一種燒結機余熱鍋爐的開發設計

高少娟+方永峰+常思捷

摘 要：文章結合鋼鐵行業的煙氣余熱特點，介紹了一種燒結機余熱鍋爐的結構、設計特點，并結合一臺燒結機余熱鍋爐設計，詳細說明了鍋爐各個部分設計情況。

關鍵詞：燒結機；余熱鍋爐；開發設計

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境。但是排出的這部分燒結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不愿意回收，但隨著企業間生產成本的競爭，為了通過降低自身的生產成本來提高產品的市場競爭力，隨著燒結機余熱利用技術的進步，燒結機余熱利用技術開始逐漸得到了重視和發展，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構，以便為此類鍋爐的設計提供一定的設計方法。

1 鍋爐參數及結構簡介

本余熱鍋爐是自帶高低壓三段式系統的燒結機余熱鍋爐，主要應用于鋼鐵行業，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，工質側的高壓為2.1MPa，低壓為0.40MPa，考慮到鋼鐵行業是用電大戶，因此鍋爐設計時都考慮了自備發電，因此高低壓都設計了過熱器。

1.1 鍋爐基本參數

1.1.1 煙氣參數

鍋爐高壓段煙氣進口技術設計參數：（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：（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 鍋爐雙壓段全工質技術設計參數

（1）高壓段設計技術額定蒸發量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 鍋爐結構簡述

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的余熱鍋爐系統。本鍋爐的工質流程如下：高壓段給水自低壓鍋筒引出，經過加壓水泵加壓后進入較高壓力給水的煙氣流道內省煤器中，在此煙氣流道內的較高壓力介質省煤器中，通過和較高的煙氣壁面換熱，管子內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件及流經這些內件合理的開孔布置，使水經鍋筒下降管向鍋筒外流動，經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，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，經過汽水分離裝置，將飽和蒸汽經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，經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的過熱蒸汽。同樣的道理可以達到低溫額定過熱蒸汽參數。所不同的是低壓段給水經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，經過以上煙氣流程可以降至139℃左右。整個被加熱的工質循環系統分為高壓段、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，體現了對燒結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設計，盡可能的增大鍋爐的換熱溫壓，提高煙水側的余熱利用效率；（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，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既是低壓鍋爐系統，又是鍋爐除氧系統，減少了自身的蒸汽消耗，簡化了鍋爐系統的除氧工藝設備。endprint

3 鍋爐結構簡介（具體結構見下面附圖）

3.1 高壓鍋筒及過熱器

為了保證汽水品質，鍋筒內設備有：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構換熱形式。過熱器的內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

對流管束及其下部技術設計的高壓省煤器系統具有一定壓力和溫度的流動介質與流道內流動的煙氣壁面換熱。這兩個系統的結構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布置的管束系統

低壓鍋筒主要鍋內設備有：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。在對流煙道內布置的管束系統的具有一定壓力和溫度的流動介質，與流道內流動的煙氣壁面換熱。這個系統的結構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與煙氣逆流換熱，利用了煙氣和介質的溫差大的特點，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、聲光信號能夠區分。同時設計了常規的鍋爐安全附件，保證鍋爐的安全運行。

5 結束語

該鍋爐已經在河北某鋼鐵企業運行，經幾個月的運行狀況考核，各項指標表現良好，都達到或優于鍋爐開始設計的參數要求，驗證了設計的合理性。通過此鍋爐的設計，說明在設計燒結機余熱鍋爐時，應結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，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構布置，減少鍋爐受熱面的磨損，采用螺旋鰭片管錯列布置，盡可能的使鍋爐結構緊湊，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余熱煙氣特點的合理鍋爐結構。

參考文獻：

[1]方子風.廢熱鍋爐設計[M].上海：上海科學技術出版社，1989.

[2]陳聽寬.鍋爐原理[M].北京：機械工業出版社，1979.

[3]徐瑞，許明.一種雙煙氣進口的燒結機余熱鍋爐的研發設計[J].科技創新與應用，2012（28）：17.endprint