一種新型煙化爐余熱鍋爐的開發與設計

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，所產生的飽和蒸汽用于發電或供生產、生活使用。

關鍵詞：余熱；煙化爐；節能

1 鍋爐設計參數和進口煙氣參數

額定蒸發量： 24t/h

額定蒸汽壓力： 3.9MPa（表壓）

額定蒸汽溫度： 250.4℃（飽和溫度）

鍋爐循環方式： 自然循環

汽包給水溫度： 104℃

出口煙氣溫度： 400℃±20℃

1.1 省煤器設計參數

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，結構件388.9）

1.2 鍋爐進口煙氣參數

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，粉煤燃燒產生的熱使渣液升溫并維持冶煉反應所需的溫度，燃燒產生的CO氣體在高溫流動條件下，與渣中的金屬氧化物發生反應生成金屬單體。被還原出來的易揮發物隨煙氣脫離吹煉池進入煙化爐余熱鍋爐的頂帽，頂帽內的煙氣含有大量的CO、鉛鋅蒸汽等。可燃物質在加料口、三次風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品。高溫煙氣在頂帽內復燃，經輻射室、對流室、連接煙道、省煤器后排出，進入收塵系統。

3 鍋爐結構

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

煙化爐設在車間內，余熱鍋爐布置在室外，余熱鍋爐設在6.500m平臺上。汽包中心線標高27.900m。鍋爐共28根鋼柱，操作層設置在6.5m標高，除省煤器采用輕型護板結構外，其余受熱面均為全膜式壁結構，來自煙化吹煉池的1200℃煙氣依次通過頂帽（氧化復燃室）、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 煙化爐頂部設計成水冷壁直升煙道（頂帽）結構，內腔尺寸：5080×2160×8120，水冷壁由？準51的鋼管和的扁鋼構成。鍋爐入口直接與煙化爐連接，并設有膨脹密封裝置。

3.1.2 煙氣冷卻室：輻射室是由？準51的鋼管扁鋼構成的水冷壁所構成的空腔形式，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；在對流煙道中設有？準42鋼管形成對流管束。對流管束采用大節距、縱向沖刷結構，防止積灰結焦。

3.1.3 汽包采用縱置式結構，便于上升下降管的布置。規格為？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構。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的無縫鋼管制成設檢修空間高度，一側開設清理門5個。省煤器整體支撐于其下土建基礎上。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，內設保溫層。由于煙道與水冷系統的膨脹量不同，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出口處、連接煙道出口與省煤器進口處都設置了非金屬膨脹節，以滿足各部件的不同膨脹量的要求。

3.4 清灰系統：煙化爐煙塵粘結性強，根據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；省煤器設計有4臺燃氣高能脈沖吹灰器。

高效彈性振打機技術參數如下：

電機功率：0.55 kw

錘擊頻率：≈3次/min

錘擊力：30～100 KN

激發頻率：200～500 Hz

4 鍋爐安全運行

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

本鍋爐電控系統與燃燒爐控制系統聯鎖，鍋爐電控接收電接點壓力表信號，當鍋爐超壓時，實施報警和聯鎖保護，順序切斷燃燒系統及煙風系統電源，鍋爐電控系統應有高低水位報警及聯鎖保護，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及煙風系統電源，超壓報警、極限高、低水位報警、聲光信號能夠區分。主蒸汽溫度接收測溫熱電偶信號，超溫時報警，提醒運行人員調整減溫水調節閥。

5 鍋爐運行結果

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

參考文獻

[1]北京有色冶金設計研究院.余熱鍋爐設計及運行[Z].

[2]余熱鍋爐研究與設計[M].中國標準出版社.

作者簡介：張宇（1985-），男，主要從事鍋爐設計工作。