余热锅炉的发展趋势和欧萨斯锅炉的特点

述 余热锅炉的发展趋势和欧萨斯锅炉的特点 张 锡 强， 徐 建炎 ( 中国有 色工程设 计 研 究总院 公 用 工程 所 ， 北 京 1 0 0 0 3 8 ) 摘要】通过对有色冶金系统余热锅炉 的设计和运行之总结 ， 结合欧萨斯锅 炉的特 点， 分析研究 了冶 金余热锅炉的发展趋势， 提 出了新的设计思想。 关键词】余热锅炉 ； 发展 ； 趋势； 欧萨斯 中图分类号 】TK 2 2 9 9 2 文献标识码】A 【 文章编号 】1 0 0 38 8 8 4 ( 2 0 0 3 ) 0 60 0 0 1 0 2 在冶金 系统 中， 采 用余 热锅 炉和 其 它余热 利 用 设备的节能方 法， 现 已得 到广 泛 的应 用。余热 锅 炉 已不仅仅是一 台孤立 的 回收余 热设 备 ， 而 是现 代 冶 金工 厂十分关键 而又 必不 可 少 的设 备 ， 它 与熔 炼炉 和 电收尘器一起 ， 成为现代 化冶炼厂的三大设 备。 1 冶金余热锅炉的发展趋势 1 1 余热锅炉 的发 展进程 1 1 1发 展 的 三 个 阶 段 2 0世纪 5 0年 代 以 前 为余 热 锅炉 的发 展 初期 ， 由于对 有色冶金 余热 的 特点 和烟 气 、 烟 尘的特 性 了 解 不够， 误将余 热锅炉与 一般 锅炉等 同对待 ， 辐射 室 及对 流管 束间距 较 小 ， 锅 炉短 期运 行 后即 被积 灰堵 死 。6 0年代前 后为发展 中期， 主要炉 型有 多通道 式 余热锅炉 ( 如 日本 田熊株式 会 社为 白银铜 冶炼 厂设 计的余热锅 炉) ， 其最大特 点是余热锅炉有 一个较大 的辐射冷却 室， 使 积灰问题有所改 善， 但积 灰问题 尚 未 完全解决 ； 6 0年代末至 7 0年代初 ， 余热锅 炉进 入 成熟 期， 锅炉 炉型 以直通式 炉型为主 ， 有一个大 的辐 射冷 却室， 烟 气在炉 内不转 弯， 成直 流式流动 。实践 证 明， 这一炉 型经长期运行是 比较正常可靠 的。 目前 余热锅炉 的设计 仍采用直通 式炉 型。它有 效地解决 了以下几个 问题 。 1 1 2需 要 解 决 的 问题 1 1 2 1腐蚀 问题 通过 提高锅 炉 的运行 压力 ， 有效地 解决 了低温 腐 蚀问题 ； 通 过采取控制炉 内金属温度 、 保持 受热面 的清 洁等措施 ， 防止锅炉 产生高温腐蚀 。 1 1 2 2积 灰问题 【 收稿 日期 】 2 0 0 3 一l 11 0 镌稿2 0 0 3 ( 6 ) 采 用大空间辐射室 ， 降低烟气 流速， 使烟 气 中的 大颗 粒烟 尘 充 分 沉 降。在 对 流 段烟 气横 向冲 刷 管 束 ， 减少积灰和腐 蚀 。对于 烟 尘容 易粘结 的余 热 锅 炉 ， 尽量不设置过 热器 ， 一方 面 防止高 温腐 蚀 ， 另一 方面 防止过热器 积灰。 1 1 2 3磨损 问题 采用直 通式 炉型 ， 使 余热 锅炉 内烟 气流 动平 稳 均匀 ， 烟气流速控制 在 5 m s以内， 这样 可有效 地减 小烟 尘对受热面的磨损 。 1 2 余热锅炉 的发 展趋势 当今余 热 锅炉 朝 向大 型 化 、 高 参 数 方 向发 展 。 随着有色 冶炼 能力 的提 高， 余热 锅炉 容 量和 参数 得 到提高 ， 对 于有 色冶 金 系统 来 说， 蒸 发量 5 0 t h 、 工 作压 力 4 2 MP a的 锅炉 被 称 为 大型 余 热 锅 炉。 其 他行业 余热 锅炉 容量 更大 ， 如钢铁 冶 金行 业 的干熄 焦余 热锅炉， 蒸发量 已达 到 1 0 0 t h以上， 工 作 压力 1 2 5 M Pa 。 炉型 的发展 趋势 仍 以直 通道 式锅 炉为 主 ； 循环 方式 为强制 循环 以及强制 循环与 自然循 环的联合循 环 ； 受热面结构 为外 壁采用全膜式 壁， 内部对 流管束 采用膜式管屏 和蛇形管 束。 余热 锅炉 内设置 烟 气挡板 ， 挡板 可布置 在辐射 冷却室和对流 区， 以改 善炉 内烟气 流动场和温度场 ， 提高锅炉传热 效果 ， 减轻 受热 面 的积 灰。这 一设计 在国外 已较 为常见， 但 国 内尚无应 用实例。 清灰方式分 机械振打 、 弹簧锤振打 、 气 动振打及 爆破 清灰等 ， 根据余热锅 炉烟灰 的粘结性 能不同 ， 选 用 不同的清灰设 施。 2 欧萨斯余热锅炉 的特点 云南铜 业公 司的欧萨斯余热 锅炉配置在艾萨铜 1 维普资讯 综述 熔炼 炉之后， 蒸 发 量 为 5 1 t h ， 工 作 压 力 4 2 MP a 蒸 汽 温 度 2 5 4， 烟 气 量 7 0 0 0 0 m3 h ， 进 口烟 温 1 2 4 0 ， 排烟 温度 3 5 0， 烟气 成分 ： S O2 1 2 6 0 ， c o 2 1 0 4， H2 O 2 5 1 ， 0 2 3 0 ， N 2 4 8 9 ， 烟 尘含量 为 3 0 g m3 。 2 1炉型 该锅炉为直 通式 炉 型， 由上升烟 道 、 下 降烟 道 、 水平烟道 组成。 根据 艾萨 炉 的特 点， 上 升和 下 降烟 道高度大 ( 3 0 m) ， 上升烟道 垂直布置 ， 有利于烟 尘的 沉降 。 2 2 水循环方式 欧萨斯余热 锅炉选用 自然 循环与强制循 环相结 合的循环系统 。一般地 ， 余 热锅 炉 常使用 一 种循 环 方 式( 强制循 环或 自然循 环 ) ， 在 一 台余热 锅 炉上 同 时使 用两 种循环方式 的情 况较少 。其优 点是可靠性 高 ， 锅炉所有外 壁均 采用 自然循 环， 减 少了强制循环 水量 ， 便于选择较 小 的循 环水 泵 ； 但 实际 上 ， 该炉 的 强制循环水量 并未减少 ， 据估算 ， 循环流量 富余量 4 0 ， 这 样提高 了强 制循 环 系统 的可 靠性 。虽然 经 济 上有所损失 ， 但余热锅炉运 行的可靠性 更为重要 ， 锅炉 系统最 重要 的是水 循 环， 保证 了锅炉 每 一个 受 热面循 环 水 量 充 足 ， 可 以保 证 在 烟 气 温 度 达 1 2 0 0 、 甚至 1 5 0 0时 ， 亦不会烧坏 炉管 。 但是， 在 可靠 性 提 高 的 同 时， 也 使 系统 更 为复 杂 。若全部采用 强制 循 环， 则仅 需 要 下降 管和 上 升 管 各一根即可 。而该 锅炉 DN3 5 0 、 DN4 0 0的循 环水 管道 有 8根 ， 使得管道布置 较困难 ， 操 作较复 杂。 2 3 全机械振 打 锅 炉清 灰 主要有 机械 锤打 和弹簧 锤 振打 两种 。 该锅炉 内部管束和 外 部管 壁均 采 用机械 振 打 方式 ， 设有 8套气动机械 振打 装置 和 7 0套 电动 机械 振 打 装置 ， 总体 上与 日产炉清灰方式 相似 ， 与西北铅锌 厂 QS L余热锅炉 、 贵溪 闪速 炉和转 炉余 热 锅炉上 所用 的机械振打 装置 形式 相 同。但 与 奥斯龙 锅炉 不 同 ， 奥斯龙锅炉采用 弹簧 锤振 打 装置 ， 使用 效 果较机 械 振打效果好 。 2 4 艾 萨炉炉顶结构 目前 ， 上升烟道 、 下降烟道 采用锅炉受热面 结构 已逐步 被世人接 受， 有 些新 炉型 的 炉体 本身 也采 用 锅炉 受热 面， 如铜 陵 公 司 的奥斯 麦特 炉 上部 采用 了 锅炉 受热 面， 这 种型式投 资省， 可靠性 大 。艾 萨炉 在 炉顶采用了锅炉 受热 面 ， 结构 新颖 ， 从锅炉技术 角度 2 考虑 完全 可行 。但 存在一个 问题 ， 即炉顶一 旦漏水 ， 水容 易进到 艾 萨炉 内发 生爆 炸 。 曾在 QS L炉 上有 过教训 ， 水冷 插 件 和 直 通烟 道 在熔 体 上 部 ， 试 生产 时， 发 生漏水， 水进入 熔 池里 ， 水 位到 2 0 0 3 0 0 mm 才被发现 ， 所幸 当时渣层较厚 ， 未发生爆炸 。故不论 上升烟道 还是炉 顶 ， 一 旦漏 水， 水 将 会漏进 熔 池， 所 以操作要 求 比较 高 。因此 采取 了一 些 自控措 施 ， 如 测量进水 流量 、 出水流量 ， 把炉顶单 独作为一个受热 面 ， 当进 、 出水量有差别 时报警等。 2 5 炉体支吊架 余热 锅炉 一般 采用 吊挂 形式 ， 吊挂 在锅炉钢 架 的最上层 ， 以保证锅炉 受热 面 良好 的弹性 ， 清 灰较 容 易。若采用支撑形式 ， 则 整个锅炉 刚性较 大， 使用机 械振打 ， 效果 不佳。本 台锅炉 的上升 、 下降烟道采 用 吊挂形式 ， 水平烟道 采用支撑形 式， 但 这种支撑与传 统意义上 的大框架式支撑 不同， 采用 了细小钢柱 ， 柱 脚铰接。这种 支 吊结 合 方式 主要 根据 该 炉型 决 定， 因水平 部分炉顶 的钢 架较 庞大 ， 对 流管 束整体 吊挂 检修 比较 困难 ， 所 以采用支 撑的形式 比较 好， 上面 只 有 两根梁， 而 且可 以卸 下来 ， 检修方便 。 2 6全膜式壁 该余热 锅 炉 本 体 、 所有 外 壁 包 括 上 升 、 下 降烟 道 、 水平 部分 外 壁 、 艾 萨炉 炉 顶 等 均 采 用 膜式 水 冷 壁。根据炉 内温度的不 同， 膜式 壁 管子 间距为 6 0 1 0 0 mm。 管 子 规 格 为 3 8X 5 。 2 7 锅 炉与艾萨炉接 口 在入 口部分 的 3 m 段 有一个 沙封和 一个 移动式 冷 却屏， 将 其提起后 ， 可放 进烟 道 闸板 ， 此 做法 较 新 颖 。因余热 锅炉较 艾 萨炉 事故 多， 余 热锅 炉在 运行 过程 中很难 做到不爆管 、 不 泄漏， 其检 修周期与 冶金 炉并非 同步， 故 加 一个 水冷 烟道 闸板 很 有必 要。而 采用水平式 的水冷 闸板 、 提 升 式 的受热 面结 构 形式 比较合理 ， 检修 方便 。在 白银 炉余 热锅 炉设 计 中亦 采用 了水平 式水冷 闸板 ， 但接 口部分不能提升 。 2 8 锅 炉出 口烟道垂直 向上 一 般来 说 ， 锅 炉烟 气 出 口有 向 上和水平 两 种形 式。从传热 角度 看， 因为烟 气 向上走， 而对流管 束有 6 m高 ， 烟气 充满不了整个 内部 空间， 下部分 受热 面 利用 率较 低， 所 以 烟 气 出 口采 用 水 平 形 式 比较 好。 如果烟 气水平 出 口在中心线 附近 ， 烟气 充满度较好 ， 也能 充分利用受热 面。若烟气 出 口设计为 向上的形 ( 下 转 第 5页 ) 膏 色 设2 0 0 3 ( 6 ) 维普资讯 设计 计算 地保护 阴极振打 吊挂绝 缘 子， 且 电能 消耗 仅 为 普通 管状电加热器对保温箱整体加热的 1 3 左右。 4试车投产 2台 WCRS 4 52 4型 电除 尘器均 进行 高 压 硅整流带 电场 空载升压试验 ， 供 电设备运行正 常， 对 各火 花均能检 测 与控 制。各 电场 二 次 电压 、 电流 见 表 3 。 表 3数据表 明， 闪络 电压大于 6 6 k V， 电晕 电流 3 0 0 3 2 7 mA， 取 得 了预期效果 。 表 3 各电场二次电压与电流 该 设备投入 系统 生产后， 平均 二次 电压 、 二 次电 流见表 4 。负载伏安特性 曲线见图 3 。 表 4 平均二次电压与电流 二次 电压 ， k V 1 0 1 5 2 O 2 5 3 O 3 5 4 O 4 5 5 0 5 2 二次 电流 mA 0 5 1 2 4 0 6 O 8 0 1 1 0 1 4 5 1 8 0 2 2 0 图 3 负载伏安特性曲线 工 作电 压均大 于 5 0 k V， 二 次 电流达 2 2 0 mA， 无 闪络 ， 操作 稳定 ， 运行 正常。 经 实测 ， 在烟气 进 口温 度 2 1 0、 出 口 1 9 0、 系统进 口压力 一6 0 0 P a 、 出口压力 一1 0 5 0 P a 、 入 口含 尘量 3 ， 8 g m3 的情况下 ， 出 口含 尘为 7 0 mg m。 ， 除 尘效率大 于 9 8 ， 设备 漏 风 率 小于 5 。烟 气 s o2 浓度和 含尘量均满足 制酸要求 。 5 结束语 虽然 WCR $ 4 52 4电除尘器 用于 铅锌烧 结 烟 气的净化获得 成功， 但 仍然存在一 些问题 ， 有待于 进 一步探 索 、 解决。 由于 放 电极采 用脱钩 式 顶部 振打 ， 其 顶部无 效空 间较大 ， 不利 于 除尘 效率 的进 一 步提 高 和重 量 降低。 因此 ， 应研 究解 决 在不 影响 电场 放 电的情 况 下， 如何 缩小无效 空间的方法 。 由于铅 锌精矿烧结机 所产 生的烟 气量及烟气 含尘 量波动较大 ， 对灰 斗 的排 灰周 期 影响 很大 。因 此 ， 有必要 在灰斗的适 当位置设置料 位监控 装置 。 今 后在设计 处理 铅锌烧结烟气板 式 电除尘器 时， 同极 间距取 4 0 0 mm 或更大 是 可行的 ， 以进 一 步 提高操作 电压和尘 粒 的有效 驱 进速 度 ； 除尘效 率还 有相应提高 的趋势 。 针对铅 锌精矿烧