一種燒結(jié)機余熱鍋爐的開發(fā)設計

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，介紹了一種燒結(jié)機余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)、設計特點，并結(jié)合一臺燒結(jié)機余熱鍋爐設計，詳細說明了鍋爐各個部分設計情況。

關鍵詞：燒結(jié)機；余熱鍋爐；開發(fā)設計

中圖分類號：TK229 文獻標志碼：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，在使用這些化石燃料時也造成了一系列嚴重的環(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)機工序中，有近50%的熱能以顯熱形式排入大氣，既浪費了能源又污染了環(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，同時回收時難度較大且投資較高導致企業(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)機余熱利用技術的進步，燒結(jié)機余熱利用技術開始逐漸得到了重視和發(fā)展，但設計此類余熱利用的鍋爐時仍有許多需要完善的地方，本文以一臺11噸燒結(jié)機余熱鍋爐煙氣和蒸汽流程設計作為設計實例，以便通俗概要的說明此種鍋爐通用的設計特點及結(jié)構(gòu)，以便為此類鍋爐的設計提供一定的設計方法。

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)機余熱鍋爐，主要應用于鋼鐵行業(yè)，鍋爐的煙氣進口是雙段煙氣進口，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。鍋爐第一段進口煙溫為410℃，第二段進口煙溫為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，因此鍋爐設計時都考慮了自備發(fā)電，因此高低壓都設計了過熱器。

1.1 鍋爐基本參數(shù)

1.1.1 煙氣參數(shù)

鍋爐高壓段煙氣進口技術設計參數(shù)：（1）高壓段進口實測煙氣量：83500Nm3/h；（2）高壓段進口實測煙氣溫度：410℃；（3）高壓段進口煙氣實測含塵量：5g/Nm3。

鍋爐低壓段煙氣進口技術設計參數(shù)：（1）低壓段進口實測煙氣量：71200Nm3/h；（2）低壓段進口實測煙氣溫度：290℃；（3）低壓段進口煙氣實測含塵量：0.45g/Nm3。

1.1.2 鍋爐雙壓段全工質(zhì)技術設計參數(shù)

（1）高壓段設計技術額定蒸發(fā)量11t/h；（2）高壓段設計技術額定蒸汽壓力2.1MPa；（設計絕對壓力下）；（3）高壓段設計技術額定蒸汽溫度350℃；（4）高壓段設計技術既定給水溫度

143℃；（5）低壓段設計技術額定蒸發(fā)量3.5t/h；（6）低壓段設計技術額定蒸汽壓力0.40MPa（設計絕對壓力下）；（7）低壓段設計技術額定蒸汽溫度200℃；（8）高壓段設計技術既定給水溫

度133℃；（9）熱水段出水量～16t/h；（10）熱水段設計技術出水壓力0.40MPa（絕對壓力）；（11）熱水段設計技術出水溫度133℃；（12）熱水段設計技術既定給水溫度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到額定技術設計參數(shù)的過熱蒸汽。同樣的道理可以達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入了低壓鍋筒，鍋爐設計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)鍋爐設計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 鍋爐獨有的設計要點

針對燒結(jié)機余熱煙氣具有溫度低，灰塵少的特點，本鍋爐采用了針對性的措施，體現(xiàn)了對燒結(jié)機余熱利用的獨特設計：

（1）針對鍋爐的煙氣溫度低的特點，本鍋爐采用高低壓為一體的雙壓三段式系統(tǒng)設計，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，為了達到煙氣干擾和灰塵的自旋轉(zhuǎn)防積灰效果，對應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布置和設計中優(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)，布置帶有擴展受熱面的管子，在運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布置形式，采用此布置形式時應合理地設計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，在設計鍋爐時把煙氣流速取上限，并采用從高溫煙氣到低溫煙氣的等流速變截面設計，加強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計了自除氧的空間，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，整個過熱器和鍋爐外部護板組裝出廠。這樣可以縮短鍋爐安裝時間及工作量。

3.2 高壓技術設計對流管束及其下部技術設計的高壓省煤器系統(tǒng)

對流管束及其下部技術設計的高壓省煤器系統(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。這兩個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置形式都是管子在水平方向上交錯布排的。在車間與密封和支持這些部套的護板組裝出廠，縮短在現(xiàn)場的安裝周期及工作量。

3.3 低壓段設計技術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，在低壓鍋筒上部設計有氧氣集氣管，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。這個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置形式是管子在水平方向上交錯布排的。在車間與密封和支持這些部套的護板組裝出廠，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，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壓力表外傳信號，同時這些信號具有超壓報警和超壓聯(lián)鎖保護功能，并且超壓報警、極限高、低水位報警、聲光信號能夠區(qū)分。同時設計了常規(guī)的鍋爐安全附件，保證鍋爐的安全運行。

5 結(jié)束語

該鍋爐已經(jīng)在河北某鋼鐵企業(yè)運行，經(jīng)幾個月的運行狀況考核，各項指標表現(xiàn)良好，都達到或優(yōu)于鍋爐開始設計的參數(shù)要求，驗證了設計的合理性。通過此鍋爐的設計，說明在設計燒結(jié)機余熱鍋爐時，應結(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，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，同時采用等流速變截面設計理念及結(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，針對煙氣的特點是可以設計出適合本行業(yè)余熱煙氣特點的合理鍋爐結(jié)構(gòu)。

參考文獻：

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