jié)構(gòu)中，管子與鍋殼筒體均受內(nèi)壓力，其中 β 值小于 1.2，屬于薄壁圓筒，則可以展開(kāi)壓力計(jì)算?？死椎堑腻仩t和鍋殼鍋爐的設(shè)計(jì)壓力均為1.0MPa，且蒸汽設(shè)計(jì)溫度為 183℃。分別展開(kāi)對(duì)最小需求厚度tmin、最高允許計(jì)算壓力[P]，爆破壓力P，分別為：

結(jié)合上述公式綜合展開(kāi)計(jì)算可以完成對(duì)管子最小需 求 厚 度 的 計(jì) 算， 計(jì) 算 結(jié) 果為 1.3mm， 現(xiàn) 取 3mm。計(jì)算到爆破壓力為 27.03MPa，如果管壁厚度取 3.5～4mm，則爆破壓力在 33.9～ 40.5MPa，爆破壓力比最高允許計(jì)算壓力高出 5.6倍。由此可見(jiàn)，克雷登鍋爐的爆炸風(fēng)險(xiǎn)很小。

2.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)克雷登鍋爐具有直接的影響，為了完成對(duì)克雷登鍋爐安全性分析，可從結(jié)構(gòu)應(yīng)力入手?？死椎清仩t是盤(pán)管式直流水管鍋爐，單管盤(pán)管受熱的面僅承受膜應(yīng)力，這也就使得克雷登鍋爐穩(wěn)定性相對(duì)較高。而且，克雷登鍋爐的盤(pán)旋彈簧結(jié)構(gòu)形式，可以實(shí)現(xiàn)膨脹消除的效果，規(guī)避的二次應(yīng)力的影響，保障鍋爐的整體安全。

2.3 強(qiáng)制循環(huán)有助于受熱面的可靠冷卻

鍋殼鍋爐選擇自然循環(huán)的方式，水質(zhì)對(duì)鍋爐安全影響明顯。如果水質(zhì)不佳，會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)鹽類(lèi)物質(zhì)的積累，并附著在筒體管壁和煙管上，導(dǎo)致高熱阻的水垢形成，影響熱傳遞。還會(huì)導(dǎo)致鍋爐外壁的溫度上升，致使相關(guān)部分發(fā)生裂縫，制約鍋爐安全性。

克雷登鍋爐選強(qiáng)制循環(huán)的方式，實(shí)現(xiàn)管內(nèi)水速的控制。通常情況下管內(nèi)水速為 1.5m/s。選擇這樣的流速，可以有效的保障管內(nèi)的介質(zhì)正常流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)受熱管面的冷卻，并減少鹽類(lèi)物質(zhì)的堆積，避免水垢的產(chǎn)生，保障克雷登鍋爐的穩(wěn)定性。

汽水側(cè)的安全性對(duì)整個(gè)克雷登鍋爐的影響明顯?？死椎清仩t選擇單管直流，水側(cè)入口的流速≥ 1.6m/s。選擇高速紊亂流，它可以強(qiáng)化和均勻傳熱的效果，還可以規(guī)避各類(lèi)離子的吸附停留的不利影響，促使汽水側(cè)不會(huì)出現(xiàn)的氧腐蝕的現(xiàn)象，減少安全隱患。

2.4 燃燒側(cè)安全性分析

克雷登鍋爐底部燃燒側(cè)是影響鍋爐整體功能與安全的基礎(chǔ)，克雷登鍋爐的底部的選擇燃式結(jié)構(gòu)，沒(méi)有設(shè)置回轉(zhuǎn)煙道。這些設(shè)計(jì)使得克雷登鍋爐可以選擇燃油、燃?xì)庾鳛橹饕牧系腻仩t。克雷登鍋爐具備上行煙氣流動(dòng)方向和煙囪自生通風(fēng)能力。這些能力的綜合作用能降低克雷登鍋爐的燃燒故障率，規(guī)避爐膛內(nèi)部聚集可燃?xì)怏w，降低安全隱患。而且克雷登鍋爐的容積相對(duì)較小，運(yùn)用耐火保溫材料，僅在燃燒室的底部進(jìn)行設(shè)置。這些特點(diǎn)可以降低燃燒室蓄熱效果，進(jìn)而規(guī)避隱患?？死椎清仩t的爐膛配置密排旋管，可以降低漏風(fēng)情況，避免鍋爐出現(xiàn)爆燃、爆膛事故。

3 克雷登鍋爐節(jié)能方案分析

結(jié)合克雷登鍋爐的基本情況，完成對(duì)克雷登鍋爐節(jié)能方案的分析，繼而為相關(guān)同類(lèi)產(chǎn)品的節(jié)能設(shè)計(jì)提供參考，保障鍋爐高效率的基礎(chǔ)上，完成鍋爐節(jié)能效果的提升。

3.1 克雷登鍋爐具體節(jié)能舉措

（1）克雷登鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)，選底部室燃燒方式，具體的燃燒中，火焰形成的中心回流。相比傳統(tǒng)鍋爐，克雷登鍋爐的燃料燃燒速度快、溫度高、材料能夠?qū)崿F(xiàn)充分燃燒，從而使鍋爐保持良好的燃燒效率。

（2）克雷登鍋爐體積和表面積小，體積為鍋殼鍋爐的 1/3～ 1/5，水容量小，在加上克雷登鍋爐設(shè)置水冷壁外套，可有效降低散熱損失。散熱損失用q5表示，且q5的直接與鍋爐殼體外的溫度高與面積有關(guān)，具體的計(jì)算公式如下（4）所示：

q5=1670F ÷（BQr）×100% （4）

根據(jù)上述公式計(jì)算，可以得到克雷登鍋爐散熱損失低。由于鍋爐具有水容量小和啟動(dòng)快的特點(diǎn)，也就使得鍋爐更產(chǎn)生同等蒸汽量所需求的熱量為傳統(tǒng)鍋殼鍋爐的 5.57%，可以有效的達(dá)到節(jié)省燃料的目的，且效果顯著?？死椎清仩t還具備較快的冷爐啟動(dòng)，耗時(shí)低，達(dá)到節(jié)能的效果。另外，由于鍋爐的體積小，使得鍋爐的材料應(yīng)用較少，達(dá)到降低材料成本，縮減占地面積，提高空間的利用效率。

（3）克雷登鍋爐的對(duì)流受熱面以錯(cuò)列的方式布置，再選擇橫向沖刷與逆流換熱的方式，使克雷登鍋爐中的煙氣流速可以得到提升，煙氣速度可以達(dá)到 12~25m/s，這樣鍋爐具有較高的傳熱系數(shù)，K值≥ 70W/（m2·℃）。使得排煙溫度＜ 140℃，降低排煙熱損失，減少排煙熱損失＞ 3%。

3.2 克雷登鍋爐的給水軟化

鍋爐用水如果硬度超高，極其容易引起鍋爐內(nèi)部生成碳酸鈣、碳酸鎂等，這些物質(zhì)會(huì)在鍋爐及其管道出現(xiàn)沉積，影響管道的導(dǎo)熱效果，鍋爐的效率降低，造成能源損耗嚴(yán)重。故此，需要對(duì)鍋爐用水進(jìn)行處理，達(dá)到軟化鍋爐用水的目的，規(guī)避沉積現(xiàn)象的出現(xiàn)，保障鍋爐節(jié)能效果?？死椎窃诰唧w的軟化水處理中，選擇離子交換的方式，鈉離子交換樹(shù)脂吸附水中的硬化離子，完成鍋爐用水軟化。此外，由于克雷登鍋爐對(duì)水質(zhì)要求較低，使得克雷登鍋爐不需要頻繁的展開(kāi)排污?？死椎清仩t的水處理費(fèi)用為傳統(tǒng)鍋爐的 85~94%，而排污量?jī)H為傳統(tǒng)鍋爐 10%，達(dá)到節(jié)能的目的。

3.3 重視鍋爐后勤供氣管道設(shè)計(jì)

為了保障克雷登的節(jié)能效果，需要合理展開(kāi)后勤供氣管道設(shè)計(jì)。首先，管徑的選擇中，需確保管徑和蒸汽量的匹配程度。其次，控制蒸汽流速，以 50m/s為宜。第三，對(duì)飽和蒸汽流速進(jìn)行控制，以 20～ 30m/s為宜。最后，定期展開(kāi)安全閥等構(gòu)件的檢查工作，確保相關(guān)構(gòu)件的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）分析克雷登鍋爐的具體情況，對(duì)克雷登鍋爐的安全性能展開(kāi)解讀，詳細(xì)對(duì)強(qiáng)度理論與公式計(jì)算、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、強(qiáng)制循環(huán)、燃燒側(cè)安全性等展開(kāi)解讀。綜合分析后，得到克雷登鍋爐具有較高的安全性能，具有各類(lèi)鍋爐爆炸風(fēng)險(xiǎn)低的特點(diǎn)。

（2）克雷登鍋爐的節(jié)能方案分析，主要從克雷登鍋爐的具體節(jié)能舉措展開(kāi)解讀，明確克雷登鍋爐的底部室燃燒方式、體積和表面積小、對(duì)流受熱面布置方式等帶來(lái)的節(jié)能效果，再完成對(duì)鍋爐用水的軟化，進(jìn)而綜合的提升克雷登鍋爐的節(jié)能效果。

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