有关余热锅炉设计特点

有关余热锅炉的设计特点研究
【摘要】：余热锅炉是很多冶炼厂不可缺少的设备之一，它不但可以回收高温烟气中的二次能源，降低烟气温度，更重要的是捕集高温烟气中的烟尘，回收贵重金属，降低烟气的含尘量，保证工艺系统的畅通，为尾部工艺创造有利条件。

本文从铜冶炼厂的实际情况出发，介绍了其余热锅炉的节能设计，为我国余热锅炉的设计和运行提供参考。

【关键词】：余热锅炉、设计、特点研究
引言
余热锅炉是很多冶炼厂不可缺少的设备之一，它不但可以回收高温烟气中的二次能源，降低烟气温度，更重要的是捕集高温烟气中的烟尘，回收贵重金属，降低烟气的含尘量，保证工艺系统的畅通，为尾部工艺创造有利条件。

比如就铜冶炼厂而言，使用较多的冶金炉主要有：闪速炉、转炉、阳极炉等。

由于冶金炉生产过程中，烟气量变化较大，烟气中so2及烟尘含量高。

因此要使余热锅炉在这种恶劣的条件下工作，首先就要从余热锅炉的设计着手，尽可能适应烟气条件，满足工艺要求。

一余热锅炉概况
笔者以铜冶炼厂余热锅炉为列，具体说明余热锅炉的结构型式。

铜冶炼厂余热锅炉一般有一下两种。

1多通道式。

烟气在锅炉中成多回程式流动。

比如双进气双通道模块式余热
锅炉，它包括锅炉烟道，在锅炉烟道内设置将锅炉烟道分隔成左、右两个烟道的中间隔板，左、右烟道分别与左、右进气口相通，左、右烟道与同一个出烟口相通，锅炉的受热面布置在左、右烟道中，且左、右烟道共用同一受热面。

此种结构合理，同一受热面在被隔离开的两烟道内与不同品质的两种烟气进行热交换后产生蒸汽，烟气经一个出烟口出烟。

不同品质的两种烟气相互独立，互不干扰，在不同的烟道内完成气水、气汽等热交换。

2直通式。

烟气在锅炉内不转弯，成直流式流动。

这两种余热锅炉在结构布置上特点各异，根据铜冶炼生产过程的特点，大多数冶金炉排出的so2和烟尘含量高，烟气量波动大，烟气温度高，而且烟尘中含有粘结性很强的金属。

为了防止积灰，常采用直通式余热锅炉。

余热锅炉按水循环方式可分为自然循环型、强制循环型及二者相结合型三种。

究竟采用哪种型式，可根据烟气性质、入口位置、布置型式及清灰方式来确定。

二余热锅炉设计特点研究
以下以某单位铜冶炼厂的余热锅炉设计情况为例，简要说明余热锅炉的设计特点。

1 余热锅炉设计参数的确定
余热锅炉设计参数主要根据工艺烟气条件和蒸汽用途来确定，由于烟气运行条件恶劣，为防止烟气低温腐蚀，余热锅炉工作压力
下的管壁温度必须大于烟气露点温度，并预留一定的安全富余量。

劲计算得知，在所给环境的烟气条件下的烟气露点温度在220~230o 之间，设计压力确定为6.0mpa，工作压力为5.4mpa，受热面管内温度为270o。

2 余热锅炉热平衡计算
余热锅炉设计参数见下表1。

表1 余热锅炉设计参数
3余热锅炉结构形式和特点
由于余热锅炉入口烟气温度高、含尘量大、so2浓度大，因此，余热锅炉的结构形式、清除灰方式必须采用相应措施来防止或减轻其腐蚀、积灰、堵塞、磨损等问题。

本次余热锅炉的设计，主要结构特点如下：
（1）锅炉的运行压力设为5.4 mpa，炉水的饱和温度为270oc，高于烟气中的硫酸蒸汽露点温度，可有效地避免锅炉换热面上硫酸蒸汽揭露，防止低温腐蚀；
（2）辐射室及对流段均设有膜式水冷壁，并配有外护板；fsf 和fcf与whb及whb辐射室与对流室链接均采用以填料密封的柔性连接方式；whb出口与后部烟道直接焊接，并设有补偿装置，灰斗的落灰口配备有密封功能的埋挂板输灰机，以上措施可有效防止锅炉漏风，使之具有良好的密封性；
（3）采用直通烟道式整体结构，烟气流畅，并有利于振打清灰。

（4）锅炉的炉水循环系统采用强制循环系统，不设下联箱，烟灰可自由沉降而进入灰斗下的刮板出灰机、减少烟尘在炉内堆积。

（5）锅炉设有较大的辐射冷却室，对流部入口设凝渣屏，可有效改善对流段的磨损。

（6）设有alstom专利技术的弹簧捶打和管束振打清灰装置，可减缓或防止锅炉受热面积灰。

4余热利用系统设计计算
（1）蒸汽产汽量和消耗量计算
余热锅炉产汽量见表2。

表2 余热锅炉产汽量
（2）余热锅炉蒸汽参数的确定
由于烟气的成分不同，其硫、水蒸气含量各不相同。

因此在烟气成分确定以后，先确定烟气露点，再取蒸汽温度等于烟气露点，确定出余热锅炉的工作压力，圆整后确定余热锅炉的设计压力及饱和蒸汽的温度。

这样管壁温度就比烟气露点高出30℃～60℃，从而保证了锅炉尾部受热面不会发生低温腐蚀。

蒸汽压力、蒸汽温度确定以后，即可按锅炉热平衡方式确定烟气最大量时的锅炉最大蒸汽产量。

5 其他结构设计
在铜冶炼厂余热锅炉中，还涉及到辐射冷却室的设计、锅炉管径的选取方法、对流受热面的设计等方面。

在具体设计时，合理组织辐射冷却室内的烟气动力场，利用烟气中三原子气体和烟尘的有效辐射传热，将高温烟气迅速冷却至烟尘的粘结温度以下，使烟尘变成固体灰粒；锅炉水冷壁受热面结构型式很多，鉴于铜冶炼厂烟气含尘大、硫分、水分含量较高，因此辐射冷却室常采用整体水冷壁结构，这样可防止炉内so2的渗出或外面空气漏入，从而防止了腐蚀，并保证了so2的浓度，有利于制酸。

具体到锅炉管径大小的设计，管径愈小，传热愈好，重量愈小；对于对流受热面的设计为了防止烟尘结渣堵塞管间，常在冷却室出口设计凝渣管，具体计算情况在此不再赘述。

对于高温区灰斗的设计，具体设计时，高温区灰斗的四周应用水冷壁遮盖，使烟气与水冷壁管直接接触，并使烟尘在灰斗中得到进一步冷却，形成不粘结性积灰。

结论
笔者从铜冶炼厂的余热锅炉设计情况出发，介绍了余热锅炉的具体设计方法，并总结了铜冶炼厂余热锅炉设计的一般原则和特点。

就目前情况而言，随着余热锅炉设计水平的不断提高，锅炉余热的回收率已经有了明显的提高，但是前面的路还又很远。

为了能更好的利用资料，更好的保护我们的环境，所有业内人士还需更加的努力，使余热锅炉的设计更加优化，更进一步提高锅炉烟气余热的回收利用率，为美化我们的环境尽自己一份力。

参考文献
［1］金安定等编.工业锅炉原理.西安交通大学出版社出版，1989.
［2］北京有色冶金设计研究总院主编.余热锅炉设计与运行.冶金工业出版社，1983年.
［3］姜慧.崔国民.倪锦.胡向柏调峰电厂联合循环余热锅炉改造案例及分析 [期刊论文] -上海理工大学学报2010(1) 注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。