余热锅炉介绍

余热锅炉，一种高效利用能源的锅炉设备，主要利用各类工业过程中产生的废气、废料或废液中的显热，以及可燃物质燃烧后释放的热量。此外，在燃油或燃气联合循环机组中，它还负责回收燃气轮机排放的高温烟气中的热量。
一、余热锅炉的工作原理
节能余热锅炉的设计是一项既复杂又繁琐的工程，它要求设计师不仅具备丰富的经验，还要确保设计的高可靠性和经济性。然而，目前该领域普遍存在对经验设计师的依赖性过强、设计周期长以及知识重用性差等问题。这些问题直接影响到企业能否迅速开发出满足客户需求的新产品，进而关系到企业的生存和发展。

余热锅炉主要分为火管式和水管式两大类，其结构与常规的工业锅炉相似。火管式余热锅炉以其大蓄水量和较小的汽压波动特点，在烟气量和用汽量波动的情况下仍能保持稳定。但值得注意的是，其蒸发量和蒸汽压力会受到锅筒直径和运行条件的限制。

另一方面，烟管端和管板在高温（高于600℃）和厚管板条件下，由于冷却不佳和温度应力较大，不宜采用火管式余热锅炉，而更适宜选择水管式余热锅炉。水管余热锅炉又可分为辅助循环和自然循环两种方式。

余热锅炉主要利用工业生产过程中的气体或废气、废液，以及某些动力机械排气的热量来产生蒸汽或热水。它广泛应用于各种冶炼炉和焙烧窑的排烟温度为650～1250℃；燃气轮机和柴油机等动力机械的排气温度为370～540℃的场合。通过安装余热锅炉吸收这些排烟中的部分热量，可以显著提高全系统的热能利用率。例如，在轧钢加热炉中安装余热锅炉后，全系统的热能利用率甚至可以提高一倍左右。

此外，进入余热锅炉的烟气温度是决定受热面布置形式的关键因素。当进口烟气温度为400～900℃时，锅炉内主要设置对流管束，不设置炉室。但当烟尘熔化点较低时，则需设置冷却炉室以控制进入对流烟道的入口烟气温度，避免灰渣在对流管排间搭桥。同时，在化工生产的裂解工艺中，余热锅炉也发挥着不可或缺的作用，它能够通过急速冷却高温裂解气体到裂解反应停止的温度，从而避免高温裂解气体的重新聚合。
高温含尘废气经过余热锅炉后，不仅温度有所降低，同时还能沉降部分尘粒，这无疑对减轻环境污染和除尘器的选择具有积极意义。在化工生产流程中，余热锅炉的排气温度需根据下游工艺的具体要求来定。
对于工业炉窑所使用的余热锅炉，通常借助引风机将排气引入大气；而动力机械和化工生产过程中的余热锅炉，则依赖进气自身的压力，使烟气通过锅炉后，或排往大气，或进入后续工艺装置。

当进口烟气或废气燃烧温度超过1100℃时，其布置方式与常规工业锅炉相似。若高温废气中混有大量细灰，锅炉的管排应垂直布置，并确保烟气以较高速度（约20米/秒）纵向冲刷管排。针对含有腐蚀性烟尘的高温废气，烟气流速应控制在较低水平（约8米/秒），并均匀分布，同时采取其他防磨措施。若高温废气中含二氧化硫(SO2)，通常应提高排烟温度，并避免使用加热给水的省煤器，以提升金属壁温，从而防止金属受到硫酸腐蚀。

二、余热锅炉的分类
余热锅炉的种类繁多，主要品种包括烧结机余热锅炉、三废混燃炉及吹风气余热锅炉、水泥窑余热锅炉等。这些锅炉根据余热的性质进行分类，可分为以下几大类：

高温烟气余热：这是最常见的一种余热形式，其特点是产量大、产点集中且连续性强，便于回收利用。这类余热锅炉回收的热量可用于生产或生活用热及发电，带走热量占总热量的40~50%。
高温炉渣余热：如高炉炉渣、转炉炉渣等，其温度高达1000℃以上，带走的热量占总热量的20%。
高温产品余热：例如焦炉焦碳、钢锭钢坯等，这些产品通常温度极高，含有大量可利用的余热。
可燃废气、废液余热：如高炉煤气、炼油厂的催化裂化再生废气等，这些废气、废液经过处理后，可以转化为有用的能源。
化学反应余热：在冶金、硫酸、磷酸等工业部门中，化学反应会产生大量的余热，这些余热可以通过特殊的设计进行回收利用。
冷却介质余热：例如工业炉窑的水套等冷却装置排出的冷却水，以及各种汽化冷却装置产出的蒸汽，都含有大量的余热，可以被合理利用。
冷凝水余热：各工业部门在生产过程中用汽冷凝后所释放的物理显热，这部分热量可以通过回收利用来提高能源效率。
(二)由于余热与其他生产设备及工艺紧密相关，余热利用呈现出以下特点：
热负荷的不稳定性：余热的产生主要受工艺生产过程影响，导致热负荷波动。
烟尘特性的多样性：烟尘成分、浓度和粒度的差异，会影响锅炉受热面的布置，并需考虑防磨、堵灰及除尘措施。
烟气成分的腐蚀性：烟气中的SO2、金属和非金属元素等可能对余热设备产生低温或高温腐蚀和积灰。
安装条件限制：锅炉进、出烟口标高和排烟温度等受固有条件限制，需满足生产工艺要求。
(三)鉴于余热烟气性质的差异，余热锅炉的种类和结构形式也各不相同。根据结构特点，余热锅炉可分为管壳式和烟道式两大类。同时，根据进口烟气含尘量和烟气特性，余热锅炉又可分为五类，包括不同含尘量范围、粘结性烟尘以及强腐蚀或有毒烟气等特殊情况。此外，余热锅炉的汽水系统也分为单压、双压等多压级类型，以满足不同的蒸汽需求。在受热面布置上，余热锅炉有卧式和立式两种方式，而工作原理则以自然循环为主，通过烟气水平流过垂直管簇来驱动汽水混合物的自然循环。
2. 强制循环余热锅炉：其特点在于烟气垂直流过水平布置的管簇，而循环泵则确保蒸发器内流量恒定。

直流余热锅炉：此类锅炉依靠给水泵压头，使给水一次性通过各受热面转化为过热蒸汽，蒸发受热面的工质流动同样由给水泵压头驱动。
三、余热锅炉特点
无燃烧器设计：余热锅炉通常不装备燃烧器，除非需要高压高温蒸汽，才会增设附加燃烧器。
高效热回收：余热锅炉能在多压状态下产生蒸汽，显著提高热回收效率。
灵活性：由于利用废气余热或固体显热，余热锅炉的受热面布置形式灵活多样，且不影响主工艺运行。
四、余热锅炉选型
余热锅炉设计所需关键条件

烟气侧参数：这涵盖了烟气量（标准或实际工况）、烟气进口温度、烟气成分、含尘量、压力状况（正压或负压），以及锅炉烟气侧的系统阻力等详细信息。
锅炉参数：这些参数包括锅炉的额定蒸发量、蒸汽压力、蒸汽温度，以及排烟温度等，它们是设计过程中不可或缺的依据。
其他相关参数：如主烟气系统所属的行业特性、系统工艺的详细说明、锅炉的安装方式、结构特点，以及安装地的气象条件或其他特殊要求，这些信息共同构成了余热锅炉设计的全面框架。