一種新型煙化爐余熱鍋爐的開發(fā)與設(shè)計

摘 要：文章主要介紹了一種新型煙化爐余熱鍋爐，它是一種全面回收煙化爐余熱而將煙化爐與余熱鍋爐設(shè)計成一體化的爐窯。余熱鍋爐用來冷卻煙化爐排出的高溫煙氣，回收煙氣余熱，所產(chǎn)生的飽和蒸汽用于發(fā)電或供生產(chǎn)、生活使用。

關(guān)鍵詞：余熱；煙化爐；節(jié)能

1 鍋爐設(shè)計參數(shù)和進口煙氣參數(shù)

額定蒸發(fā)量： 24t/h

額定蒸汽壓力： 3.9MPa（表壓）

額定蒸汽溫度： 250.4℃（飽和溫度）

鍋爐循環(huán)方式： 自然循環(huán)

汽包給水溫度： 104℃

出口煙氣溫度： 400℃±20℃

1.1 省煤器設(shè)計參數(shù)

省煤器給水流量： 30～32t/h

省煤器進水溫度： 25℃

省煤器出水溫度： ≈85℃

省煤器工作壓力： 0.2～0.5MPa

省煤器出口煙氣溫度：200±20℃

金屬重量 665.9t（受壓件277，結(jié)構(gòu)件388.9）

1.2 鍋爐進口煙氣參數(shù)

鍋爐進口煙氣量 31340Nm3/h

鍋爐進口煙氣溫度 1200℃

鍋爐進口煙氣含塵量 103.98g/Nm3

表1 煙化爐出口煙氣成分（體積%）

圖1

2 工作原理

在煙化爐熔池中加入高溫熔渣，吹入粉煤，含煤空氣射流進入渣液中強烈攪動渣液，粉煤燃燒產(chǎn)生的熱使渣液升溫并維持冶煉反應(yīng)所需的溫度，燃燒產(chǎn)生的CO氣體在高溫流動條件下，與渣中的金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)生成金屬單體。被還原出來的易揮發(fā)物隨煙氣脫離吹煉池進入煙化爐余熱鍋爐的頂帽，頂帽內(nèi)的煙氣含有大量的CO、鉛鋅蒸汽等。可燃物質(zhì)在加料口、三次風(fēng)口等處吸入的空氣助燃下，燃燒放熱，同時生成的金屬氧化物煙塵產(chǎn)品。高溫煙氣在頂帽內(nèi)復(fù)燃，經(jīng)輻射室、對流室、連接煙道、省煤器后排出，進入收塵系統(tǒng)。

3 鍋爐結(jié)構(gòu)

本臺煙化爐余熱鍋爐采用單鍋筒縱置式立式、自然循環(huán)、懸吊結(jié)構(gòu)，主要由頂帽（氧化復(fù)燃室）、煙氣冷卻室（輻射室、對流煙道）、清灰機構(gòu)、連接煙道、省煤器組成。

煙化爐設(shè)在車間內(nèi)，余熱鍋爐布置在室外，余熱鍋爐設(shè)在6.500m平臺上。汽包中心線標高27.900m。鍋爐共28根鋼柱，操作層設(shè)置在6.5m標高，除省煤器采用輕型護板結(jié)構(gòu)外，其余受熱面均為全膜式壁結(jié)構(gòu)，來自煙化吹煉池的1200℃煙氣依次通過頂帽（氧化復(fù)燃室）、燃盡室、對流管束煙道、連接煙道、省煤器。

3.1 頂帽、煙氣冷卻室

3.1.1 煙化爐頂部設(shè)計成水冷壁直升煙道（頂帽）結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔尺寸：5080×2160×8120，水冷壁由？準51的鋼管和的扁鋼構(gòu)成。鍋爐入口直接與煙化爐連接，并設(shè)有膨脹密封裝置。

3.1.2 煙氣冷卻室：輻射室是由？準51的鋼管扁鋼構(gòu)成的水冷壁所構(gòu)成的空腔形式，輻射室水平斷面尺寸9560×4260；對流煙道由？準51的鋼管和扁鋼構(gòu)成的水冷壁所組成。共四個對流煙道，第一煙道斷面尺寸為3460×4260，其它二、三、四煙道斷面尺寸均為2760×4260；在對流煙道中設(shè)有？準42鋼管形成對流管束。對流管束采用大節(jié)距、縱向沖刷結(jié)構(gòu)，防止積灰結(jié)焦。

3.1.3 汽包采用縱置式結(jié)構(gòu)，便于上升下降管的布置。規(guī)格為？準1400，鋼板焊制而成。鍋筒擱置在鋼架上的兩個鍋筒活動支座上，便于前后自由膨脹。

3.1.4 爐墻保溫：煙化爐頂帽采用硅酸鋁纖維隔熱材料，全部重量通過支撐鉤及本身的粘結(jié)力作用于水冷壁上，外部采用瓦楞板。煙氣冷卻室采用硅酸鋁纖維隔熱材料，全部重量通過支撐鉤作用于水冷壁上。汽包的保溫采用硅酸鋁纖維隔熱材料。

3.2 省煤器：為單煙道水平蛇形管結(jié)構(gòu)。煙道凈尺寸：2580×2420×13960，煙氣從上至下流動，逆流換熱。蛇形管共18組，由？準38的無縫鋼管制成設(shè)檢修空間高度，一側(cè)開設(shè)清理門5個。省煤器整體支撐于其下土建基礎(chǔ)上。省煤器的保溫采用外保溫，為硅酸鋁纖維。

3.3 連接煙道：采用鋼板焊接而成，內(nèi)設(shè)保溫層。由于煙道與水冷系統(tǒng)的膨脹量不同，煙道下部固接在梁上，上部采用彈簧支架來支撐。在連接煙道進口與水冷系統(tǒng)出口處、連接煙道出口與省煤器進口處都設(shè)置了非金屬膨脹節(jié)，以滿足各部件的不同膨脹量的要求。

3.4 清灰系統(tǒng)：煙化爐煙塵粘結(jié)性強，根據(jù)煙塵在高溫段的特點，采用高效彈性性振打機、燃氣高能脈沖吹灰器和人工清灰相結(jié)合。頂帽、輻射室布置有10+28臺高效彈性振打機和7臺燃氣高能脈沖吹灰器；對流室布置10臺高效彈性振打機、20臺燃氣高能脈沖吹灰器；省煤器設(shè)計有4臺燃氣高能脈沖吹灰器。

高效彈性振打機技術(shù)參數(shù)如下：

電機功率：0.55 kw

錘擊頻率：≈3次/min

錘擊力：30～100 KN

激發(fā)頻率：200～500 Hz

4 鍋爐安全運行

為保證鍋爐安全運行，鍋爐給水，鍋爐水和蒸汽均設(shè)定期取樣化驗。汽包水位在汽包中心線上，在儀表室設(shè)水位控制系統(tǒng)。

本鍋爐電控系統(tǒng)與燃燒爐控制系統(tǒng)聯(lián)鎖，鍋爐電控接收電接點壓力表信號，當鍋爐超壓時，實施報警和聯(lián)鎖保護，順序切斷燃燒系統(tǒng)及煙風(fēng)系統(tǒng)電源，鍋爐電控系統(tǒng)應(yīng)有高低水位報警及聯(lián)鎖保護，極限高水位時，停止給水泵并報警；極限低水位時報警并順序切斷燃燒系統(tǒng)及煙風(fēng)系統(tǒng)電源，超壓報警、極限高、低水位報警、聲光信號能夠區(qū)分。主蒸汽溫度接收測溫熱電偶信號，超溫時報警，提醒運行人員調(diào)整減溫水調(diào)節(jié)閥。

5 鍋爐運行結(jié)果

該鍋爐自2013年5月在湖南某地投入運行后，經(jīng)幾個月的連續(xù)運行，鍋爐的各個運行都指標達到或超過了設(shè)計要求。改型鍋爐不僅提高了原冶煉工藝的能源利用率，還提高了原冶煉產(chǎn)品的質(zhì)量。該型號鍋爐的成功運行，為我國金屬冶煉行業(yè)節(jié)能降耗和提高工藝質(zhì)量提供一種新型的設(shè)備。

參考文獻

[1]北京有色冶金設(shè)計研究院.余熱鍋爐設(shè)計及運行[Z].

[2]余熱鍋爐研究與設(shè)計[M].中國標準出版社.

作者簡介：張宇（1985-），男，主要從事鍋爐設(shè)計工作。