余热锅炉特性分析

时间：2024-07-28

郭欢欢焦光辉

（1.焦作市宇星锅炉有限责任公司，焦作 454550；2.河南省锅炉压力容器安全检测研究院焦作分院，焦作 450016）

余热锅炉是重要的换热设备，主要利用工业系统中排放烟气中的余热加热锅炉系统中的水，使其产生高温高压的水蒸气，或者输送到其他设备中进行利用，这大大提高了能源的利用率。由于余热锅炉的工作状态一般比较复杂，所以其设计布置也是一道难题。本文根据余热锅炉特点进行分析，对余热锅炉的设计进行研究，以提高余热锅炉的使用效率。余热锅炉在能源节约中具有不可估量的重大作用，能够回收工业产生的余热，提供给其他设备使用。

1 余热锅炉设计阐述

1.1 余热锅炉的结构及特点

该余热锅炉为烟道式余热锅炉，双锅筒纵向布置，主要由锅炉本体、烟道调控装置、水处理装置、给水泵、阀门仪表、平台扶梯、炉墙保温及控制部分组成，如图1所示。锅炉本体制造及检验按TSG G0001-2012《锅炉安全技术监察规程》、GB/T16507.5-2013《水管锅炉第5部分：制造》、GB/T16507.6-2013《水管锅炉第6部分：检验、试验与验收》的规定进行。高温烟气直接冲刷对流受热面，后经烟囱排入大气。锅炉本体部分由Φ900mm×14的上、下锅筒与Φ51mm×3对流管束、下降管Φ133mm×6（54根）组成；锅炉炉墙为重型炉墙，里面由耐火砖砌筑，外部由红砖砌筑，起着支承锅炉和保温密封作用，以减少散热损失，确保运行工作人员所处的工作环境安全。选用可靠的控制装置及优质的阀门仪表可以确保锅炉运行安全可靠。

锅炉整体结构简单，烟气阻力小，运行安全、操作简单、维护方便，特别适用于小型金属、陶瓷、熔炼行业窑炉的余热回收。

1.2 余热锅炉工作参数

本锅炉具有联锁保护功能，安全附件主要有压力表、安全阀及水位控制器。锅炉工作参数如表1、表2、表3和表4所示。

表1 锅炉工作参数（一）

表2 锅炉工作参数（二）

表3 锅炉工作参数（三）

表4 锅炉工作参数（四）

图1 烟道式余热锅炉

1.2.1 锅炉给水

锅炉的自动给水是通过一只DSJ-25型电极式水位控制器进行传感的。当锅炉水位下降至正常水位下限时（-20mm），DSJ-25发出启动水泵信号，此时水泵向锅炉给水，锅炉水位逐渐上升，当水位上升到锅炉正常上限（+30mm）时，DSJ-25发出停泵信号，随即水泵停止向锅炉给水。

1.2.2 性能特点

该型余热锅炉具有下列特点：当烟气温度为650℃，烟气流量为50000Nm3/h，锅炉的额定蒸发量为12t/h；该炉额定工作压力为1.0MPa，额定出口温度为184℃；锅炉本体散装出厂，现场砌筑安装。

1.3 省煤器设计布置

省煤器采用φ38mm×4优质锅炉管（GB3087-2008）弯制成的蛇形管，横向冲刷错排布置，横向间隔150mm，纵向间隔160m，烟气由下向上流动。锅炉给水经过省煤器进口集箱、省煤器管束、省煤器出口集箱后进入锅筒。省煤器为单独部件，由烟道与锅炉本体连接。安装前进行水压试验，试验压力应符合相关规定。

1.4 锅筒和对流管束设计布置

锅筒内径为φ900mm，壁厚14mm，无损检测100%检测合格后。将锅筒支座定位，再起吊下锅筒就位。这时，应根据锅炉纵向安装基准线和标高基准线对锅筒中心线进行测量，其允许偏差应符合相关规范规定，各件在就位时应根据随机图的要求预留支座的膨胀间隙。，并对上锅筒作临时固定。

对要求了解锅筒及受热面膨胀量的，应按设计要求在锅筒适当位置焊接膨胀指示牌，在钢架上焊膨胀指示针，并指示在零位。本锅炉共113组对流管束，对流管束规格为φ51mm，采用20（GB3087-2008）锅炉管制成。对流管束采用顺列布置，采用插入式焊接。在对流管束四角各装一根基准管校核尺寸，校核后并与锅筒点焊。对照基准管装上其余管排，要求管排均匀整齐，局部间隙与设计安装位置偏差不宜大于5mm。

1.5 烟气旁路及流程图的布置

用户可根据实际情况自行确定烟气流程。调风门的安装位置视现场情况确定，主烟道的调风门须设置于旁路烟道进口与锅炉烟气进口之间；如风道中设置膨胀节，可根据现场情况确定安装位置；烟道所需支撑由用户视实际情况自行处理。

1.6 炉墙及附件设计布置

烟道式余热锅炉炉墙的砌筑至关重要，它直接影响锅炉的运行效率。炉墙的砌筑应符合GB50273-2009《锅炉安装工程施工及验收规范》的有关规定。锅炉砌墙时，在同一层内前后相邻砖列和上下相邻砖缝应交错，墙体要平整和垂直。内衬墙壁耐火砖，与隔温层外墙应设置牵连结构，牵连砖上下两排的间距以5～8层为宜，在嵌入部分的耐火砖上部不上灰浆。炉顶砌砖，一般采用“咬砌”错砖缝。炉顶耐火层采用预制方式，成型后吊装在炉顶，上砌红砖一层密封。外形美观，典雅大方。

2 锅炉水质要求

锅炉水质必须符合GB/T1576-2008《工业锅炉水质》标准中的要求。水质不符合要求会产生溶解氧腐蚀，汽水共腾，还会使泥沙沉淀，锅筒下部形成泥垢，破坏水循环，使管子过热变形、爆管，甚至使锅筒过热导致锅筒裂纹爆炸。

3 控制要求

3.1 排污

不按规定排污，会导致对流管束堵塞，引起爆管，锅筒过热、裂纹，引起爆炸事故。一般给水内含有或多或少的矿物质，给水进入锅炉汽化后，矿物质留在炉内，浓缩到一定程度后，就在炉内沉淀下来，蒸发量越大，运行时间越长，沉淀物就越多。

3.2 停炉

3.2.1 余热锅炉的正常停炉

由于检修或其他原因，需要有计划地停炉时，其操作如下，

（1）停炉前的准备：全面检查了解设备操作情况，拟订检修项目并及时通知用户即将停炉。设备仪表检查内容：设备异常、裂纹、仪表指示不准、开关不灵、漏气、漏风、漏烟等。

（2）降低负荷：准备工作完成后，与工业炉窑联系，逐步减少进入锅炉的热量；按规定要求，逐渐降低炉温，直至最后停止。

（3）余热锅炉列解：当蒸汽流量近于0时，可将主汽阀缓缓关死，使余热锅炉与热网列解。为了避免急剧冷却，应使锅炉处于密闭状态。不许打开炉门进冷风，也不许上水、放水。待炉温慢慢降下，6h后方可打开炉门进出口，进行自然通风。

3.2.2 紧急停炉

立即停止给煤和送风，减少引风；迅速扒出炉内燃煤，或用砂土、湿炉灰压在燃煤上，使炉火熄灭，但不得往炉膛里浇水；炉火熄灭后，将烟、风挡板、炉门和灰门打开，以冷却炉排；急速打开安全阀、空气阀，降低压力，迅速将锅炉与蒸汽母管隔开。

因缺水事故而紧急停炉时，严禁向锅炉给水，并不得进行开启空气阀或提升安全阀等有关排气的调整工作，以防止锅炉受到突然的温度或压力的变化而扩大事故，如无缺水现象，可采取排污和给水交替的降压措施；对于蒸汽炉，因满水事故而紧急停炉时，应立即停止给水，关小烟道挡板，减弱燃烧，并开启排污阀放水，使水位适当降低，同时开启主汽管、分汽缸及蒸汽母管上的疏水阀，防止蒸汽大量带水和管道内发生水冲击。一旦发生锅炉严重缺水事故，严禁向锅炉给水，否则会导致锅炉爆炸。

紧急停炉时，炉温变化较快，必须防止事故的扩大或出现新的事故。应迅速断绝进入余热锅炉的烟气，很快降低负荷，保持密封3h即可自然通风。同时上水、放水，让炉水温度降到70～80℃后，放掉全部锅水。