有色冶金爐余熱鍋爐設計原則及應用

（長沙鍋爐廠有限責任公司，湖南 長沙 410114）

有色冶金爐余熱鍋爐設計原則及應用

唐棟

（長沙鍋爐廠有限責任公司，湖南 長沙 410114）

時代的發展伴隨著科技的創新，也讓各項技術得到了相應的發展。特別是對于工業而言，作為我國支柱性行業，其發展往往給國內經濟的發展帶來關鍵的促進作用，但是要真正實現預期的發展目標，則需要與時俱進，特別是在技術革新方面，應當更加注重設計的科學性、運用的廣泛性以及使用的安全性。以冶煉技術為例，冶煉產品的純度高低與冶煉技術存在密切關聯性，應加以關注與重視。

有色冶金爐；余熱鍋爐；設計原則及運用

目前有色金屬的冶煉包含多類冶煉爐，如反射爐、閃速爐、煙化爐等，冶煉爐最大的問題主要體現在冶煉工藝過程中對熱量的耗費過多，雖然多數企業會安放相應的散熱設施，但是往往難以完全散盡熱量，從而導致余熱產生。而且考慮到有色金屬冶煉的煙氣具備溫度高、含塵量大、具有腐蝕性的特點，也會導致余熱鍋爐在收納這些煙氣過程中產生熱源不確定，受熱表面會出現殘渣、堵塞、蝕壞等問題。以下有色冶金爐余熱鍋爐設計原則及應用方面入手，進行具體的分析和研究。

1 有色冶金爐余熱鍋爐的設計原則

1.1 按照煙氣特點完成余熱鍋爐選定

按照有色冶金爐煙氣的特性,并參考關于世界余熱鍋爐最新研究成果,鍋爐主要類型選定應當遵循以下幾個規律進行完整研究。

（1）完善配置應當按照各類條件可以劃分為兩個類型：一類是水平直接煙道構造，廢氣整體運動為水平方向；另一類是為多回程垂直沖擊煙道構造。對于前者而言，一般煙氣運動為直線型,可降低煙氣運動及灰塵遍布差異性帶來的不良后果,從而有效避免移動灰塵直接在一些死角與轉角積壓，甚至對一些位置產生過度摩擦損傷；對于后者而言，則是通過增加管屏間節間隙,導致灰塵無法聚集成堆，而且煙氣運動方向是從下向上,則能夠有效分散部分大顆粒灰塵，減少其濃度,而且占據區域不大，較為便捷。當然，在煙灰濃度過高的情況下，第一種類型則為首選。

（2）余熱鍋爐可以構建為內部中空，且設定輻射室，同步加大輻射受熱范圍,以便溫度下降至結渣指定溫度以下，表現為熔融狀態，從而逐步成為固態顆粒落下，避免再次運動至對流受熱位置出現結渣、堵集等問題。

（3）鍋筒不直接受熱,而將鍋筒移至鍋爐上部，從而便于受熱面的有效管控。

（4）爐膛水冷壁內部應當選擇膜式構造，因為其管徑足夠寬，內部核心距離小,能最大程度保證輻射傳導效果，從而完整保護整體結構的封閉，便于爐渣清理。

1.2 按照熱源特征規定運作方法

因為進入余熱鍋爐的熱源負荷存在不定性,這也是由于煙氣含量及溫度呈現出定期的波動導致。特別是一些進行間隙工作的鍋爐，即如煙化爐等等，這些鍋爐的煙氣含量一直出現最小值至最大值的反復改變，就算是針對長期運作的鍋爐，依然存在相應的間歇流程，諸如投料、清渣等等，這也容易產生溫度及煙氣含量變化的問題。此外，要避免余熱鍋爐低溫條件下產生水循環障礙問題，最有效的處理方法是用強制循環，特別是針對受熱不集中的狀況下，強制循環往往可以達到一定效果，而且其還能保證出現不穩定問題時，鍋爐組件的伸縮變化，進而避免鍋爐部分位置溫度過高。而且熱源負荷不定性會導致蒸汽溫度改變，所以需要采取幾個余熱鍋爐并行運作方法，從而有效分散余熱源運作周期。

1.3 科學降低鍋爐問題及除灰渣辦法

要科學降低鍋爐運作問題，達到預期的除灰渣效果，則需要從以下幾個方面入手。

（1）科學配置對流受熱范圍，即可以運用膜式水冷壁結構,當煙氣運動速度較小時（2～3m/s），則可以降低磨損問題產生，同時可以開展清灰操作，能達到更好的效果。當然，余熱鍋爐如果運用不設置對流受熱面的方式，也可以降低煙灰的附著,以間接降低產品(煙塵)含量。

（2）避免高低溫腐蝕問題，若是高溫積灰所生成的內灰層含有較多的堿金屬，它與飛灰中的鐵鋁等成分以及煙氣中通過松散外灰層擴散進來的氧化硫的較長時間的化學作用便生成堿金屬的硫酸鹽等復合物，熔化或半熔化狀態的堿金屬硫酸鹽復合會與再熱器和過熱器的合金鋼會發生強烈的氧化反應，使壁厚減薄應力增大以致引起管子產生里蠕變管壁更薄最后導致應損壞而爆管，也就是所謂的高溫腐蝕。因而合理把控受熱位置的溫度也是至關重要的。當然，在正常狀況下建議不加入過熱設備，如有需求，也應設定在煙塵溫度低于700℃的位置。由于煙氣中含二氧化硫較高,與廢氣的水蒸汽發生反應形成硫酸,若受熱位置溫度未超過硫酸露點，后者就會凝固在對應的位置上，也就是所謂的低溫腐蝕，而避免這類問題，則需要保證受熱位置溫度始終在硫酸露點以上。一般溫度會大于酸露點5～10℃左右，而需要合理增加鍋爐內部壓強，這樣可以有效降低低溫腐蝕概率，同步減少硫酸露化與鍋爐灰塵構成的粘性較大的爐渣產生。

（3）科學的除渣方法，一般而言，要清除大部分的鍋爐灰渣，可以選壓縮空氣吹入以及彈性振打等方法，當然對于前者而言，往往需要與專業設備進行聯合使用，花費資金較大。而且無法滿足微小類鍋爐除渣需求；相對而言，后者一般是安放在水冷壁上，構造包含振打設備、振打桿、緩沖彈簧及固定構架構成。而且可以滿足對于不同程度的爐渣灰的處理，可以針對性選擇不同頻率的參數。當然，從具體情況分析，這種變頻功能雖然適用性較強，但是沖擊效果不明顯，而且移動范圍有限，對于除渣往往難以達到預期目標，因而需要考慮選擇科學的沖擊力和振打頻率，以達到預期的除灰目標。

2 有色冶金爐余熱鍋爐的設計運用

對于大部分長期運行的有色冶金余熱鍋爐而言，煙氣產生流程相對恒定，但是煙氣溫度波動很大。而且分析煙氣的多個特點,具體的余熱鍋爐設計應當考慮以下原則。

（1）構建多通道煙氣換熱空間。主通道為輻射中空位置，次通道則為對流空間。煙氣一般運作是在垂直沖擊受熱位置。

（2）仔細分析煙氣量不穩定及溫度波動的特點，若煙氣變化太巨量，則需適當加大鍋筒容量（加大或伸長）。如果煙氣量及溫度波動太大，容易導致給水操作反應滯后，導致水位難以控制。適當加大鍋筒容量，能延緩水位波動速度，更便于操作。

（3）不設置省煤器。將水汽統一聚合至單汽包，同時落實分離工作，汽包一般就設置在爐膛上部。

（4）運用強制循環方法。

（5）合理設置鍋爐設計壓力。以我公司的某臺有色冶金爐余熱鍋爐為例：鍋爐額定壓力2.1MPa左右，煙氣包含二氧化硫（占比11.85%）、三氧化硫（占比0.12%）、水蒸氣（占比8.5%），可以運算獲得煙氣露點溫度為216℃。而水冷壁壁溫大約為276℃，會超過煙氣露點溫度，避開低溫腐蝕。

（6）運用吹入壓縮空氣及振打綜合的清理方法，以前者為主。運用伸縮類吹灰設備，從而避免清理過程出現疏漏。

（7）鍋爐以懸掛方法發揮其鋼結構彈性。

詳細的構造如圖1所示。

圖1 有色冶金爐余熱鍋爐設計結構

3 結語

綜合而言，有色冶金爐余熱鍋爐的設計應當強化對一些固有問題的處理，比如煙塵溫度高、灰渣清理難等等，而且設計需要考慮鍋爐內部的高溫、腐蝕環境，應當結合科學的設計方案。本文提及的方案均是通過實際分析取得，具有一定可行性。

[1]張偉琪.閃速爐余熱鍋爐工藝裝備設計創新及運行優化[J].金屬世界，2014,07(07):62-64.

[2]張冬潔，徐建炎，蔡寧生，王崗. 數值模擬方法在余熱鍋爐結構優化中的應用[J].中國有色冶金，2013，08(08): 51-53.

[3]王曉瑜，張冬潔，徐建炎.余熱鍋爐結構形式及運行特性研究綜述[J].中國有色冶金，2013 , 01(1):40-45.

TK229.929

：A

：1671-0711（2017）06（上）-0138-02