摘要：本文论述了云南云铜锌业股份有限公司焙烧分厂通过对沸腾炉余热锅炉的节能改造项目，及工艺和设备相应的改进，充分回收利用沸腾炉燃烧反应所放出的烟气热能，以此来提高锅炉蒸汽产量，进一步降低烟气温度，既解决了生产系统的蒸汽供需矛盾，提升冶炼产能，又提高后续设备电收尘系统的运行稳定性，降低运行成本，提高了公司的经济效益，达到沸腾炉节能的目的。
关键词：锅炉；省煤器；应用；节能
1.概述
云南云铜锌业股份有限公司焙烧分厂余热锅炉建成于2001 年7月，由东方工业锅炉集团有限公司设计、制造，按照中压饱和蒸汽参数设计的，利用沸腾炉硫化锌精矿自发反应放热来提供热源。
设计为：余热锅炉入口烟气温度约为（900±50）℃，锅炉出口烟气温度约为（400±20）℃，锅炉额定蒸发量为11.6t/h，截至目前已经运行了18年。由于积灰结块、管路老化、保温脱落等原因，余热锅炉换热效率不断下降，每年都必须投入巨大的人力物力专门停产清理一次，复产运行一段时间后，由于积灰的原因，出口烟气温度逐步升高，最高达480℃左右，蒸汽产量随着运行周期加长而逐步降低，最低蒸汽产量仅有7~8t/h，无法满足湿法系统的蒸汽需求。而后续设备由于烟气温度过高经常出现故障，甚至无法正常运行，尤其是电收尘设备，为此，公司焙烧分厂曾经增加过表冷器用于降温，但取得的效果较差，降温不彻底，还会对电收尘有影响，同时热量损失严重，没有充足的蒸汽资源，后续的湿法系统也不能正常生产。
2.结合现场实际情况，余热锅炉节能改造增加省煤器的思路和理念
为了改善不利的局面，提高产量，节能减排，公司成立的专项组专门研究焙烧分厂余热锅炉改造的事情。
经过现场多次勘察和计算，最终确定对锅炉系统进行节能改造，拆除表冷器，升级余热锅炉，在余热锅炉的后端增设一台特殊的省煤器，锅炉给水先进入省煤器，再进入锅炉汽包，利用省煤器把给水提高温度，这样的方法既可以降低烟气温度，又可增加余热锅炉蒸汽产量，根据硫酸露点的温度计算省煤器的布置，尽可能不受烟气的腐蚀，以达到节能的目的，同时也可以保障后续设备的运行。
省煤器的设计以方便、实用为主，因现场空间受限，施工难度较高，无法使用吊车，省煤器设计分成三段连接，一方面便于施工安装，另一方面便于检修；省煤器的设计为每一段省煤器开两个人孔门，两侧分别安装一套冲击波清灰装置进行清灰，为了保证清灰效果，一套脉冲装置带一个脉冲罐，采用一拖一的方式，以便于清灰；给水与烟气顺流设计，即烟气的走向与给水走向相同，尽可能提高低温区管壁的温度，以防止锅炉进入省煤器的烟气酸露点的腐蚀；为了节约空间，便于安装和减小烟道阻力，烟道管采用长方形设计，取消圆管道。
3.余热锅炉改造方案
根据现场情况布置，尽可能利用原有的设备设施，风机、烟道、电收尘等都不变，因旋风收尘器较大，占用的场地较宽，需将旋风收尘器的旋风管部分向电收尘方向移动1米，收尘仓位置不变，给省煤器安装留出足够的安装空间，同时省煤器的烟道管全部改成方形，在保障允许阻力损失的情况下以减少空间占地面积。
除了烟道进出口以外，旋风除尘器及以后的所有管道、设备均未调整变化，管径的大小以及布置的角度以管道的阻力进行计算，不大于原有的阻力即满足要求，不需要改变现有的高温风机等设备，争取以最小的投资换取最大的收益。
3.1.烟气的流向
沸腾炉——炉顶烟道——余热锅炉（W循环）——省煤器三段——省煤器二段——省煤器一段——旋风收尘器——烟道管——电收尘器。
3.2.此种布置方案的优点
连接的烟道管最短，大约只有5 米的直管，烟道的转向弯头最少，只有1 个90 度弯头，旋风除尘器后的设备保持不变，这样的系统的管道阻力经过计算为~50Pa，加上省煤器的阻力248Pa，系统阻力小于原表冷400 Pa系统的阻力，因此采用此方案可以保证后续制酸工艺的稳定、安全，使风机的出力能够达到要求，对后续设备没有产生影响。
4.锅炉增加的省煤器技术参数
根据现有的余热锅炉参数以及物料情况进行计算，增加的省煤器换热面积：345m2；进口烟气温度：450~480℃；出口烟气温度：280~320℃；水侧进水温度：93~104℃；水侧出水温度：165~182℃；换热量：1004183~1673639kcal/h；烟气侧阻力：248 Pa；水侧阻力0.16Mpa（锅炉给水泵的扬程为600m，能够满足水侧的阻力损失）。
4.1.省煤器材料的选择
由于沸腾炉烟气中含有一定量的SO2、SO3、H2O，容易产生酸露点腐蚀，材料的选取则是关键的重点，经过多重材料比较，在材料选取上需要能够抗酸露点腐蚀的钢材，本次省煤器制造中选用ND钢（09CrCuSb），化学成分：C 0.12 Si 0.2-0.4 Mn 0.36-0.65 Cr 0.7-1.1 Cu 0.25-0.4 Sb≤0.1 P≤0.005 S≤0.035；抗腐蚀能力比锅炉钢20g（GB5310）强很多，只是强度比20g（GB5310）略差一些，在本次改造中ND钢的强度能够满足实用的要求，锅炉的额定压力由4.54Mpa降至3.0Mpa，足以消除因强度降低，材料对锅炉的影响。
4.2.省煤器回收热能计算
余热锅炉出口烟气温度为：450℃左右，烟气量为：24000~30000Nm3/h，烟气成分为：成分：CO2 0.92；SO28.88；N277.11；O24.82；H2O7.8 SO30.47；经过计算，温度为450℃，烟气量为30000Nm3/h时，烟气焓值为：19038222kJ/h。根据烟气成分，对烟气酸露点计算，以确定省煤器出口烟气最低温度，经过计算，烟气酸露点的温度为：207℃，考虑烟气去往制酸工段输送距离长，本次确定省煤器的出口烟气温度：320℃。当出口温度为320℃，烟气量为30000Nm3/h时，烟气焓值为：13321181kJ/h。因此，可以利用的热量为：5717040.6kJ/h，折算蒸汽量大约1.6~1.8t 蒸汽。也就是说经过本次改造后，焙烧分厂余热锅炉每小时可以增加蒸汽产量1.6~1.8吨。蒸汽送至湿法系统后，将消除因蒸汽不足而导致限产的情况，缓解后续生产系统的需求。
4.3.保护装置
结合实际生产情况，为了尽可能减少故障停产的时间，本次改造过程中给省煤器系统设计了一套保护装置，即使因省煤器受烟气腐蚀出现泄漏，也能保证沸腾炉及余热锅炉正常运行。低温区为一段省煤器，低温区管壁的温度平均为170℃，是最易发生酸露点腐蚀的地方，在设计制造中采用外接阀门分路控制的方法，一旦发生内部蛇形管受到腐蚀发生漏水的情况，可断开低温省煤器，以保障沸腾炉、余热锅炉系统继续正常运行，不至于停炉停产，受损坏的省煤器可待年度检修时重新更换低温部分。每次停炉至少需要5天的时间，同时需要60吨的燃油，一旦停产损失较大。
5.投资计算
直接费用：省煤器设备投资55.95万元，冲击波清灰系统投资25.5万元，安装投资33万元，设计及其他投资10万元，监督检验3万元，合计投资127.45万元，施工周期15天。利用停产检修期间进行改造，不会因停产改造而造成不生产的损失。
6.锅炉的升级改造所产生的经济效益
本次改造项目最终达到了预期的效果和目的，电收尘进口温度控制在了280~320℃，比改造前降低160~200℃，不需要再采取其他的措施来保障电收尘的安全运行，给焙烧分厂的生产带来了极大的方便，消除了因电收尘温度过高而导致停产的隐患。
焙烧沸腾炉余热锅炉新增省煤器运行以后，每小时同比可增加3.0Mpa的饱和蒸汽1.6~1.8t/h（实测1.8 t/h），按照200元/吨蒸汽的市场价格计算，每年产汽量增加13000吨，每年为公司节约253万元，节约标准煤2600吨，公司的综合能耗整体下降2.5%。作为有色金属冶炼企业，生产时时刻刻都需要消耗大量的能源，这样的结果可喜可贺，非常令人满意，这是余热充分的回收利用带来的结果。
因此，对焙烧沸腾炉余热锅炉的改造，充分回收没有利用的余热，并且产出湿法系统系统紧缺的蒸汽资源，是解决云南云铜锌业股份有限公司生产矛盾，提高综合产量，降低生产成本的最有效的途径。
这一改造给公司带来极大的经济效益，稳定生产，减少因蒸汽不足的原因而停产的时间，并产生良好的社会效益，节能减排，项目的建设符合国家大力发展循环经济、开发节能产品的国策。
7.结束语
本文通过对余热锅炉的改造来论述省煤器在沸腾炉余热锅炉上的应用，由于酸露点腐蚀的原因一般较难控制，国内冶炼企业很少使用这样的方法，一般不会在沸腾炉上安装使用省煤器，必须要求很强的实践认知，从理论到实际应用需要一个有效的结合点，才能完美的利用。
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论文作者:苏焕中
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：省煤器论文; 烟气论文; 锅炉论文; 余热论文; 收尘论文; 蒸汽论文; 温度论文; 《基层建设》2019年第14期论文;