高伟莹
上海运能能源科技有限公司 上海闵行 201100
摘要：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。本文就对余热锅炉结构形式及运行特性相关方面进行分析和探讨。
关键词：余热锅炉；结构形式；运行特性
1余热锅炉技术的发展史
在余热锅炉设计过程当中，为了有效地提高与高温燃气轮机的匹配度，势必要选择烟气温度较高的环境下进行，然而随着匹配程度的加深，燃气轮机的容量变化幅度也随之增大。为了解决这个问题，则将烟囱排烟温度设置得更低一些，继而完成了将余热锅炉从单压向双压的转变。该转变进一步提高了联合循环的热效率。随之又发展到三压锅炉，热效率继续提高。现在，三压式的锅炉使用已经非常普遍了，它可以分为两种类型：一种是立式，另一种则是卧式。其中，立式余热锅炉最早在欧洲生产并使用，它的特点为占地面积小，对热应力敏感程度不高；卧式余热锅炉一般多用于北美地区，随着科学技术的进步，这种类型的余热锅炉对于循环泵的需求度减低，开始依靠自然循环。两者具有相同的热效率。
2余热锅炉结构形式阐述
某烟道式余热锅炉，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TSGG0001-2012《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。
图１ 烟道式余热锅炉
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。
2.2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。
2.3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。
2.4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。
2.5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。
3余热锅炉运行的优化措施
3.1余热锅炉受热面的积灰
高温烟气中含有大量烟尘，且大部分烟尘含有少量低熔点金属元素，当该烟尘颗粒通过高温区时会呈熔融状态。熔融状态的灰分粘结在高温壁炉面上形成积灰层，一般不宜清除。烟尘颗粒经过过渡区时，烟尘颗粒大部分为固体，小部分仍呈熔融或半熔融状态，此时形成的积灰既有松散型积灰，也有粘结性积灰，不易清除。烟尘颗粒经过锅炉低温区时会形成疏松的积灰，此时可以通过机械振动和吹灰形式清除。余热锅炉积灰的形成既有物理变化又有化学变化。受热面的积灰影响到热量的传递，使热效率降低，且可能导致受热面腐蚀，造成烟气偏流，当积灰到一定程度时，锅炉受热面磨损量增大，可能造成不必要的停炉，导致重大的经济损失。因此有效地清除余热锅炉的积灰，对余热锅炉正常运行至关重要。余热锅炉的吹灰方式主要有机械振打吹灰，蒸汽吹灰，声波吹灰器和激波吹灰等，每种方式有各自的优缺点，要根据实际情况，合理选用。
3.2省煤器腐蚀
省煤器是利用锅炉尾部的热烟气来加热给水的一种热交换器，它是余热锅炉的重要组成部分。然而自省煤器投入使用以来，磨损和腐蚀一直是省煤器存在的重要问题。使得锅炉省煤器爆管事故频繁发生，严重影响到余热锅炉的安全稳定运行。在这当中，第一，省煤器管壁渗铝。钢材表面渗铝后，其渗层结构应由三部分组成，外层是氧化铝壳，中间为铝铁合金，内层是基体金属，从而使钢材性能得到改善，大大提高其抗高温氧化、抗腐蚀和抗飞灰磨损的能力。第二，对易腐蚀部位进行技术改造，使易腐蚀部位与烟气隔开，使催化剂不能在该处沉积，避免腐蚀的发生。第三，控制锅炉运行时的排烟温度，通过调整省煤器副线上水，使锅炉的排烟温度高于烟气的露点温度。
结语
随着我国国民经济的发展、科学技术的进步和管理水平的提高，锅炉行业从设计制造到使用运行水平都发生了较大的变化。在设计余热锅炉时，人们应根据烟气的特性，了解锅炉的生产过程，减少余热锅炉工作时可能产生的安全隐患，从而节约能源，降低烟气温度，保护环境。
参考文献
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[4]王继方,姚文志,张俊如.再谈余热锅炉的选型[J].玻璃与搪瓷,2010,38(05):24-27.
论文作者:高伟莹
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/16
标签：锅炉论文; 余热论文; 省煤器论文; 烟气论文; 烟尘论文; 烟道论文; 高温论文; 《防护工程》2018年第13期论文;