廢氣鍋爐作為廢氣回收利用的一種裝置，一般均要求承受較高溫度下運(yùn)行的苛刻條件。由于設(shè)備需要長期在高溫下運(yùn)行，所以對其結(jié)構(gòu)的要求和制造材料的選用都是設(shè)計者重點考慮的。

1、設(shè)計計算內(nèi)容

工藝尺寸的設(shè)計與計算，零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算。為達(dá)到剛度和強(qiáng)度，要求設(shè)計殼體厚度時的彈性失效準(zhǔn)則，考慮到容器宏觀強(qiáng)度和致密性，必須采用耐壓試驗，設(shè)計中 ，局部應(yīng)力引起的失效是不允許的，故必須采用開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計。

2、具體設(shè)計計算步驟

在化工企業(yè)中列管式換熱器的類型很多，如板式，套管式，蝸殼式，列管式。其中，列管式換熱器雖在熱效率，緊湊性，金屬消耗量等方面均不如板式換熱器，但它卻具有結(jié)構(gòu)堅固，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)，材料范圍廣等特點，因此成為石油化工生產(chǎn)中，尤其是高溫高壓和大型換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式。

列管式換熱器主要有固定管板式換熱器，浮頭式換熱器，填料式換熱器和U形管式換熱器，而其中固定管板式換熱器由于結(jié)構(gòu)簡單，造價低，因此應(yīng)用最普遍。

對于本設(shè)計，由于殼程與管程壓力差比較低，可以克服應(yīng)力所帶來的問題。又本設(shè)計殼程所流經(jīng)的流體為CH、N混合氣體，潔凈不易結(jié)垢，從而避免了固定管板式換熱器殼程難清洗和檢修困難的問題。

列管式換熱器機(jī)械設(shè)計包括：

1）殼體直徑的決定和殼體壁厚的計算

2）換熱器封頭選擇

3）壓力容器法蘭選擇

4）管板尺寸確定

5）管板拉脫力的計算

6）折流板的選擇與計算

7）溫差應(yīng)力的計算

8）接管，接管法蘭選擇及開孔補(bǔ)強(qiáng)等

9）繪制主要零部件圖和裝配圖 。

1）合理的實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件傳熱量 ，流體的熱力學(xué)參數(shù)與物理化學(xué)性質(zhì)是工藝過程所規(guī)定的條件。應(yīng)根據(jù)這些條件進(jìn)行熱力學(xué)和流體力學(xué)的計算，經(jīng)過反復(fù)比較，使所設(shè)計的換熱設(shè)備具有盡可能小的傳熱面積，在單位時間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量 。為此，具體的做法可以是：增大傳熱系數(shù)，增大平均溫度差，妥善布置傳熱面。

2）安全可靠（最基本的要求） 廢氣鍋爐也是壓力容器，在進(jìn)行強(qiáng)度，剛度，溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計算時，應(yīng)遵守我國《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定》與《鋼制管殼式換熱器設(shè)備規(guī)定》等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。這對保證設(shè)備的安全可靠起著很大的作用。所以，廢氣鍋爐應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性，耐腐蝕性，密封性。

3）有利于安裝，操作與維修直立設(shè)備的安裝費(fèi)往往低于水平的或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運(yùn)輸與裝拆，在廠房中移動時不會受樓梯。梁，柱等的妨礙。根據(jù)需要可添置氣，液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層。

4）經(jīng)濟(jì)合理設(shè)備在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在安全合理的前提下，應(yīng)注意節(jié)約鋼材，尤其是貴重的不銹鋼等材料，以降低設(shè)備的材料成本。另外，在制造時，應(yīng)優(yōu)化加工工藝，采用簡便，省時的加工方法，以降低設(shè)備的制造成本。只有這樣，才能降低設(shè)備的總成本，取得經(jīng)濟(jì)效益。

在廢氣鍋爐中進(jìn)行的是熱量傳遞的過程，因此，廢氣鍋爐的基本結(jié)構(gòu)也是一個具有一定傳熱表面的換熱設(shè)備。但是由于化工生產(chǎn)中，各種工藝條件和要求差別很大，因此化工用的廢氣鍋爐結(jié)構(gòu)形式也是多種多樣的。

1） 按照爐管是水平還是垂直放置，廢氣鍋爐可以分為臥式和立式兩類。

2） 按照操作壓力的大小，廢氣鍋爐可以分為低壓（蒸汽壓力在1.3aMP以下），中壓（蒸汽壓力在1.4-3.9aMP范圍內(nèi)）高壓（蒸汽動力在4.0-10aMP范圍內(nèi))三種。

3） 按照鍋爐的結(jié)構(gòu)形式不同，廢氣鍋爐可以分為：列管式，U型管式，刺刀管式，螺旋盤管式，以及雙套管式等。

4） 按照其生產(chǎn)工藝或使用場合不同，廢氣鍋爐可以分為：重油氣化廢氣鍋爐，乙烯生產(chǎn)裂解氣急冷廢氣鍋爐，合成氨前置式，中置式或后置式廢氣鍋爐等。

我國海船上使用較普遍的立式火管廢氣鍋爐，結(jié)構(gòu)非常簡單。鍋筒4是一個直立圓筒，兩端的封頭1兼作管板，中間連接著幾百根煙管3，煙管直徑一般為51×4mm。為了加強(qiáng)管板和減少煙管承受的拉力，裝有少量牽條煙管6，其壁厚比普通煙管厚1mm。

鍋爐下端裝有進(jìn)口煙箱(下煙箱)，上端裝有出口煙箱(上煙箱)。柴油機(jī)排氣自下煙箱流經(jīng)煙管時，一部分熱量傳給鍋水并產(chǎn)生蒸汽，然后從上煙箱排出。為了增加煙氣的擾動，提高傳熱效果，廢氣鍋爐的煙管通常采用麻花管。

廢氣鍋爐較早是用來產(chǎn)生一些低壓蒸氣，回收的熱量有限，只是作為生產(chǎn)的一般輔助性設(shè)備。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，廢氣鍋爐的參數(shù)逐漸提高，廢氣鍋爐由生產(chǎn)低壓蒸氣的工藝鍋爐轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)高壓蒸汽的動力鍋爐。廢氣鍋爐在整個裝置中已逐漸成為動力源，其運(yùn)行狀況直接關(guān)系到裝置中的整個生產(chǎn)過程。因此，在這種情況下，廢氣鍋爐往往成為整個裝置不可分割的關(guān)鍵性設(shè)備之一。生產(chǎn)過程對于廢氣鍋爐的依賴性也日益增大，人們對廢氣鍋爐的重視程度也相應(yīng)地增加。

1、維護(hù)

廢氣鍋爐的運(yùn)行及維護(hù)，主要是指對液位，氣壓，氣水質(zhì)量，開車開爐，停車停爐，工藝氣體進(jìn)出口溫度，流量等監(jiān)視，調(diào)節(jié)和控制。它直接關(guān)系到整個工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定，蒸汽使用對象的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及人身，設(shè)備的安全。正常的運(yùn)行及維護(hù)，對廢氣鍋爐設(shè)備的使用壽命和文明生產(chǎn)，都具有十分重要的意義。

廢氣鍋爐與一般工業(yè)鍋爐在結(jié)構(gòu)形式上具有共同之點，也有不同之點，因此，運(yùn)行及維護(hù)工作也有區(qū)別。兩者的主要區(qū)別有下列幾個方面。

1) 廢氣鍋爐受整個工藝生產(chǎn)負(fù)荷變化的影響

由于廢氣鍋爐是利用工藝生產(chǎn)氣體的余熱產(chǎn)生蒸汽的，因此，生產(chǎn)負(fù)荷的變化，工藝氣體各參數(shù)的變化，都直接影響到廢氣鍋爐水蒸氣側(cè)的水循環(huán)，氣溫，氣壓和蒸汽產(chǎn)量。由于沒有獨(dú)立的熱源和燃燒設(shè)備，不能利用調(diào)節(jié)燃燒值的大少進(jìn)行控制，因此廢氣鍋爐的操作運(yùn)行必須和工藝生產(chǎn)的控制調(diào)節(jié)聯(lián)系在一起，要求相互密切配合。運(yùn)行管理維護(hù)人員不僅要學(xué)會廢氣鍋爐的技術(shù)，而且還應(yīng)熟悉工藝生產(chǎn)的基本知識。

2）儀表檢測裝置準(zhǔn)確可靠

有的廢氣鍋爐爐膛為封閉式，承受高溫高壓，無法直接觀察內(nèi)部工藝氣體在爐內(nèi)的變化，只有通過儀表檢測裝置直接指示或間接推算出數(shù)值，因而要求儀表有較高的準(zhǔn)確性和靈敏度。

3）工藝氣體經(jīng)過鍋爐前后的溫度

因前后生產(chǎn)的要求比較嚴(yán)格，特別是出爐的溫度，與規(guī)定值誤差不能太大。當(dāng)工藝生產(chǎn)發(fā)生變化時，出口溫度的控制更加困難，一般應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)出口溫度的副線或采用其他手段。

4）操作謹(jǐn)慎

由于工藝生產(chǎn)負(fù)荷的調(diào)節(jié)和波動比較頻繁，特別是生產(chǎn)的開停車，迫使廢氣鍋爐也相應(yīng)地改變和停爐。生產(chǎn)負(fù)荷的波動使蒸汽-水側(cè)的參數(shù)包括氣壓，氣溫和蒸汽產(chǎn)量都應(yīng)不斷調(diào)節(jié)，因此在操作運(yùn)行上更應(yīng)仔細(xì)謹(jǐn)慎。

5) 控制工藝氣體的流速

有的工藝氣體帶有灰塵，微粒和結(jié)焦物質(zhì)，當(dāng)氣體通過廢氣鍋爐流動速度較低時，有可能將這些物質(zhì)存積在爐內(nèi)，輕者將傳熱表面敷設(shè)一層結(jié)垢物，嚴(yán)重時可能將氣道堵塞，導(dǎo)致氣流阻力增加，直接無法維持生產(chǎn)。因此在運(yùn)行時，應(yīng)控制工藝氣體的流動速度，特別在工藝氣體負(fù)荷降低到設(shè)計允許負(fù)荷以下時，更要進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，平衡操作。由于沉積物質(zhì)的存在，使?fàn)t內(nèi)清理工作復(fù)雜化。

2、準(zhǔn)備工作

要保證廢氣鍋爐的正常運(yùn)行，必須做好運(yùn)行前的準(zhǔn)備告你工作。其中包括整個廢氣鍋爐系統(tǒng)的技術(shù)資料準(zhǔn)備，主體設(shè)備和輔助設(shè)備的檢查驗收及爐內(nèi)清理，煮爐等工作。

從事廢氣鍋爐運(yùn)行管理的工作人員，首先應(yīng)對廢氣鍋爐系統(tǒng)的技術(shù)性能，圖紙資料，操作規(guī)程和方法，安裝制造的各種驗收資料，廢氣鍋爐在整個工藝生產(chǎn)中的作用及地位，爐前爐后生產(chǎn)設(shè)備的工況，在開車停車操作過程中的調(diào)節(jié)手段等都應(yīng)摸清楚，并對各種特殊情況下發(fā)生的事故能熟悉的處理。

新安裝或剛檢修完畢的廢氣鍋爐及其附件，運(yùn)行前不許仔細(xì)檢查，如爐體外部保溫層油漆防腐涂層是否完整，設(shè)備支座，特別是彈簧支座和吊架的固定是否牢固，爐內(nèi)的施工要全部完整，內(nèi)部換熱管，上下集箱是否是否全部安裝好，上升管下降管支撐都應(yīng)齊全，所有安裝尺寸都應(yīng)符合設(shè)計圖紙要求。汽包殼體及內(nèi)件的安裝是否完好：氣泡附件，安全閥，液面計，報警器，低水位器等經(jīng)過檢驗或檢驗都以合格，并且具有實驗記錄。所有傳動設(shè)備如供水機(jī)械，加藥設(shè)備等都經(jīng)過單體試車，完整好用。所有管道閥門都應(yīng)靈活，儀表檢測裝置完好，調(diào)試準(zhǔn)確，操作方便。所有設(shè)備的基礎(chǔ)應(yīng)2堅實牢靠，開車開爐的需用物質(zhì)，工器具，原材料都應(yīng)準(zhǔn)備完全。

開爐前，廢氣鍋爐承受壓力的部件，應(yīng)進(jìn)行水壓試驗或氣壓試驗。蒸汽水側(cè)全部采用水壓實驗，試壓方法和部棸按設(shè)計圖紙。當(dāng)試壓達(dá)到要求數(shù)值時，應(yīng)切斷進(jìn)出口閥門，停止供水，保留5分鐘。此時壓力下降值：中壓廢氣鍋爐不超過1~2×10⁵Pa，檢查承壓部件及密封處無泄漏及無殘余變形現(xiàn)象。水壓試驗時除按照有關(guān)規(guī)定方法外，應(yīng)有專人監(jiān)視和控制壓力。如不能使用水壓實驗，側(cè)可采用氣壓試驗。

對新安裝，移裝，改裝的廢氣鍋爐或受壓元件經(jīng)過重大修理或運(yùn)行后停止一年以上的廢氣鍋爐，皆需要進(jìn)行一次超水壓試驗。其水壓試驗數(shù)值見下表。

廢氣廢氣

3、開車運(yùn)行

廢氣鍋爐的內(nèi)外部檢查及試壓，煮爐等準(zhǔn)備工作完畢后，即可接受工藝氣體。剛開始，工藝氣體應(yīng)少量進(jìn)入爐內(nèi)，使?fàn)t壁加熱管慢慢升溫，使個部分受熱均勻。同時水系統(tǒng)也慢慢升溫，此時氣泡放空閥應(yīng)打開，與蒸汽總管的連接閥應(yīng)關(guān)閉。氣泡液面保持正常水位，當(dāng)水溫升到100℃以上，即可產(chǎn)生蒸汽，此時即可將放空閥關(guān)閉，氣泡開始升壓當(dāng)壓力提升到0.5~1×10⁵時，應(yīng)沖洗玻璃液位計，防止連水管和連氣管堵塞，產(chǎn)生假液面。當(dāng)壓力升到1~1.5×10⁵時，應(yīng)沖洗壓力表的存水彎管，檢查壓力表的可靠性，氣泡，爐內(nèi)繼續(xù)升溫，經(jīng)常調(diào)節(jié)工藝氣體的流量及溫度，使?fàn)t內(nèi)水側(cè)緩慢升溫升壓。當(dāng)氣壓升到2×10⁵時，應(yīng)檢查廢氣鍋爐各部分是否泄露，并再次擰緊液面計及人孔等的螺栓。當(dāng)壓力升到3.5~4.0×10⁵Pa時，需要進(jìn)行氣泡內(nèi)的短期排污。爐內(nèi)繼續(xù)升壓到工作壓力的50%時，應(yīng)對廢氣鍋爐系統(tǒng)的泄露處再次擰緊螺栓和檢查，如發(fā)現(xiàn)不正常現(xiàn)象，應(yīng)立即停止試壓，待消除故障后再進(jìn)行。試壓后將安全閥封好。

一切檢查和試壓調(diào)整合格后，就可將蒸汽送入需要的蒸汽管網(wǎng)，即叫并汽。在并汽前應(yīng)對蒸汽管路，閥門，法蘭均勻加熱，將管內(nèi)存積的冷凝水沖放干凈，防止水擊。這種暖管及排水工作應(yīng)在氣泡升壓到三分之二工作壓力時進(jìn)行。并汽時應(yīng)特別注意氣泡液位，再次沖洗玻璃液位計，檢查水位是否正常。并汽時氣泡壓力低于蒸汽總管壓力0.5~1×10⁵Pa，先緩慢地開啟主汽閥，直到蒸汽和外界管線連通而聽不到管內(nèi)流動聲時，才可以加快開啟閥門的速度，并氣時還應(yīng)注意氣包壓力，液位和管內(nèi)水擊等現(xiàn)象。并氣后，對水位嚴(yán)格控制，根據(jù)產(chǎn)氣量和連續(xù)排污量適當(dāng)給水，以便使液位保持穩(wěn)定。從開車升溫，升壓至氣包并氣一般為23h。廢氣鍋爐剛投入運(yùn)行時，工藝氣體流量小，負(fù)荷較低，一般不導(dǎo)入生產(chǎn)系統(tǒng)而放空，此時進(jìn)爐出爐的工藝氣體溫度要求不嚴(yán)，而以水側(cè)氣溫，氣壓的提升速度來調(diào)節(jié)。有些廢氣鍋爐沒有進(jìn)出口旁路，并氣后即可逐步將工藝氣體全部導(dǎo)入爐內(nèi)。有的廢氣鍋爐在剛開車開爐時，水循環(huán)的建立比較困難，因而要特別注意工藝氣體的調(diào)節(jié)和控制。如果工藝氣體中含有微?；蚝薪刮?，則既要保證氣體流速，又要放慢氣包升壓升溫速度，兩者要綜合平衡操作。

并氣后，廢氣鍋爐開始正常運(yùn)行。對爐內(nèi)的氣包液位，壓力，氣溫，氣壓，氣量，氣水質(zhì)量，工藝氣體進(jìn)出口溫度，流量等進(jìn)行操作和調(diào)節(jié)，并應(yīng)嚴(yán)格控制。

氣包的液位，是保證廢氣鍋爐正常運(yùn)行的重要標(biāo)志。運(yùn)行時玻璃液位計中的水位有略微波動，負(fù)荷低時水位略高，負(fù)荷高時水位稍低，在任何情況下爐內(nèi)水位不能超過最低和最高水位線。正常水位的波動一般不能超過最低和最高水位線的mm。玻璃液位計每班必須沖洗一次。如果玻璃液位計內(nèi)看不清水線，應(yīng)立即檢查摸清實際水位的高低，在沒有確切知道氣包內(nèi)的水位之前，應(yīng)停止向鍋內(nèi)供水。

1992年3月30日，《船用廢氣鍋爐技術(shù)要求》發(fā)布。

1993年1月1日，《船用廢氣鍋爐技術(shù)要求》實施。