一种烧结机余热锅炉的开发设计

高少娟+方永峰+常思捷

摘 要：文章结合钢铁行业的烟气余热特点，介绍了一种烧结机余热锅炉的结构、设计特点，并结合一台烧结机余热锅炉设计，详细说明了锅炉各个部分设计情况。

关键词：烧结机；余热锅炉；开发设计

中图分类号：TK229 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0106-02

前言

随着社会的快速发展，能源的需求量也越来越大，以煤、石油、天然气为代表的常规能源每天都在大量的耗费，在使用这些化石燃料时也造成了一系列严重的环境污染问题。如何在这些能源的使用过程中提高能源利用效率，减少能源的浪费是我们迫切需要解决的问题。余热利用是解决此类问题重要途径，在烧结机工序中，有近50%的热能以显热形式排入大气，既浪费了能源又污染了环境。但是排出的这部分烧结废气的温度往往不高，对这部分热量的回收利用大家不太重视，同时回收时难度较大且投资较高导致企业不愿意回收，但随着企业间生产成本的竞争，为了通过降低自身的生产成本来提高产品的市场竞争力，随着烧结机余热利用技术的进步，烧结机余热利用技术开始逐渐得到了重视和发展，但设计此类余热利用的锅炉时仍有许多需要完善的地方，本文以一台11吨烧结机余热锅炉烟气和蒸汽流程设计作为设计实例，以便通俗概要的说明此种锅炉通用的设计特点及结构，以便为此类锅炉的设计提供一定的设计方法。

1 锅炉参数及结构简介

本余热锅炉是自带高低压三段式系统的烧结机余热锅炉，主要应用于钢铁行业，锅炉的烟气进口是双段烟气进口，为了充分利用余热，锅炉的介质压力采用的是高低压配合方式。锅炉第一段进口烟温为410℃，第二段进口烟温为290℃，出口烟温均为139℃左右，工质侧的高压为2.1MPa，低压为0.40MPa，考虑到钢铁行业是用电大户，因此锅炉设计时都考虑了自备发电，因此高低压都设计了过热器。

1.1 锅炉基本参数

1.1.1 烟气参数

锅炉高压段烟气进口技术设计参数：（1）高压段进口实测烟气量：83500Nm3/h；（2）高压段进口实测烟气温度：410℃；（3）高压段进口烟气实测含尘量：5g/Nm3。

锅炉低压段烟气进口技术设计参数：（1）低压段进口实测烟气量：71200Nm3/h；（2）低压段进口实测烟气温度：290℃；（3）低压段进口烟气实测含尘量：0.45g/Nm3。

1.1.2 锅炉双压段全工质技术设计参数

（1）高压段设计技术额定蒸发量11t/h；（2）高压段设计技术额定蒸汽压力2.1MPa；（设计绝对压力下）；（3）高压段设计技术额定蒸汽温度350℃；（4）高压段设计技术既定给水温度

143℃；（5）低压段设计技术额定蒸发量3.5t/h；（6）低压段设计技术额定蒸汽压力0.40MPa（设计绝对压力下）；（7）低压段设计技术额定蒸汽温度200℃；（8）高压段设计技术既定给水温

度133℃；（9）热水段出水量～16t/h；（10）热水段设计技术出水压力0.40MPa（绝对压力）；（11）热水段设计技术出水温度133℃；（12）热水段设计技术既定给水温度30℃。

1.2 锅炉结构简述

本锅炉分为高压段和低压段两部分，整体布置为立式，是一台自带高低压系统的余热锅炉系统。本锅炉的工质流程如下：高压段给水自低压锅筒引出，经过加压水泵加压后进入较高压力给水的烟气流道内省煤器中，在此烟气流道内的较高压力介质省煤器中，通过和较高的烟气壁面换热，管子内的水升温后按流程进入高压段锅炉的锅筒，通过布置在高压锅筒里的内件及流经这些内件合理的开孔布置，使水经锅筒下降管向锅筒外流动，经过具有一定弯曲形状的下降管路流动后，水流入承受较高压力的对流管束管子内，在这里水通过吸热变成为汽水混合物，这些密度较小的混合物吸热上升，最后又进入充满高压汽水混合物的锅筒内，经过汽水分离装置，将饱和蒸汽经主蒸汽出口进入高压过热器，饱和蒸汽在布置有过热器得烟气通道内，经过烟气和蒸汽的气气换热，蒸汽吸热后在压力和温度两方面达到额定技术设计参数的过热蒸汽。同样的道理可以达到低温额定过热蒸汽参数。所不同的是低压段给水经布置在烟道下部的锅炉热水段加热后进入了低压锅筒，锅炉设计的具有较低的锅筒压力内部，布置了本锅炉的具有自除氧功能的装置。锅炉的烟气流程如下：烟气依次流经锅炉设计的较高压力和温度的过热器、高低压对流受热面和热水段，到锅炉出口时可以把较高的烟温，经过以上烟气流程可以降至139℃左右。整个被加热的工质循环系统分为高压段、低压段和热水段三部分。

2 锅炉独有的设计要点

针对烧结机余热烟气具有温度低，灰尘少的特点，本锅炉采用了针对性的措施，体现了对烧结机余热利用的独特设计：

（1）针对锅炉的烟气温度低的特点，本锅炉采用高低压为一体的双压三段式系统设计，尽可能的增大锅炉的换热温压，提高烟水侧的余热利用效率；（2）本锅炉的余热烟气粉尘含量较小，为了达到烟气干扰和灰尘的自旋转防积灰效果，对应的原理可以提高锅炉热效率，锅炉受热面采用厚壁螺旋鳍片管是本锅炉在整个布置和设计中优先采用的，这样可以有效的组织起传热除尘的烟气流场，保证在较少的空间内，布置带有扩展受热面的管子，在运行中磨损鳍片后才能磨损管子的理念，能在较大程度上延长检修周期；（3）所有受热面的布置采用对传热和扰动都很好的管系交错布置形式，采用此布置形式时应合理地设计管组之间的相互间距，尽可能的利用煙气流场的扰动混合再交叉的状况，既保证在交错布置的受热面中烟气有足够的气流速度，换热效果明显，又能减少换热死角，充分利用换热面积；（4）针对烟气灰尘小的特点，在设计锅炉时把烟气流速取上限，并采用从高温烟气到低温烟气的等流速变截面设计，加强了换热又不至于增加无效的阻力消耗，减少锅炉自身的电能消耗；（5）为了减少锅炉的投资及减少锅炉的占用空间，在锅炉的低压段锅筒上设计了自除氧的空间，使锅炉的低压段系统既是低压锅炉系统，又是锅炉除氧系统，减少了自身的蒸汽消耗，简化了锅炉系统的除氧工艺设备。endprint

3 锅炉结构简介（具体结构见下面附图）

3.1 高壓锅筒及过热器

为了保证汽水品质，锅筒内设备有：水下孔板、波形板分离器、给水装置分离和配水装置、加药管和排污管。

过热器采用逆流扰动交错结构换热形式。过热器的内布置螺旋鳍片管的管径是φ38的，整个过热器和锅炉外部护板组装出厂。这样可以缩短锅炉安装时间及工作量。

3.2 高压技术设计对流管束及其下部技术设计的高压省煤器系统

对流管束及其下部技术设计的高压省煤器系统具有一定压力和温度的流动介质与流道内流动的烟气壁面换热。这两个系统的结构布置形式都是管子在水平方向上交错布排的。在车间与密封和支持这些部套的护板组装出厂，缩短在现场的安装周期及工作量。

3.3 低压段设计技术锅筒及在对流烟道内布置的管束系统

低压锅筒主要锅内设备有：水下孔板、波形板分离器、给水装置分离和配水装置、加药管和排污管。高压段不同的是，在低压锅筒上部设计有氧气集气管，使低压锅筒具有了自除氧功能。在对流烟道内布置的管束系统的具有一定压力和温度的流动介质，与流道内流动的烟气壁面换热。这个系统的结构布置形式是管子在水平方向上交错布排的。在车间与密封和支持这些部套的护板组装出厂，缩短在现场的安装周期及工作量。

3.4 低压省煤器和热水段

低压省煤器和热水段的工质与烟气逆流换热，利用了烟气和介质的温差大的特点，减少了锅炉的钢耗量。

4 锅炉的安全附件与电器控制

本锅炉电控系统和普通的锅炉采用的一样，都是采用锅炉电控电接点压力表外传信号，同时这些信号具有超压报警和超压联锁保护功能，并且超压报警、极限高、低水位报警、声光信号能够区分。同时设计了常规的锅炉安全附件，保证锅炉的安全运行。

5 结束语

该锅炉已经在河北某钢铁企业运行，经几个月的运行状况考核，各项指标表现良好，都达到或优于锅炉开始设计的参数要求，验证了设计的合理性。通过此锅炉的设计，说明在设计烧结机余热锅炉时，应结合余热烟气的自身特性，充分利用烟气温度低含尘量少的特点，采用了三段式双压系统，保证了锅炉具有较大的温度差，保证了换热效率，同时采用等流速变截面设计理念及结构布置，减少锅炉受热面的磨损，采用螺旋鳍片管错列布置，尽可能的使锅炉结构紧凑，综合以上可以看出，针对烟气的特点是可以设计出适合本行业余热烟气特点的合理锅炉结构。

参考文献：

[1]方子风.废热锅炉设计[M].上海：上海科学技术出版社，1989.

[2]陈听宽.锅炉原理[M].北京：机械工业出版社，1979.

[3]徐瑞，许明.一种双烟气进口的烧结机余热锅炉的研发设计[J].科技创新与应用，2012（28）：17.endprint