铜冶炼闪速熔炼炉余热锅炉设计简介

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资源再生 ２００８／１２
技　
术
Ｔechnology
余热锅炉是现代制铜系统中关键设备之一，锅炉的先进性和可靠性直接影响到系统的技术水平和经济效益。

余热锅炉用来回收熔炼炉排出的高温烟气余热，降低烟气温度，为后部收尘和制酸创造条件，与此同时回收烟气的余热产生压力为４．２ＭＰａ的饱和蒸汽送至汽轮机发电，也可减压后并入厂区热力管网供用户使用。

下面谈谈对一台闪速熔炼炉余热锅炉的设计体会。

本锅炉是为国内一家铜冶炼企业专门设计的闪速熔炼炉制铜工艺流程配套余热锅炉。

一、闪速熔炼炉出口的烟气条件
１．烟气量：Ｑ＝５０　０００　Ｎｍ３／ｈ２．烟气温度：ｔ＝１　２５０℃３．烟气成：（％）
４．入口烟气含尘量：２５．４　ｇ／Ｎｍ３５．出口烟气温度：３５０±２０℃
二、闪速熔炼炉配套的锅炉设计基本参数
蒸发量：
３３ｔ／ｈ蒸汽温度：　饱和设计压力：　４．９　Ｍｐａ工作压力：　４．２　Ｍｐａ给水温度：　１０４℃
三、设计指导思想
熔炼炉余热锅炉设计时必须主要考虑以下问题：
铜冶炼闪速熔炼炉余热锅炉设计简介
□文／王东风　严承民
１．腐蚀问题：由于熔炼炉所产生的烟气中ＳＯ２含量较高，如果锅炉蒸汽参数选择不合理就会产生低温腐蚀，按本工程提供的烟气成分来看，烟气的酸露点温度在２００℃左右，故锅炉参数若选择在４．２Ｍｐａ（对应的饱和温度为２５５℃）或以上压力的话，就不会或很少会产生低温腐蚀。

出于低温腐蚀的考虑，锅炉不能设置省煤器。

事实上，真正对锅炉各受热面构成低温腐蚀的危险是在锅炉的停运时期，此时若不对锅炉设备进行保温、保压，各受热面温度降至环境温度，而环境中的空气进入锅炉内部后，空气中的水蒸汽与受热面表面积灰（除灰装置再先进也不能全部清除所有积灰）中的硫生成硫酸，腐蚀受热面。

本锅炉的主蒸汽工作压力为４．２Ｍｐａ还是比较合理的，若压力太大
则锅炉相对容易结渣、积灰，也不合理。

对于高温腐蚀则由于所选择主汽参数对应的饱和温度不高，再加上各膜式壁的节距不大，整个膜式壁的平均温度不高，使高温腐蚀一般不会发生。

２．积灰问题：为了防止积灰，构成各烟道的膜式壁节距依据不同的烟温来调整，使整个余热锅炉所有的膜式壁平均壁温都处在一个合理的范围内，这样即使各膜式壁沾上灰渣也容易清除。

另外锅炉共配置了８３台弹簧锤打装置，利用弹簧锺打装置来除去积灰，以确保锅炉受热面的传热效果。

３．磨损问题：由于熔炼炉烟气含尘量高，而受热面的磨损速率大约与烟气流速的三次方成正比，故降低烟速能大大延长锅炉的工作寿命。

各对流受热面的流速控制在３．３　ｍ／ｓ以下。

这样烟
ＳＯ２ ＳＯ３ Ｈ２Ｏ Ｏ２ Ｎ２ ＣＯ２１８．１ ／ １７．４ ６．３ ５１．９ ６．４
图１ 闪速熔炼炉余热锅炉总图
Brief Introduction for a Copper Flash Smelting Furnace Waste Heat Boiler Design
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气对受热面的磨损是非常小的，虽然因此而增加了一些成本，但考虑到余热锅炉在整个工艺过程中的重要性，这样做还是比较合理的。

４．密封问题：为了确保余热锅炉的密封，本锅炉的水平烟道、对流室烟道等均设计成全膜式壁结构，这不但有利于密封，还能减轻积灰、积渣，且保温也很方便。

５．膨胀问题：锅炉的膨胀有三个点吸收。

锅炉入口与熔炼炉出口烟道之间设有一个膨胀装置；辐射室与对流室接合部设有个一膨胀装置；锅炉出口设置一膨胀节。

锅炉的膨胀死点有两个，一个在辐射室入口的第二根钢柱上，另一个在对流室入口的第二根钢柱上。

四、锅炉简介
本次设计为炼铜熔炼炉配置的余热锅炉（图１）。

余热锅炉包括锅筒、辐射冷却炉膛、辐射挂屏、气流挡板、对流炉室、凝渣管束、对流管束、集箱、钢架、外包等部件。

锅炉炉体受热面的基本炉型为横向冲刷直通式，熔炼炉出口烟气水平流过锅炉，烟气进入辐射冷却炉膛，在流经凝渣管、对流管束Ⅰ￣Ⅴ至锅炉出口。

锅炉同时起到除尘、降温的作用。

为了使辐射冷却炉膛、对流炉室、凝渣管、对流管束等均能获得良好的水循环，锅炉炉体受热面采用全强制循环。

本余热锅炉采用前吊后支结构，即锅炉的辐射室全部重量通过吊杆装置悬吊在锅炉顶部钢架上。

对流室的重量基本上是通过两侧膜式水冷壁上端的Ｈ型钢支承在钢架支架上的，凝渣管束、对流管束受热面则通过管束上部的方型钢传递到到两侧膜式水冷壁的支承上，受热面可以自由向下膨胀。

余热锅炉由辐射室和对流区两大部分受热面组成。

受热面管子均采用Φ３８×５锅炉钢管制造，材料２０Ｇ／ＧＢ５３１０。

辐射室和对流室的两侧墙、前后墙和顶棚受热面均为膜式水冷壁，构成严
密的炉墙。

其管子中心距为５６ｍｍ、７２ｍｍ两种，两管之间满焊厚５ｍｍ的扁钢，弯管部分用厚５ｍｍ的钢板填补，四周与管子满焊。

气流挡板及辐射挂屏和凝渣管屏和四组对流管束都采用Φ３８×５的光管弯制成蛇形管束。

辐射室底部设置了４个落渣漏斗，便于大块渣焦的清除。

对流炉室底部安装了埋刮板除灰装置，将流至底部的灰输送至户外。

锅炉钢架按Ⅱ类场地露天布置，七度地震烈度设计。

锅炉本体钢架有２０根钢柱，其中１４根为承重立柱。

钢架系框架式结构，钢架柱、梁均采用Ｈ型钢。

钢架主柱中心线宽度为８　８００ｍｍ，钢架前后柱的最大中心线距离为３０　９３０ｍｍ。

锅炉外护板采用０．８ｍｍ厚的由铝板压成的波形板，外形美观，可随锅炉膨胀而膨胀，决无撕裂之忧。

锅炉炉墙采用敷管炉墙，炉墙材料通过抓钉及钢丝网固定在膜式水冷壁外侧。

锅炉炉顶采用大包结构，两侧墙与顶棚的连接处及对流室顶棚穿管处均有密封结构，
大包内的空气
层亦起隔热作用，大包外护板的内侧采用保温材料隔热。

为防止受热面在运行中积灰过多而影响传热效果，锅炉上配备了８３套弹簧锤打装置。

弹簧锤清灰装置具有清灰效果好、消耗动力少和运行可靠等特点。

弹簧锤采用ＰＬＣ或ＤＣＳ自动控制系统，按设定的周期自动运行。

余热锅炉是炼铜工艺过程的关键设备之一（图２），因而其安全可靠运行与整个工艺流程的正常运行息息相关。

尽管在锅炉设计中考虑到进锅炉烟气的特点，结构上着重从防腐、积灰、密封、膨胀等方面采取了措施，用材上也提高了受压元件的档次，但这还是不够的，用户在锅炉运行中密切注意锅炉的烟气温度和烟气量的变化，尽可能杜绝熔炼炉喷炉的不正常工况，以使锅炉安全正常运行，保证整个工艺流程正常运行。

自从安装投运以来，该设备一直运行稳定，各方面性能参数均达到指标要求，深得用户好评。

作者单位：金鼎锅炉股份有限公司
图２ 闪速熔炼炉余热锅炉现场外观图。