CN115950266A - 一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，包括入口烟道、旁路烟道、过热器、高温蒸发器、钢珠清灰装置、灰斗、低温蒸发器、省煤器、吹灰器、导流及调节挡板、钢架。所述余热锅炉分上、下两段错位布置，第一段为光管受热面，采用钢珠清灰；第二段为H型翅片管，设置压缩空气或激波等吹灰器。烟气从入口烟道进入第一段与过热器和高温蒸发器换热，后经导流及调节挡板进入与所述第二段，并与低温蒸发器和省煤器换热后排出烟气。所述第一段发生异常时，导流及调节挡板关闭，并以冷空气降低烟气温度后从旁路烟道直接进入第二段。本发明提高了余热利用效率，实现了长周期安全运行。

Description

一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉

技术领域

本发明属于工业烟气余热利用领域，特别涉及一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉。

背景技术

余热属于二次热能，它是主要能源和可燃材料的产品在转换过程后散发的热能，是燃料燃烧过程的工艺项目完成后剩余的热量。余热一般分为以下七类：高温烟气、高温蒸汽、热渣、高温热回收产品(包括中间产品)、冷却介质的热量、可燃废热、化学反应和碳残留的余热。常用的余热回收方法包括：利用余热锅炉生产热水或蒸汽、烟气预热空气、流体热交换器处理高温烟气等。在矿热炉的生产过程中，通常采用碳质还原剂，会生成大量的含有CO、CO₂、H₂等成分的烟气，排烟中在含有大量的余热，烟气中所含的热量相当于约50％的矿热炉总能源消费总量。因此，选用先进工艺技术，回收利用矿热炉烟气能量意义重大，这样可以提高能源利用效率，削减工业生产成本。

矿热炉余热是矿热炉生产中不能有效利用，或加热过程中不能合理利用的热能。矿热炉冶炼过程产生的烟气是目前矿热炉余热利用的主要对象。余热发电不仅可以节约能源，而且有利于环境保护。余热锅炉对于余热发电来说是最重要的设备。余热锅炉利用废弃工质流体的热量作为热源或可燃物质，生产蒸汽用来发电。

矿热炉的排烟中含有大量飞灰颗粒，含尘气流进入余热锅炉时，颗粒可能会在受热面内沉积下来，造成严重危害。灰的导热系数很小，使得热阻变大，受热面传热能力降低。如果高温区域的烟气温度变高，颗粒熔融倾向增强，更易于粘附在壁面，造成结渣，并会引起恶性循环。低温区域的积灰也可能堵塞流动通道，使得阻力变大，风机负荷变大，进而电耗增多。结渣和积灰严重时，锅炉只能低负荷运行甚至停炉检修，导致设备利用率下降，经济损失不可避免。

余热锅炉的高温受热面可能发生结渣，因为该区域烟气温度可达到600℃以上，会使灰颗粒发生熔融形变，在壁面上形成结渣，渣块在烟管正面形成并迎着气流生长，且坚韧而硬难于清除。低温受热面的积灰主要由碰撞到受热面上的飞灰组成，飞灰在凝固点以下呈固体颗粒状，由于矿热炉烟气含大量的细小飞灰颗粒，其吸附力极强，易在低温管束上形成严重积灰，从而影响锅炉的能效。

发明目的

本发明的目的在于克服现有工业硅余热锅炉存在的结渣及积灰问题，提供一种针对工业硅矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，锅炉分两段布置，两段内采用不同的换热元件和清灰方式，在充分利用烟气余热的同时亦能有效减轻受热面结渣及积灰问题。

本发明将余热锅炉分两段错位布置，错位布置相对于纯立式的余热锅炉，高温段受热面清理后的结渣和积灰被及时清除，能大大减轻中低温段各级受热面积灰程度，提高中低温段各级受热面的传热有效性。余热锅炉两段均采用立式布置，立式布置相对于卧式布置更有利于减轻积灰和清除锅炉底部的渣块与积灰。锅炉第一段包括过热器和高温蒸发器，其受热面采用光管，光管受热面表面不易结渣，即使结渣也容易清除，清灰方式选择钢珠清灰，钢珠清灰具有清灰效果好、结构简单、制造、使用、维护费用低等优点，在锅炉第一段顶部布置钢珠播撒装置，在底部布置钢珠收集装置，清灰时钢珠由钢珠播撒装置播撒，与过热器、高温蒸发器相互碰撞将受热面上的渣块打击下来，底部的钢珠收集装置收集落入灰斗的钢珠，再由钢珠提升装置将钢珠送回钢珠播撒装置，本发明和上下直通非错位的立式余热锅炉相比，钢珠流程短，实现短流程、低能耗钢珠清灰；而且错位布置后也避免出现钢珠流落到H型翅片管束上发生积灰堵塞流道，影响长周期安全运行。锅炉第一段受热面上被清除的灰渣由于自身的重力作用以及锅炉结构所带来的离心力作用，大的灰渣和灰颗粒落入灰斗，小的飞灰颗粒随烟气经导流及调节挡板均匀化后进入锅炉第二段。锅炉第二段包括低温蒸发器和省煤器，其受热面采用H型翅片管，H型翅片管具有耐磨损、自身存在扰动流场而不易积灰、受热面大、换热性能好、流动阻力小等优点，由于H型翅片管本身特点以及烟气中的大灰渣颗粒已在锅炉第一段清除，布置压缩空气或激波等吹灰器即可清除受热面上的积灰。锅炉第一段发生异常时，烟气从旁路烟道进入锅炉第二段进行余热利用。

发明内容

本发明提供了一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，该余热锅炉分两段错位立式布置，其中烟气流向与地面垂直；所述余热锅炉的第一段包括过热器(1)和高温蒸发器(2)；所述余热锅炉的第一段的受热面为光管，采用钢珠清灰，在所述余热锅炉的第一段的顶部布置钢珠播撒装置(9)，底部布置钢珠收集装置(5)和灰斗(4)，侧面布置钢珠提升装置(3)；所述余热锅炉的第二段包括低温蒸发器(13)和省煤器(14)；所述余热锅炉的第二段的受热面为H型翅片管，布置压缩空气或激波吹灰器(7)；所述余热锅炉的第一段和第二段的两段连接处布置烟气导流及调节挡板(6)，锅炉壳体(12)包裹所述余热锅炉的第一段和第二段；入口烟道(8)外侧设置旁路烟道(9)；所述入口烟道(8)分别设置多个冷空气应急阀门，所述余热锅炉的第二段尾部设置出口烟道(15)，布置锅筒(11)进行汽水分离，构成完整的水循环回路；布置钢架(16)支撑整个余热锅炉的所述入口烟道(8)。

优选地，所述入口烟道(8)被分为烟气入口与空气入口；所述入口烟道(8)有多个烟气进口，当烟气温度过高时，则打开入口烟道(8)的空气进口阀门，使烟气与空气混合后再进入所述余热锅炉的第一段。

优选地，所述过热器(1)和高温蒸发器(2)由若干光管并列组成，光管管束中心线水平布置并垂直于烟气流向，相邻光管之间设有间隙。

优选地，所述低温蒸发器(13)和省煤器(14)由若干H型翅片管并列组成，相邻的所述H型翅片管之间设有间隙。

优选地，所述余热锅炉的第一段回收烟气余热后，烟气在所述余热锅炉的第一段底部受离心力作用，大的灰渣颗粒被甩入灰斗(4)实现初级分离，减少对所述余热锅炉的第二段的积灰和磨损，剩余小的灰颗粒随烟气经导流及调节挡板(6)均匀化后进入所述余热锅炉的第二段。

优选地，所述余热锅炉的第一段采用钢珠清灰，顶部布置钢珠播撒装置(10)，清除的灰渣落入灰斗(4)，底部布置钢珠收集装置(5)回收清灰后的钢珠，布置钢珠提升装置(3)将钢珠送回钢珠播撒装置(10)。

优选地，所述余热锅炉的第二段布置吹灰器(7)，为低温蒸发器(13)和省煤器(14)清灰，吹灰方式为压缩空气法或激波法。

优选地，当余热锅炉高温区第一段无法正常运行时，关闭烟气导流及调节挡板(6)，烟气由旁路烟道(9)进入所述余热锅炉中低温区第二段。

优选地，所述过热器(1)、高温蒸发器(2)、低温蒸发器(13)和省煤器(14)均为水管式换热器。

优选地，所述低温蒸发器(13)和省煤器(14)所用H型翅片管的翅片节距不小于30mm。

附图说明

图1为一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉的主体剖面结构示意图。

图2为一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉的主体示意图。

图3为本发明中过热器、高温蒸发器的换热管束结构示意图。

图4为本发明中低温换热器、省煤器的换热管束结构示意图。

图中：1-过热器；2-高温蒸发器；3-钢珠提升装置；4-灰斗；5-钢珠收集装置；6-导流及调节挡板；7-吹灰器；8-入口烟道；9-旁路烟道；10-钢珠播撒装置；11-锅筒；12-锅炉壳体；13-低温蒸发器；14-省煤器；15-出口烟道；16-钢架。

具体实施方式

本发明提供了一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，下面结合附图和具体实施方式对本系统工作原理做进一步说明。

图1所示为一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉的示意图，其特征在于，余热锅炉分两段错位立式布置(烟气流向与地面垂直)，锅炉第一段包括过热器1和高温蒸发器2，其受热面为光管，采用钢珠清灰，在锅炉第一段顶部布置钢珠播撒装置9，底部布置钢珠收集装置5和灰斗4，侧面布置钢珠提升装置3；锅炉第二段包括低温蒸发器13和省煤器14，其受热面为H型翅片管，布置压缩空气或激波等吹灰器7。锅炉两段连接处布置烟气导流及调节挡板6，锅炉壳体12包裹锅炉第一段和第二段，入口烟道8外侧设置旁路烟道9，入口烟道8分别设置多个冷空气应急阀门，锅炉第二段尾部设置出口烟道15，布置锅筒11进行汽水分离，构成完整的水循环回路，布置钢架16支撑整个锅炉。

入口烟道8分为烟气入口与空气入口，入口烟道有多个烟气进口，当烟气温度过高时，则打开入口烟道8的空气进口阀门，烟气与空气混合后再进入余热锅炉第一段。

过热器1和高温蒸发器2由若干光管并列组成，光管管束中心线水平布置并垂直于烟气流向，相邻光管之间设有间隙。

低温蒸发器13和省煤器14由若干H型翅片管并列组成，相邻H型翅片管之间设有间隙。

锅炉为两段式错位布置，锅炉第一段回收烟气余热后，烟气在锅炉第一段底部受离心力作用，大的灰渣颗粒被甩入灰斗4实现初级分离，减少对第二段的积灰和磨损，剩余小的灰颗粒随烟气经导流及调节挡板6均匀化后进入锅炉第二段。

锅炉第一段采用钢珠清灰，顶部布置钢珠播撒装置10，清除的灰渣落入灰斗4，底部布置钢珠收集装置5回收清灰后的钢珠，布置钢珠提升装置3将钢珠送回钢珠播撒装置10。

锅炉第二段布置吹灰器7，为低温蒸发器13和省煤器14清灰，吹灰方式可选择压缩空气法或激波法等多种方式。

布置旁路烟道9，当锅炉高温区第一段无法正常运行时，关闭烟气导流及调节挡板6，烟气由旁路烟道9进入锅炉中低温区第二段。

过热器1、高温蒸发器2、低温蒸发器13和省煤器14均为水管式换热器。

低温蒸发器13和省煤器14所用H型翅片管的翅片节距不小于30mm。

其工作过程为：

矿热炉烟气温度大约为500～600℃，但也会有瞬时高温达到1000℃以上，为防止瞬时高温导致结渣更加严重，入口烟道8包含烟气入口与空气入口，入口烟道有多个烟气进口，空气入口设置开关阀门，烟气温度过高时开启阀门，烟气与空气混合后进入锅炉。烟气从入口烟道8进入锅炉第一段，依次经过过热器1、高温蒸发器2换然后经导流及调节挡板6均匀化后进入锅炉第二段，烟气在锅炉第二段与低温蒸发器13和省煤器14充分换热后从烟气出口15离开余热锅炉。本发明的余热锅炉在高温蒸发器2出口集箱和过热器1进口集箱之间布置一个锅筒11，高温蒸发器2出口集箱排出的汽水混合物进入锅筒11进行汽水分离后，蒸汽进入过热器1进口集箱，加热到一定的过热温度送去汽轮机发电或送入其他工艺过程，锅筒11下部的大直径下降管分别将欠饱和水引入高温蒸发器2和低温蒸发器13的进口集箱，构成完整的水循环回路。锅炉给水经除氧后送入省煤器14进口集箱，吸收烟气余热后被加热到一定温度从省煤器14进口集箱送入锅筒11中。布置旁路烟道9，当锅炉第一段无法正常运行时，烟气由旁路烟道9进入锅炉第二段。锅炉第一段清灰方式为钢珠清灰，清灰时钢珠由钢珠播撒装置10播撒，与过热器1、高温蒸发器2相互碰撞将受热面上的结渣打击下来并落入灰斗4，同时，由于离心力的作用，烟气中的大灰渣和灰颗粒会被甩入灰斗4，底部的钢珠收集装置5收集落入灰斗4的钢珠，布置钢珠提升装置3将钢珠送回钢珠播撒装置10。锅炉第二段布置吹灰器7，清灰方式可选择压缩空气法或激波法等多种方式，可有效清除低温蒸发器13和省煤器14上的积灰。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

本发明错位布置、分段控制结渣和积灰、旁路应急调节，提高余热利用效率，实现长周期安全运行。

相较于现有技术，本发明具有如下有益效果为：

1.针对工业硅生产过程中产生的废气成分复杂，传统余热锅炉受热面的结渣、积灰严重等问题，创造性的将锅炉分两段立式错位布置，且两段分别选择不同的换热器以及清灰方式，提出了一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉。具体来说，锅炉第一段的过热器以及高温蒸发器采用光管受热面，有效减轻结渣，采用钢珠清灰法可除去在光管上的结渣。除此之外，入口烟道包含烟气入口与空气入口，入口烟道有多个烟气进口，空气入口设置开关阀门，烟气温度过高时开启阀门，烟气与空气混合后进入锅炉，防止烟气瞬时高温，亦可减轻锅炉结渣问题。锅炉第二段的低温蒸发器和省煤器采用H型翅片管受热面，H型翅片管节距大于30mm，利用H型翅片管的自清灰优势，可减轻受热面积灰，同时布置吹灰器为低温蒸发器和省煤器清灰，清灰方式可选择压缩空气法以及激波法等多种方式，可有效清除低温蒸发器和省煤器上的积灰。综上，本发明可有效防控受热面的结渣和积灰问题。

2.实现了烟气余热的高效回收，达到节能降耗的目标。工业硅生产过程中产生的废气从入口烟道进入锅炉第一段，与过热器，高温蒸发器换热，然后进入锅炉第二段进行第二次换热，锅炉第二段的低温蒸发器和省煤器采用布置H型翅片管，可减少管道排列数目，同时增加换热面积，利于实现烟气和工质的最佳换热，充分回收利用烟气余热。

3.提高了机组运行的稳定性和可靠性。布置旁路烟道，当锅炉第一段无法正常运行时，烟气由旁路烟道进入锅炉第二段，以保证整个机组的持续运行。在旁路运行期间，可对锅炉第一段进行维修。

Claims (10)

1.一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，其特征在于，该余热锅炉分两段错位立式布置，其中烟气流向与地面垂直；所述余热锅炉的第一段包括过热器(1)和高温蒸发器(2)；所述余热锅炉的第一段的受热面为光管，采用钢珠清灰，在所述余热锅炉的第一段的顶部布置钢珠播撒装置(9)，底部布置钢珠收集装置(5)和灰斗(4)，侧面布置钢珠提升装置(3)；所述余热锅炉的第二段包括低温蒸发器(13)和省煤器(14)；所述余热锅炉的第二段的受热面为H型翅片管，布置压缩空气或激波吹灰器(7)；所述余热锅炉的第一段和第二段的两段连接处布置烟气导流及调节挡板(6)，锅炉壳体(12)包裹所述余热锅炉的第一段和第二段；入口烟道(8)外侧设置旁路烟道(9)；所述入口烟道(8)分别设置多个冷空气应急阀门，所述余热锅炉的第二段尾部设置出口烟道(15)，布置锅筒(11)进行汽水分离，构成完整的水循环回路；布置钢架(16)支撑整个余热锅炉的所述入口烟道(8)。

2.根据权利要求1所述一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，其特征在于，所述入口烟道(8)被分为烟气入口与空气入口；所述入口烟道(8)有多个烟气进口，当烟气温度过高时，则打开入口烟道(8)的空气进口阀门，使烟气与空气混合后再进入所述余热锅炉的第一段。

3.根据权利要求1所述一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，其特征在于，所述过热器(1)和高温蒸发器(2)由若干光管并列组成，光管管束中心线水平布置并垂直于烟气流向，相邻光管之间设有间隙。

4.根据权利要求1所述一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，其特征在于，所述低温蒸发器(13)和省煤器(14)由若干H型翅片管并列组成，相邻的所述H型翅片管之间设有间隙。

5.根据权利要求1所述一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，其特征在于，所述余热锅炉的第一段回收烟气余热后，烟气在所述余热锅炉的第一段底部受离心力作用，大的灰渣颗粒被甩入灰斗(4)实现初级分离，减少对所述余热锅炉的第二段的积灰和磨损，剩余小的灰颗粒随烟气经导流及调节挡板(6)均匀化后进入所述余热锅炉的第二段。

6.根据权利要求1所述一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，其特征在于，所述余热锅炉的第一段采用钢珠清灰，顶部布置钢珠播撒装置(10)，清除的灰渣落入灰斗(4)，底部布置钢珠收集装置(5)回收清灰后的钢珠，布置钢珠提升装置(3)将钢珠送回钢珠播撒装置(10)。

7.根据权利要求1所述一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，其特征在于，所述余热锅炉的第二段布置吹灰器(7)，为低温蒸发器(13)和省煤器(14)清灰，吹灰方式为压缩空气法或激波法。

8.根据权利要求1所述一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，其特征在于，当余热锅炉高温区第一段无法正常运行时，关闭烟气导流及调节挡板(6)，烟气由旁路烟道(9)进入所述余热锅炉中低温区第二段。

9.根据权利要求1所述一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，其特征在于，所述过热器(1)、高温蒸发器(2)、低温蒸发器(13)和省煤器(14)均为水管式换热器。

10.根据权利要求1所述一种针对矿热炉烟气的错位分段布置立式余热锅炉，其特征在于，所述，低温蒸发器(13)和省煤器(14)所用H型翅片管的翅片节距不小于30mm。

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