（長(zhǎng)沙鍋爐廠有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410114）

有色冶金爐余熱鍋爐設(shè)計(jì)原則及應(yīng)用

唐棟

（長(zhǎng)沙鍋爐廠有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410114）

時(shí)代的發(fā)展伴隨著科技的創(chuàng)新，也讓各項(xiàng)技術(shù)得到了相應(yīng)的發(fā)展。特別是對(duì)于工業(yè)而言，作為我國(guó)支柱性行業(yè)，其發(fā)展往往給國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)關(guān)鍵的促進(jìn)作用，但是要真正實(shí)現(xiàn)預(yù)期的發(fā)展目標(biāo)，則需要與時(shí)俱進(jìn)，特別是在技術(shù)革新方面，應(yīng)當(dāng)更加注重設(shè)計(jì)的科學(xué)性、運(yùn)用的廣泛性以及使用的安全性。以冶煉技術(shù)為例，冶煉產(chǎn)品的純度高低與冶煉技術(shù)存在密切關(guān)聯(lián)性，應(yīng)加以關(guān)注與重視。

有色冶金爐；余熱鍋爐；設(shè)計(jì)原則及運(yùn)用

目前有色金屬的冶煉包含多類(lèi)冶煉爐，如反射爐、閃速爐、煙化爐等，冶煉爐最大的問(wèn)題主要體現(xiàn)在冶煉工藝過(guò)程中對(duì)熱量的耗費(fèi)過(guò)多，雖然多數(shù)企業(yè)會(huì)安放相應(yīng)的散熱設(shè)施，但是往往難以完全散盡熱量，從而導(dǎo)致余熱產(chǎn)生。而且考慮到有色金屬冶煉的煙氣具備溫度高、含塵量大、具有腐蝕性的特點(diǎn)，也會(huì)導(dǎo)致余熱鍋爐在收納這些煙氣過(guò)程中產(chǎn)生熱源不確定，受熱表面會(huì)出現(xiàn)殘?jiān)?、堵塞、蝕壞等問(wèn)題。以下有色冶金爐余熱鍋爐設(shè)計(jì)原則及應(yīng)用方面入手，進(jìn)行具體的分析和研究。

1 有色冶金爐余熱鍋爐的設(shè)計(jì)原則

1.1 按照煙氣特點(diǎn)完成余熱鍋爐選定

按照有色冶金爐煙氣的特性,并參考關(guān)于世界余熱鍋爐最新研究成果,鍋爐主要類(lèi)型選定應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個(gè)規(guī)律進(jìn)行完整研究。

（1）完善配置應(yīng)當(dāng)按照各類(lèi)條件可以劃分為兩個(gè)類(lèi)型：一類(lèi)是水平直接煙道構(gòu)造，廢氣整體運(yùn)動(dòng)為水平方向；另一類(lèi)是為多回程垂直沖擊煙道構(gòu)造。對(duì)于前者而言，一般煙氣運(yùn)動(dòng)為直線型,可降低煙氣運(yùn)動(dòng)及灰塵遍布差異性帶來(lái)的不良后果,從而有效避免移動(dòng)灰塵直接在一些死角與轉(zhuǎn)角積壓，甚至對(duì)一些位置產(chǎn)生過(guò)度摩擦損傷；對(duì)于后者而言，則是通過(guò)增加管屏間節(jié)間隙,導(dǎo)致灰塵無(wú)法聚集成堆，而且煙氣運(yùn)動(dòng)方向是從下向上,則能夠有效分散部分大顆?；覊m，減少其濃度,而且占據(jù)區(qū)域不大，較為便捷。當(dāng)然，在煙灰濃度過(guò)高的情況下，第一種類(lèi)型則為首選。

（2）余熱鍋爐可以構(gòu)建為內(nèi)部中空，且設(shè)定輻射室，同步加大輻射受熱范圍,以便溫度下降至結(jié)渣指定溫度以下，表現(xiàn)為熔融狀態(tài)，從而逐步成為固態(tài)顆粒落下，避免再次運(yùn)動(dòng)至對(duì)流受熱位置出現(xiàn)結(jié)渣、堵集等問(wèn)題。

（3）鍋筒不直接受熱,而將鍋筒移至鍋爐上部，從而便于受熱面的有效管控。

（4）爐膛水冷壁內(nèi)部應(yīng)當(dāng)選擇膜式構(gòu)造，因?yàn)槠涔軓阶銐驅(qū)挘瑑?nèi)部核心距離小,能最大程度保證輻射傳導(dǎo)效果，從而完整保護(hù)整體結(jié)構(gòu)的封閉，便于爐渣清理。

1.2 按照熱源特征規(guī)定運(yùn)作方法

因?yàn)檫M(jìn)入余熱鍋爐的熱源負(fù)荷存在不定性,這也是由于煙氣含量及溫度呈現(xiàn)出定期的波動(dòng)導(dǎo)致。特別是一些進(jìn)行間隙工作的鍋爐，即如煙化爐等等，這些鍋爐的煙氣含量一直出現(xiàn)最小值至最大值的反復(fù)改變，就算是針對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)作的鍋爐，依然存在相應(yīng)的間歇流程，諸如投料、清渣等等，這也容易產(chǎn)生溫度及煙氣含量變化的問(wèn)題。此外，要避免余熱鍋爐低溫條件下產(chǎn)生水循環(huán)障礙問(wèn)題，最有效的處理方法是用強(qiáng)制循環(huán)，特別是針對(duì)受熱不集中的狀況下，強(qiáng)制循環(huán)往往可以達(dá)到一定效果，而且其還能保證出現(xiàn)不穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，鍋爐組件的伸縮變化，進(jìn)而避免鍋爐部分位置溫度過(guò)高。而且熱源負(fù)荷不定性會(huì)導(dǎo)致蒸汽溫度改變，所以需要采取幾個(gè)余熱鍋爐并行運(yùn)作方法，從而有效分散余熱源運(yùn)作周期。

1.3 科學(xué)降低鍋爐問(wèn)題及除灰渣辦法

要科學(xué)降低鍋爐運(yùn)作問(wèn)題，達(dá)到預(yù)期的除灰渣效果，則需要從以下幾個(gè)方面入手。

（1）科學(xué)配置對(duì)流受熱范圍，即可以運(yùn)用膜式水冷壁結(jié)構(gòu),當(dāng)煙氣運(yùn)動(dòng)速度較小時(shí)（2～3m/s），則可以降低磨損問(wèn)題產(chǎn)生，同時(shí)可以開(kāi)展清灰操作，能達(dá)到更好的效果。當(dāng)然，余熱鍋爐如果運(yùn)用不設(shè)置對(duì)流受熱面的方式，也可以降低煙灰的附著,以間接降低產(chǎn)品(煙塵)含量。

（2）避免高低溫腐蝕問(wèn)題，若是高溫積灰所生成的內(nèi)灰層含有較多的堿金屬，它與飛灰中的鐵鋁等成分以及煙氣中通過(guò)松散外灰層擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的氧化硫的較長(zhǎng)時(shí)間的化學(xué)作用便生成堿金屬的硫酸鹽等復(fù)合物，熔化或半熔化狀態(tài)的堿金屬硫酸鹽復(fù)合會(huì)與再熱器和過(guò)熱器的合金鋼會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，使壁厚減薄應(yīng)力增大以致引起管子產(chǎn)生里蠕變管壁更薄最后導(dǎo)致應(yīng)損壞而爆管，也就是所謂的高溫腐蝕。因而合理把控受熱位置的溫度也是至關(guān)重要的。當(dāng)然，在正常狀況下建議不加入過(guò)熱設(shè)備，如有需求，也應(yīng)設(shè)定在煙塵溫度低于700℃的位置。由于煙氣中含二氧化硫較高,與廢氣的水蒸汽發(fā)生反應(yīng)形成硫酸,若受熱位置溫度未超過(guò)硫酸露點(diǎn)，后者就會(huì)凝固在對(duì)應(yīng)的位置上，也就是所謂的低溫腐蝕，而避免這類(lèi)問(wèn)題，則需要保證受熱位置溫度始終在硫酸露點(diǎn)以上。一般溫度會(huì)大于酸露點(diǎn)5～10℃左右，而需要合理增加鍋爐內(nèi)部壓強(qiáng)，這樣可以有效降低低溫腐蝕概率，同步減少硫酸露化與鍋爐灰塵構(gòu)成的粘性較大的爐渣產(chǎn)生。

（3）科學(xué)的除渣方法，一般而言，要清除大部分的鍋爐灰渣，可以選壓縮空氣吹入以及彈性振打等方法，當(dāng)然對(duì)于前者而言，往往需要與專(zhuān)業(yè)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合使用，花費(fèi)資金較大。而且無(wú)法滿足微小類(lèi)鍋爐除渣需求；相對(duì)而言，后者一般是安放在水冷壁上，構(gòu)造包含振打設(shè)備、振打桿、緩沖彈簧及固定構(gòu)架構(gòu)成。而且可以滿足對(duì)于不同程度的爐渣灰的處理，可以針對(duì)性選擇不同頻率的參數(shù)。當(dāng)然，從具體情況分析，這種變頻功能雖然適用性較強(qiáng)，但是沖擊效果不明顯，而且移動(dòng)范圍有限，對(duì)于除渣往往難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，因而需要考慮選擇科學(xué)的沖擊力和振打頻率，以達(dá)到預(yù)期的除灰目標(biāo)。

2 有色冶金爐余熱鍋爐的設(shè)計(jì)運(yùn)用

對(duì)于大部分長(zhǎng)期運(yùn)行的有色冶金余熱鍋爐而言，煙氣產(chǎn)生流程相對(duì)恒定，但是煙氣溫度波動(dòng)很大。而且分析煙氣的多個(gè)特點(diǎn),具體的余熱鍋爐設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮以下原則。

（1）構(gòu)建多通道煙氣換熱空間。主通道為輻射中空位置，次通道則為對(duì)流空間。煙氣一般運(yùn)作是在垂直沖擊受熱位置。

（2）仔細(xì)分析煙氣量不穩(wěn)定及溫度波動(dòng)的特點(diǎn)，若煙氣變化太巨量，則需適當(dāng)加大鍋筒容量（加大或伸長(zhǎng)）。如果煙氣量及溫度波動(dòng)太大，容易導(dǎo)致給水操作反應(yīng)滯后，導(dǎo)致水位難以控制。適當(dāng)加大鍋筒容量，能延緩水位波動(dòng)速度，更便于操作。

（3）不設(shè)置省煤器。將水汽統(tǒng)一聚合至單汽包，同時(shí)落實(shí)分離工作，汽包一般就設(shè)置在爐膛上部。

（4）運(yùn)用強(qiáng)制循環(huán)方法。

（5）合理設(shè)置鍋爐設(shè)計(jì)壓力。以我公司的某臺(tái)有色冶金爐余熱鍋爐為例：鍋爐額定壓力2.1MPa左右，煙氣包含二氧化硫（占比11.85%）、三氧化硫（占比0.12%）、水蒸氣（占比8.5%），可以運(yùn)算獲得煙氣露點(diǎn)溫度為216℃。而水冷壁壁溫大約為276℃，會(huì)超過(guò)煙氣露點(diǎn)溫度，避開(kāi)低溫腐蝕。

（6）運(yùn)用吹入壓縮空氣及振打綜合的清理方法，以前者為主。運(yùn)用伸縮類(lèi)吹灰設(shè)備，從而避免清理過(guò)程出現(xiàn)疏漏。

（7）鍋爐以懸掛方法發(fā)揮其鋼結(jié)構(gòu)彈性。

詳細(xì)的構(gòu)造如圖1所示。

圖1 有色冶金爐余熱鍋爐設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語(yǔ)

綜合而言，有色冶金爐余熱鍋爐的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對(duì)一些固有問(wèn)題的處理，比如煙塵溫度高、灰渣清理難等等，而且設(shè)計(jì)需要考慮鍋爐內(nèi)部的高溫、腐蝕環(huán)境，應(yīng)當(dāng)結(jié)合科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。本文提及的方案均是通過(guò)實(shí)際分析取得，具有一定可行性。

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