浅析余热锅炉在工业节能领域中的应用

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目前节能领域里工业、交通、建筑是推进节能事业的三大主要领域。其中工业涉及的领域是最为宽泛的，包括钢铁、有色金属、火电、化工、煤炭等领域，这些领域的工业能耗在能源消费结构中占有很大比例，因而工业节能是节能产业潜力最大的领域之一，有着巨大的节能产值待挖掘。本文主要对余热锅炉在工业节能领域的应用及维护问题展开详细探讨。

　　一、本文研究背景及研究意义

　　20世纪70年代以来，由于世界能源逐渐短缺，而能源需求量则日益增多，节能措施和技术的研究也日益增多，其中采用余热锅炉回收各类余热源也是一次能源利用率的重要手段。余热锅炉作为回收和利用各种工业炉窑、钢铁等工艺气余热的主要设备，是利用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产生蒸汽或热水的锅炉，具有结构简单、热效率高、运行寿命长、安全可靠、维护方便等优点，是节能工作中回收热量用得最多的一种技术设备，研究与推广使用余热锅炉对能源节约起着极为重要的作用。

　　二、余热锅炉在我国工业节能领域中的应用

　　余热锅炉是重要的节能设备，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℃。安装余热锅炉吸收这些排烟中的部分热量，全系统的热能利用率可以显着提高。例如轧钢加热炉安装余热锅炉后，全系统热能利用率甚至可提高1倍左右。高温含尘废气通过余热锅炉后，除温度降低外，还可沉降一部分尘粒，这对减轻环境污染和选择除尘器都是有利的。

　　三、余热锅炉在应用中应注意的几个问题

　　3.1腐蚀问题

　　其腐蚀包括冲蚀，低温腐蚀，高温腐蚀。当进入余热锅炉的烟气中含有较多SO2时，一部分SO2与漏入的空气发生二次燃烧，在一定条件下转化为SO3，并与烟气中的水蒸气结合生成硫酸。当锅炉受热面壁温低于所生成的硫酸露点时，硫酸会在管壁上凝结而产生腐蚀，这种腐蚀称为低温腐蚀。低温腐蚀的特点是均匀性腐蚀，它使管壁厚度逐渐减薄以致破裂，其速度惊人，造成的后果较严重。受热面温度升高对高温腐蚀有着重要的影响，运行时应防止受热面壁温局部过高。防止受热面壁温局部过高的主要措施有： 1）降低炉膛出口扭转残余、烟温偏差以及过热蒸汽流量偏差，以避免出现局部过高的壁温；2）减少由于热流密度不均而导致的壁温超温：在适当的运行时间后应进行酸洗以消除水垢；3）应采用耐腐蚀性能更好的钢材，也可以在管子表面采用热喷涂技术。

　　3.2 积灰问题

　　受热面积灰程度与烟气流速、飞灰颗粒度、管束结构特性等因素有关。（1）烟气流速，烟气流速对积灰程度影响很大。烟气流速越高，灰粒的动能越大，灰粒冲击作用也就越强，积灰程度越轻：反之则积灰越多。（2）飞灰颗粒度，粗灰多，冲刷作用大，因而积灰轻；反之积灰就多。（3）管束结构特性，错列布置管束比顺列布置管束的积灰轻。因为错列布置的管束不仅迎风面受到冲刷，而且背风面也较容易受到冲刷，故积灰较轻。而顺列布置的管束从第二排起，管子不仅背风面受到冲刷少，而且迎风面也不能直接受冲刷，所以积灰较严重。为减轻受热面积灰，在结构、布置及运行上可采取以下措施：（1）合理选取烟速。参考锅炉设计值，按锅炉实际负荷选取。（2）可采用小管径、小节距、错列布置的管束，可以增强烟气气流的冲刷和扰动，使积灰减轻。（3）正确设计和布置高效吹灰装置，制定合理的吹灰制度。今后应在尾部受热面吹灰方面探索新的途径。如采用瓦斯脉冲吹灰器、声波或超声波吹灰器等。（4）省煤器采用结构紧凑，具有自清灰能力的螺旋肋片管省煤器代替光管省煤器。

　　3.3 磨损问题

　　悬挂在锅炉炉膛和尾部烟道内的受热面，直接受到含尘烟气的冲刷，特别是在易形成烟气走廊的部位和烟气转弯处，受热面管束被冲刷而减薄的趋势更为明显。锅炉对流面因局部磨损而造成管子严重损坏，通常都出现水平烟道的过热器两侧及底部和尾部烟道的省煤器前后，因为这些区域易出现烟气走廊。烟气走廊的间隙是考虑金属受热膨胀而留下的由于烟气走廊内无管束，故在与管束具有相同的烟气差压时，其局部烟速比平均烟速高2.3倍，磨损严重的多。影响对流受热面磨损的因素有：烟速、飞灰浓度，飞灰颗粒的密度、硬度、组成、形状及颗粒组成，沿烟道截面烟气流速场和飞灰浓度场的不均匀程度，管束布置及几何形状，以及管材的抗磨性等。综合上述因素，主要可以从选取适当的烟气流速，防止局部地区的飞灰速度和浓度过高，采用防磨装置等几方面来减轻和防止磨损。

　　3.4 结渣问题

　　水冷壁结渣是由熔融或半熔融颗粒撞击到管壁上或管壁上原积有粘性灰所引起的。影响结渣因素包括以下几个方面：（1）结渣成分与组成，由结渣形成过程可知，受热面的结渣与灰渣熔融特性和灰渣流动特性密切相关。灰渣熔点的高低影响到受热面颗粒的状态和数量。以锅炉检测时，也可以通过对灰分化验，分析结渣原因：①A12O3增加，对减轻结渣有利；②Fe2O3增加，结渣倾向加重； ③CaO在一定范围内增加，结渣倾向加重；④碱金属、MgO增加，促进结渣。（2）炉膛环境温度。炉膛环境温度是影响结渣的首要外部因素。温度变化结渣量呈指数关系随之变化。灰渣烧结速度和粘附强度也与温度呈指数关系变化。防止措施主要包括：（1）调节炉膛环境温度，主要通过操作控制来调节炉膛温度，合适的锅炉负荷和炉膛温度可以减轻锅炉结渣。（2）改善燃烧，提高焚烧炉炉温，使硫酸盐和碳酸盐充分分解，削弱结渣生成的基础，同时改善焚烧炉的通风情况。（3）优化锅炉结构设计，在容易结渣的高温区域增大管束节距，使换热器上即便有一定的结渣也不会搭桥，影响锅炉运行。（4）在设备下部设置漏灰斗和清灰门，便于在锅炉运行时也可以及时清灰。

　　四、结束语

　　余热锅炉是很多钢铁厂不可缺少的设备之一，它不但可以回收高温烟气中的二次能源，降低烟气温度，更重要的是捕集高温烟气中的烟尘，回收贵重金属，降低烟气的含尘量，保证工艺系统的畅通，为尾部工艺创造有利条件。对于我国这样一个处在发展中的资源短缺的能源需求大国来说，余热锅炉的研究与推广使用有更为重要的意义。