高少娟+方永峰+常思捷

摘 要：文章結(jié)合鋼鐵行業(yè)的煙氣余熱特點(diǎn)，介紹了一種燒結(jié)機(jī)余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并結(jié)合一臺燒結(jié)機(jī)余熱鍋爐設(shè)計(jì)，詳細(xì)說明了鍋爐各個(gè)部分設(shè)計(jì)情況。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)；余熱鍋爐；開發(fā)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0106-02

前言

隨著社會的快速發(fā)展，能源的需求量也越來越大，以煤、石油、天然氣為代表的常規(guī)能源每天都在大量的耗費(fèi)，在使用這些化石燃料時(shí)也造成了一系列嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。如何在這些能源的使用過程中提高能源利用效率，減少能源的浪費(fèi)是我們迫切需要解決的問題。余熱利用是解決此類問題重要途徑，在燒結(jié)機(jī)工序中，有近50%的熱能以顯熱形式排入大氣，既浪費(fèi)了能源又污染了環(huán)境。但是排出的這部分燒結(jié)廢氣的溫度往往不高，對這部分熱量的回收利用大家不太重視，同時(shí)回收時(shí)難度較大且投資較高導(dǎo)致企業(yè)不愿意回收，但隨著企業(yè)間生產(chǎn)成本的競爭，為了通過降低自身的生產(chǎn)成本來提高產(chǎn)品的市場競爭力，隨著燒結(jié)機(jī)余熱利用技術(shù)的進(jìn)步，燒結(jié)機(jī)余熱利用技術(shù)開始逐漸得到了重視和發(fā)展，但設(shè)計(jì)此類余熱利用的鍋爐時(shí)仍有許多需要完善的地方，本文以一臺11噸燒結(jié)機(jī)余熱鍋爐煙氣和蒸汽流程設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)實(shí)例，以便通俗概要的說明此種鍋爐通用的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)，以便為此類鍋爐的設(shè)計(jì)提供一定的設(shè)計(jì)方法。

1 鍋爐參數(shù)及結(jié)構(gòu)簡介

本余熱鍋爐是自帶高低壓三段式系統(tǒng)的燒結(jié)機(jī)余熱鍋爐，主要應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)，鍋爐的煙氣進(jìn)口是雙段煙氣進(jìn)口，為了充分利用余熱，鍋爐的介質(zhì)壓力采用的是高低壓配合方式。鍋爐第一段進(jìn)口煙溫為410℃，第二段進(jìn)口煙溫為290℃，出口煙溫均為139℃左右，工質(zhì)側(cè)的高壓為2.1MPa，低壓為0.40MPa，考慮到鋼鐵行業(yè)是用電大戶，因此鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)都考慮了自備發(fā)電，因此高低壓都設(shè)計(jì)了過熱器。

1.1 鍋爐基本參數(shù)

1.1.1 煙氣參數(shù)

鍋爐高壓段煙氣進(jìn)口技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）高壓段進(jìn)口實(shí)測煙氣量：83500Nm3/h；（2）高壓段進(jìn)口實(shí)測煙氣溫度：410℃；（3）高壓段進(jìn)口煙氣實(shí)測含塵量：5g/Nm3。

鍋爐低壓段煙氣進(jìn)口技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）低壓段進(jìn)口實(shí)測煙氣量：71200Nm3/h；（2）低壓段進(jìn)口實(shí)測煙氣溫度：290℃；（3）低壓段進(jìn)口煙氣實(shí)測含塵量：0.45g/Nm3。

1.1.2 鍋爐雙壓段全工質(zhì)技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）高壓段設(shè)計(jì)技術(shù)額定蒸發(fā)量11t/h；（2）高壓段設(shè)計(jì)技術(shù)額定蒸汽壓力2.1MPa；（設(shè)計(jì)絕對壓力下）；（3）高壓段設(shè)計(jì)技術(shù)額定蒸汽溫度350℃；（4）高壓段設(shè)計(jì)技術(shù)既定給水溫度

143℃；（5）低壓段設(shè)計(jì)技術(shù)額定蒸發(fā)量3.5t/h；（6）低壓段設(shè)計(jì)技術(shù)額定蒸汽壓力0.40MPa（設(shè)計(jì)絕對壓力下）；（7）低壓段設(shè)計(jì)技術(shù)額定蒸汽溫度200℃；（8）高壓段設(shè)計(jì)技術(shù)既定給水溫

度133℃；（9）熱水段出水量～16t/h；（10）熱水段設(shè)計(jì)技術(shù)出水壓力0.40MPa（絕對壓力）；（11）熱水段設(shè)計(jì)技術(shù)出水溫度133℃；（12）熱水段設(shè)計(jì)技術(shù)既定給水溫度30℃。

1.2 鍋爐結(jié)構(gòu)簡述

本鍋爐分為高壓段和低壓段兩部分，整體布置為立式，是一臺自帶高低壓系統(tǒng)的余熱鍋爐系統(tǒng)。本鍋爐的工質(zhì)流程如下：高壓段給水自低壓鍋筒引出，經(jīng)過加壓水泵加壓后進(jìn)入較高壓力給水的煙氣流道內(nèi)省煤器中，在此煙氣流道內(nèi)的較高壓力介質(zhì)省煤器中，通過和較高的煙氣壁面換熱，管子內(nèi)的水升溫后按流程進(jìn)入高壓段鍋爐的鍋筒，通過布置在高壓鍋筒里的內(nèi)件及流經(jīng)這些內(nèi)件合理的開孔布置，使水經(jīng)鍋筒下降管向鍋筒外流動，經(jīng)過具有一定彎曲形狀的下降管路流動后，水流入承受較高壓力的對流管束管子內(nèi)，在這里水通過吸熱變成為汽水混合物，這些密度較小的混合物吸熱上升，最后又進(jìn)入充滿高壓汽水混合物的鍋筒內(nèi)，經(jīng)過汽水分離裝置，將飽和蒸汽經(jīng)主蒸汽出口進(jìn)入高壓過熱器，飽和蒸汽在布置有過熱器得煙氣通道內(nèi)，經(jīng)過煙氣和蒸汽的氣氣換熱，蒸汽吸熱后在壓力和溫度兩方面達(dá)到額定技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)的過熱蒸汽。同樣的道理可以達(dá)到低溫額定過熱蒸汽參數(shù)。所不同的是低壓段給水經(jīng)布置在煙道下部的鍋爐熱水段加熱后進(jìn)入了低壓鍋筒，鍋爐設(shè)計(jì)的具有較低的鍋筒壓力內(nèi)部，布置了本鍋爐的具有自除氧功能的裝置。鍋爐的煙氣流程如下：煙氣依次流經(jīng)鍋爐設(shè)計(jì)的較高壓力和溫度的過熱器、高低壓對流受熱面和熱水段，到鍋爐出口時(shí)可以把較高的煙溫，經(jīng)過以上煙氣流程可以降至139℃左右。整個(gè)被加熱的工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)分為高壓段、低壓段和熱水段三部分。

2 鍋爐獨(dú)有的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

針對燒結(jié)機(jī)余熱煙氣具有溫度低，灰塵少的特點(diǎn)，本鍋爐采用了針對性的措施，體現(xiàn)了對燒結(jié)機(jī)余熱利用的獨(dú)特設(shè)計(jì)：

（1）針對鍋爐的煙氣溫度低的特點(diǎn)，本鍋爐采用高低壓為一體的雙壓三段式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，盡可能的增大鍋爐的換熱溫壓，提高煙水側(cè)的余熱利用效率；（2）本鍋爐的余熱煙氣粉塵含量較小，為了達(dá)到煙氣干擾和灰塵的自旋轉(zhuǎn)防積灰效果，對應(yīng)的原理可以提高鍋爐熱效率，鍋爐受熱面采用厚壁螺旋鰭片管是本鍋爐在整個(gè)布置和設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用的，這樣可以有效的組織起傳熱除塵的煙氣流場，保證在較少的空間內(nèi)，布置帶有擴(kuò)展受熱面的管子，在運(yùn)行中磨損鰭片后才能磨損管子的理念，能在較大程度上延長檢修周期；（3）所有受熱面的布置采用對傳熱和擾動都很好的管系交錯(cuò)布置形式，采用此布置形式時(shí)應(yīng)合理地設(shè)計(jì)管組之間的相互間距，盡可能的利用煙氣流場的擾動混合再交叉的狀況，既保證在交錯(cuò)布置的受熱面中煙氣有足夠的氣流速度，換熱效果明顯，又能減少換熱死角，充分利用換熱面積；（4）針對煙氣灰塵小的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)把煙氣流速取上限，并采用從高溫?zé)煔獾降蜏責(zé)煔獾牡攘魉僮兘孛嬖O(shè)計(jì)，加強(qiáng)了換熱又不至于增加無效的阻力消耗，減少鍋爐自身的電能消耗；（5）為了減少鍋爐的投資及減少鍋爐的占用空間，在鍋爐的低壓段鍋筒上設(shè)計(jì)了自除氧的空間，使鍋爐的低壓段系統(tǒng)既是低壓鍋爐系統(tǒng)，又是鍋爐除氧系統(tǒng)，減少了自身的蒸汽消耗，簡化了鍋爐系統(tǒng)的除氧工藝設(shè)備。endprint

3 鍋爐結(jié)構(gòu)簡介（具體結(jié)構(gòu)見下面附圖）

3.1 高壓鍋筒及過熱器

為了保證汽水品質(zhì)，鍋筒內(nèi)設(shè)備有：水下孔板、波形板分離器、給水裝置分離和配水裝置、加藥管和排污管。

過熱器采用逆流擾動交錯(cuò)結(jié)構(gòu)換熱形式。過熱器的內(nèi)布置螺旋鰭片管的管徑是φ38的，整個(gè)過熱器和鍋爐外部護(hù)板組裝出廠。這樣可以縮短鍋爐安裝時(shí)間及工作量。

3.2 高壓技術(shù)設(shè)計(jì)對流管束及其下部技術(shù)設(shè)計(jì)的高壓省煤器系統(tǒng)

對流管束及其下部技術(shù)設(shè)計(jì)的高壓省煤器系統(tǒng)具有一定壓力和溫度的流動介質(zhì)與流道內(nèi)流動的煙氣壁面換熱。這兩個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置形式都是管子在水平方向上交錯(cuò)布排的。在車間與密封和支持這些部套的護(hù)板組裝出廠，縮短在現(xiàn)場的安裝周期及工作量。

3.3 低壓段設(shè)計(jì)技術(shù)鍋筒及在對流煙道內(nèi)布置的管束系統(tǒng)

低壓鍋筒主要鍋內(nèi)設(shè)備有：水下孔板、波形板分離器、給水裝置分離和配水裝置、加藥管和排污管。高壓段不同的是，在低壓鍋筒上部設(shè)計(jì)有氧氣集氣管，使低壓鍋筒具有了自除氧功能。在對流煙道內(nèi)布置的管束系統(tǒng)的具有一定壓力和溫度的流動介質(zhì)，與流道內(nèi)流動的煙氣壁面換熱。這個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置形式是管子在水平方向上交錯(cuò)布排的。在車間與密封和支持這些部套的護(hù)板組裝出廠，縮短在現(xiàn)場的安裝周期及工作量。

3.4 低壓省煤器和熱水段

低壓省煤器和熱水段的工質(zhì)與煙氣逆流換熱，利用了煙氣和介質(zhì)的溫差大的特點(diǎn)，減少了鍋爐的鋼耗量。

4 鍋爐的安全附件與電器控制

本鍋爐電控系統(tǒng)和普通的鍋爐采用的一樣，都是采用鍋爐電控電接點(diǎn)壓力表外傳信號，同時(shí)這些信號具有超壓報(bào)警和超壓聯(lián)鎖保護(hù)功能，并且超壓報(bào)警、極限高、低水位報(bào)警、聲光信號能夠區(qū)分。同時(shí)設(shè)計(jì)了常規(guī)的鍋爐安全附件，保證鍋爐的安全運(yùn)行。

5 結(jié)束語

該鍋爐已經(jīng)在河北某鋼鐵企業(yè)運(yùn)行，經(jīng)幾個(gè)月的運(yùn)行狀況考核，各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)良好，都達(dá)到或優(yōu)于鍋爐開始設(shè)計(jì)的參數(shù)要求，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。通過此鍋爐的設(shè)計(jì)，說明在設(shè)計(jì)燒結(jié)機(jī)余熱鍋爐時(shí)，應(yīng)結(jié)合余熱煙氣的自身特性，充分利用煙氣溫度低含塵量少的特點(diǎn)，采用了三段式雙壓系統(tǒng)，保證了鍋爐具有較大的溫度差，保證了換熱效率，同時(shí)采用等流速變截面設(shè)計(jì)理念及結(jié)構(gòu)布置，減少鍋爐受熱面的磨損，采用螺旋鰭片管錯(cuò)列布置，盡可能的使鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，綜合以上可以看出，針對煙氣的特點(diǎn)是可以設(shè)計(jì)出適合本行業(yè)余熱煙氣特點(diǎn)的合理鍋爐結(jié)構(gòu)。

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