余熱鍋爐

簡介

　　余熱鍋爐，顧名思義是指利用各種工業(yè)過程中的廢氣、廢料或廢液中的余熱及其可燃物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的熱量把水加熱到一定工質(zhì)的鍋爐。具有煙箱、煙道余熱回收利用的燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃煤鍋爐也稱為余熱鍋爐，余熱鍋爐通過余熱回收可以生產(chǎn)熱水或蒸汽來供給其它工段使用。

　　余熱鍋爐由鍋筒、活動煙罩、爐口段煙道、斜1段煙道、斜2段煙道、末1段煙道、末2段煙道、加料管（下料溜）槽、氧槍口、氮封裝置及氮封塞、人孔、微差壓取壓裝置、煙道的支座和吊架等組成。余熱鍋爐共分為六個循環(huán)回路，每個循環(huán)回路由下降管和上升管組成，各段煙道給水從鍋筒通過下降管引入到各個煙道的下集箱后進(jìn)入各受熱面，水通過受熱面后產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入進(jìn)口集箱，再由上升管引入鍋筒。各個煙道之間均用法蘭連接。

工作原理

　　燃油、燃?xì)?、燃煤?jīng)過燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔忉尫艧崃?，高溫?zé)煔庀冗M(jìn)入爐膛，再進(jìn)入前煙箱的余熱回收裝置，接著進(jìn)入煙火管，最后進(jìn)入后煙箱煙道內(nèi)的余熱回收裝置，高溫?zé)煔庾兂傻蜏責(zé)煔饨?jīng)煙囪排入大氣。由于余熱鍋爐大大地提高了燃料燃燒釋放的熱量的利用率，所以這種鍋爐十分節(jié)能。

分類

　　余熱鍋爐按燃料分為燃油余熱鍋爐、燃?xì)庥酂徨仩t、燃煤余熱鍋爐及外媒余熱鍋爐等。按用途分為余熱熱水鍋爐、余熱蒸汽鍋爐、余熱有機(jī)熱載體鍋爐等。

特點(diǎn)

　　燃煤燃燒釋放出來的高溫?zé)煔饨?jīng)煙道輸送至余熱鍋爐入口，再流經(jīng)過熱器、蒸發(fā)器和省煤器，最后經(jīng)煙囪排入大氣，排煙溫度一般為150～180℃，煙氣溫度從高溫降到排煙溫度所釋放出的熱量用來使水變成蒸汽。鍋爐給水首先進(jìn)入省煤器，水在省煤器內(nèi)吸收熱量升溫到略低于汽包壓力下的飽和溫度進(jìn)入鍋筒。進(jìn)入鍋筒的水與鍋筒內(nèi)的飽和水混合后，沿鍋筒下方的下降管進(jìn)入蒸發(fā)器吸收熱量開始產(chǎn)汽，通常是只有一部分水變成汽，所以在蒸發(fā)器內(nèi)流動的是汽水混合物。汽水混合物離開蒸發(fā)器進(jìn)入上部鍋筒通過汽水分離設(shè)備分離，水落到鍋筒內(nèi)水空間進(jìn)入下降管繼續(xù)吸熱產(chǎn)汽，而蒸汽從鍋筒上部進(jìn)入過熱器，吸收熱量使飽和蒸汽變成過熱蒸汽。根據(jù)產(chǎn)汽過程的三個階段對應(yīng)三個受熱面，即省煤器、蒸發(fā)器和過熱器，如果不需要過熱蒸汽，只需要飽和蒸汽，可以不裝過熱器。當(dāng)有再熱蒸汽時，則可加設(shè)再熱器。

核心部件

　　鍋筒介紹

　　鍋筒上開設(shè)有供酸洗、熱工測量、水位計、給水、加藥、連續(xù)排污、緊急放水、安全閥、空氣閥等的管座，以及人孔裝置等。鍋筒設(shè)有兩只彈簧安全閥；水位計兩只，采用石英管式雙色水位計，安全可靠，便于觀察，指示正確。在鍋筒進(jìn)水管孔以及其它可能出現(xiàn)較大溫差的管孔采用套管式管座，防止管孔附近因熱疲勞而產(chǎn)生裂紋。鍋筒內(nèi)部裝置設(shè)置有供汽水分離的分離裝置，以及鍋爐給水、加藥等連接管。鍋筒配置有兩個支座，一個為固定支座，一個為活動支座。

　　活動煙罩

　　給水分配集箱由配水集箱和連接管組成；鍋爐給水從鍋筒引出由下降管引出入給水集箱，為了使集箱各部位溫度不出現(xiàn)偏差，給水分配集箱與下集箱進(jìn)水采用多根分散下降管引入。

　　匯集集箱由出水集箱和連接管組成，為了使集箱各部位溫度不出現(xiàn)偏差，汽水混合物由多根連接管引入出水集箱，再由上升管引入鍋筒。

　　活動煙罩管組由上集箱、下集箱、管組組成，上下集箱間用180根φ45×5無縫鋼管連接，管間用扁鋼焊接組成下部煙罩。

　　由于工藝的原因，活動煙罩經(jīng)常需要上下移動，活動煙罩和爐口段間就存在間隙，為防止高溫?zé)煔庀蛲庑孤叮诨顒訜熣稚喜恐谱魉獠郏捎盟獾男问竭M(jìn)行密封，為防熔渣濺入密封槽，在密封槽端部設(shè)置有擋渣板，為便于清理水箱中的雜物，在水封槽上還開設(shè)有清理手孔。

　　煙道

　　由分配集箱、下集箱、管組、上集箱組成。

　　鍋爐給水從鍋筒引出入分配集箱，為了使集箱各部位溫度不出現(xiàn)偏差，分配集箱與下集箱進(jìn)水采用分散下降管引入，水進(jìn)入下集箱后分散進(jìn)入132根φ42×4無縫鋼管和6mm厚扁鋼組成的節(jié)圓為φ2400mm的圓形煙道受熱面，然后產(chǎn)生汽水混合物進(jìn)入上集箱，由上升管引入鍋筒。

　　為使集箱避開火焰區(qū)，管束低部為U型彎管，爐口段煙道與水平夾角為55度。

　　為了防止煙道發(fā)生變形，在煙道上適當(dāng)位置設(shè)置有加固環(huán)。

　　集箱、管子材質(zhì)均為20（GB3087-1999）。

　　斜一段煙道、斜二段煙道、末一段煙道、末二段煙道各段煙道管組由分配集箱、下集箱、管組、上集箱組成。

　　鍋爐給水從鍋筒引出進(jìn)入分配集箱，為了使集箱各部位溫度不出現(xiàn)偏差，分配集箱與下集箱進(jìn)水采用分散下降管引入，水進(jìn)入下集箱后分散進(jìn)入132根φ42×4無縫鋼管和6mm厚扁鋼組成的節(jié)圓為φ2636mm的圓形煙道受熱面，然后產(chǎn)生汽水混合物進(jìn)入上集箱，由上升管引入鍋筒。

　　為了防止煙道發(fā)生變形，在煙道上適當(dāng)位置設(shè)置有加固環(huán)。為了方便檢修，在煙道還設(shè)有人孔。集箱、管子材質(zhì)均為20（GB3087-1999）。

　　氧槍口

　　在爐口段煙道上設(shè)有氧槍口，氧槍口由管束、上下集箱組成，由于此處溫度較高，為防止入口處結(jié)構(gòu)變形，均采用了可卸式水冷套結(jié)構(gòu)，氧槍入口處為防止煙氣外噴，還設(shè)置氧槍口氮封裝置（含氮封塞）。

　　下料管

　　在爐口段煙道上設(shè)有下料管，下料管由管束、上下集箱、防磨板組成。ZG系列針形管余熱回收裝置，是專為煙氣余熱回收而設(shè)計的專用高效節(jié)能產(chǎn)品。采用針形管強(qiáng)化熱元件擴(kuò)展受熱面，水管煙側(cè)的受熱面可大大增加，同時煙氣流經(jīng)針形管表面時形成強(qiáng)烈的紊流，起到提高傳熱效率和減少煙灰積聚的作用。該余熱回收裝置具有結(jié)構(gòu)簡介、熱效率高、運(yùn)行壽命長、安全可靠、運(yùn)行壽命長、安全可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)展趨勢

　　近年來，隨著各種能源價格的大幅度上漲，人們對鍋爐的選擇開始著重考慮它的運(yùn)行成本，現(xiàn)實(shí)中，企業(yè)生產(chǎn)離不了蒸汽鍋爐，賓館、酒店、小區(qū)、洗浴中心的采暖或洗浴離不了熱水鍋爐，鍋爐的燃料費(fèi)用是非常大的一筆支出。為了盡量避免出現(xiàn)“買得起鍋爐，用不起鍋爐”的這一客觀現(xiàn)象，精明的鍋爐制造商對鍋爐進(jìn)行了一系列節(jié)能改造，改造主要內(nèi)容就是鍋爐的余熱回收問題，現(xiàn)在用著這種余熱鍋爐的客戶對其設(shè)備非常認(rèn)可。

　　事實(shí)上，節(jié)能是一個國家能夠可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，如果我們還堅持傳統(tǒng)的能源利用方式，不能使資源有效的循環(huán)利用，就會使社會的整個資源環(huán)境加劇惡化，并且造成能源的快速枯竭。據(jù)可靠資料，我國工業(yè)能源的消耗在總體成本中占有最多的份額，而能源的有效使用率僅僅只有三成左右，成本支出比歐洲發(fā)達(dá)國家高出很多，所以考慮到經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能設(shè)備的推廣是勢在必行的一大舉措。能源的短缺是目前全世界都面臨的一項嚴(yán)重考驗(yàn)，在這樣一個大背景下謀求發(fā)展，開發(fā)新新能源是一個方面，更重要的是在節(jié)約能源上下足功夫。目前，國內(nèi)余熱節(jié)能鍋爐的設(shè)計和開發(fā)已經(jīng)逐漸成熟，隨著社會的發(fā)展，人們會越來越發(fā)現(xiàn)節(jié)能設(shè)備是一個必然趨勢。節(jié)能鍋爐的招牌不僅僅是商家促銷的一個重頭砝碼，更是對社會和環(huán)境的一大貢獻(xiàn)。

腐蝕問題

　　常用余熱鍋爐采用煙管換熱，其金屬受熱面最低壁面溫度與熱流體排放溫度之間大致處于一種倍數(shù)關(guān)系。關(guān)于煙管換熱器，假如金屬受熱面壁面溫度請求不低于150℃時，其排煙溫度通常不得低于300℃，否則必然惹起低溫結(jié)露腐蝕。

　　思索到設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)極低溫度工況，以平安系數(shù)1.5倍計，余熱鍋爐排煙溫度不低于450℃，此時余熱鍋爐可回收熱量約0.5噸，回收效率依然很低。此外，此時溫度只是校核溫度，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)工況因運(yùn)轉(zhuǎn)需求必需停止調(diào)整時，沒有任何方法直接對壁溫停止調(diào)整控制。

　　當(dāng)余熱鍋爐尾部受熱面的金屬壁面溫度低于硫酸蒸汽的凝結(jié)點(diǎn)，就會在其外表構(gòu)成液態(tài)硫酸。長期以來，各換熱設(shè)備的尾部受熱面由于結(jié)露而惹起的腐蝕經(jīng)常發(fā)作。以致于在余熱鍋爐設(shè)計時不得不經(jīng)過進(jìn)步排煙溫度或運(yùn)用傳熱極差的非金屬資料來緩解結(jié)露和腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，但依然并沒有從基本上處理問題。雖然如此，余熱回收設(shè)備常常在運(yùn)轉(zhuǎn)一到兩年后照舊會呈現(xiàn)腐蝕，直至穿孔。

　　重力熱管余熱鍋爐一度被推行，固然能夠應(yīng)用其等溫傳熱的特性一定水平上將排煙溫度降低，但其尾部受熱面的最低壁面溫度仍會低于酸露點(diǎn)溫度，不能防止結(jié)露招致的腐蝕，且熱管普遍存在產(chǎn)生和積聚不凝氣體而逐步老化、重力作用招致傳熱液膜厚度不均形成傳熱不穩(wěn)定的狀況。

　　復(fù)合相變環(huán)形熱管換熱技術(shù)的呈現(xiàn)改動了這一現(xiàn)狀，它采用了熱管的原理，提出了相變段的概念，創(chuàng)始了以壁面溫度作為換熱器最根本的設(shè)計參數(shù)這一新理念。從基本上處理了低溫腐蝕難題。相變段處理了低溫腐蝕問題，從而使最后的排煙溫度無限接近露點(diǎn)而不腐蝕，完成了節(jié)能的目的。經(jīng)過對相變段工質(zhì)沸點(diǎn)溫度調(diào)理，能夠?qū)κ軣崦孀畹捅跍孛娑韧瓿?span id="pxk3b0a" class='hrefStyle'>閉環(huán)控制，輕松完成了壁面溫度的恒定和調(diào)高調(diào)低的效果。

　　由于熱管內(nèi)為真空，流體阻力極小，而環(huán)形熱管內(nèi)外層間距只要10毫米，所以傳熱速度極快，大量熱能經(jīng)過其很小的橫截面積遠(yuǎn)間隔地傳輸而不需求外加任何動力。由于環(huán)形熱管的共同構(gòu)造，使其在熱電工業(yè)、化工及石油化工、動力工程、紡織工業(yè)、玻璃工業(yè)以及電子電器工程等范疇內(nèi)得到普遍的應(yīng)用。

　　環(huán)形熱管為雙壁狗構(gòu)造，分內(nèi)管和外管，環(huán)形熱管有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：吸熱段在放熱段內(nèi)部，能夠接受較高壓力。吸放熱段中間間隔最短，使介質(zhì)蒸汽溫度降到最低，相同工況下，運(yùn)用壽命是普通重力熱管的幾十倍?？善搅⑿钡软б饨嵌葦[放，給產(chǎn)品設(shè)計帶來了最大便當(dāng)。吸、放熱段平行，其傳熱速度比傳統(tǒng)式重力熱管進(jìn)步數(shù)倍。啟動溫度可恣意設(shè)定，當(dāng)排煙溫度低于露點(diǎn)溫度時，系統(tǒng)不吸熱，防止煙溫降到露點(diǎn)以下，惹起腐蝕。因而可使最后排煙溫度無限接近露點(diǎn)，余熱回收效率大幅進(jìn)步。[1]編輯本段其它應(yīng)用

　　通過研究了解到余熱利用波及的行業(yè)很廣泛，而且正向熱能利用的各個領(lǐng)域進(jìn)展。由于領(lǐng)域不同，方法各異.從研究中不僅對余熱的利用有了新的理解，而且還發(fā)現(xiàn)的許多新的余熱利用方法。

　　例如：發(fā)動機(jī)余熱利用主要有三種方法，即溫差發(fā)電、廢氣渦輪發(fā)電以及氟龍透平發(fā)電。溫差發(fā)電主要是利用溫差發(fā)電材料進(jìn)行發(fā)電，但是由于熱電材料的能量轉(zhuǎn)換率較低，因而需要開發(fā)出轉(zhuǎn)換率較高的熱電交換材料。廢氣渦輪發(fā)電就是利用廢氣驅(qū)動渦輪從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，這種發(fā)電方式對發(fā)動機(jī)的性能有一定的影響，需要進(jìn)一步的研究。

　　我國首臺12兆瓦錳硅鐵合金礦熱爐煙氣發(fā)電機(jī)于2009.9.21在中鋼集團(tuán)廣西鐵合金有限公司運(yùn)行。該設(shè)備主要是利用煙氣中余熱的能量來發(fā)電，電廠的余熱利用主要是采取熱泵技術(shù)，熱泵是一種把低溫位的熱能輸送至高溫位的機(jī)器。從原理上來看，熱泵與制冷機(jī)是相同的，區(qū)別在于使用目的。雖然利用熱泵技術(shù)會降低循環(huán)冷卻水的溫度，但是要想達(dá)到國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)并非易事。所以熱泵技術(shù)利用電廠余熱的主要問題亦是水溫問題。

　　比如空調(diào)的余熱利用，由于空調(diào)是安裝在室內(nèi)的，空調(diào)的余熱利用與家庭生活密切相關(guān)。傳統(tǒng)空調(diào)一般是將室內(nèi)吸收的熱量通過室外機(jī)排出，這樣不但會產(chǎn)生很多的溫室氣體，也白白浪費(fèi)了大量熱能。下面詳細(xì)介紹了一種利用中央空調(diào)余熱加工熱水的方法，步驟如下：

　　I在中央空調(diào)冷凝器高溫區(qū)加裝隔水器，隔水器包容高溫區(qū)50%-100%的冷凝管并形成獨(dú)立封閉的換熱區(qū)間；

　　II將隔水器輸出端接熱水箱輸入端，熱水箱輸出端接隔水器輸入端，使熱水箱內(nèi)盛水由隔水器輸入端進(jìn)入冷凝器高溫區(qū)經(jīng)冷凝管散發(fā)之余熱加熱后，再由隔水器輸出端返回?zé)崴湫纬裳h(huán)水熱。[2]編輯本段運(yùn)行情況

　　眾所周知，利用各種廢氣的顯熱和廢棄物焚燒后余熱為熱源的鍋爐稱為余熱鍋爐，又稱廢熱鍋爐。

　　因此，國家提倡大力發(fā)展余熱利用，節(jié)能減排，對保護(hù)能源，提高人類生存環(huán)境的質(zhì)量都起到積極的作用。在余熱鍋爐設(shè)計中，如何合理的劃分溫度區(qū)段，是合理布置余熱鍋爐受熱面，以及最大限度利用余熱的基礎(chǔ)。在給定余熱鍋爐入口煙溫條件下，對排煙溫度的要求有兩種情況，一種是限制排煙溫度，要求排煙溫度在合理的范圍內(nèi)；另一種是不限制排煙溫度，要求最大限度的利用余熱。

　　無論哪種情況，對于中，低溫余熱利用而言，窄點(diǎn)溫差直接影響著余熱鍋爐的蒸發(fā)量以及受熱面的布置。窄點(diǎn)溫差也稱節(jié)點(diǎn)溫差，是換熱過程中蒸發(fā)器出口煙氣和被加熱的飽和水汽之間的最小溫差。隨著窄點(diǎn)溫差的變化，余熱鍋爐的相對換熱總面積，相對蒸發(fā)量，相對排煙溫度也隨之發(fā)生變化。

　　當(dāng)窄點(diǎn)溫差減小時，余熱鍋爐的排煙溫度會下降，煙氣余熱回收量會增加，蒸汽產(chǎn)量也會隨之增加，即對應(yīng)著高的余熱鍋爐熱效率，但平均傳熱溫差會隨之減小，必將增加余熱鍋爐的換熱面積，制造成本增加，因此，在選擇窄點(diǎn)溫差時，應(yīng)注意經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較的合理性。由于排煙溫度受傳熱，環(huán)境，用戶等種種條件的限制，在鍋爐蒸發(fā)量的計算過程中，有兩種計算蒸發(fā)量方法，即按排煙溫度計算蒸發(fā)量和按窄點(diǎn)計算蒸發(fā)量。

　　按窄點(diǎn)計算蒸發(fā)量就是選用經(jīng)濟(jì)條件下的最小窄點(diǎn)溫差，其得出的蒸發(fā)量是鍋爐經(jīng)濟(jì)條件下的最大蒸發(fā)量，由此得出排煙溫度是經(jīng)濟(jì)條件下的最低排煙溫度，因此，利用窄點(diǎn)計算鍋爐蒸發(fā)量和排煙溫度是比較可靠的，比較準(zhǔn)確的，最經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)窄點(diǎn)溫差減小時，由于余熱鍋爐換熱面積的增加幅度較大，鍋爐的投資費(fèi)用就會增大很多；但當(dāng)窄點(diǎn)溫差取的比設(shè)計點(diǎn)值大時，總投資費(fèi)用和單位熱回收費(fèi)用的減小程度卻要緩和一些。

　　從投資費(fèi)用以及余熱利用效率最佳的角度考慮，必然存在一個如何合理的選擇余熱鍋爐窄點(diǎn)溫差的問題，窄點(diǎn)溫差是確定余熱鍋爐換熱面積，蒸發(fā)量，排煙溫度的重要依據(jù)。為此，我們在設(shè)計余熱鍋爐時首要就要考慮窄點(diǎn)溫差，確定合理窄點(diǎn)溫差，是保證經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較合理的前提，目前，窄點(diǎn)溫差的一般范圍為10～20℃，最低可達(dá)7℃。