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简单了解余热锅炉(分类、原理、特点、工作过程)

      余热锅炉是利用工业企业炉窑及其它余热热源设备产生的余热而生产蒸汽或热水的一种供热设备。由于“余热”种类的多样性从而使余热锅炉的结构形式各式各样,不尽相同。


余热锅炉的分类
余热是在工业生产中未被充分利用就排放掉的热量,它属于二次能源,是一次能源和可燃物料转换后的产物。
(一)按余热的性质可分为以下几大类:
1.
高温烟气余热:它是常见的一种形式,其特点是产量大、产点集中,连续性强,便于回收和利用,其带走热量占总热量的40~50%,该余热锅炉回收热量,可用于生产或生活用热及发电。
2.
高温炉渣余热:如高炉炉渣、转炉炉渣、电炉炉渣等,该炉渣温度在1000℃以上,它带走的热量占总热量的20%
3.
高温产品余热:如焦炉焦碳、钢锭钢坯、高温锻件等,它一般温度.很高,含有大量余热。
4.
可燃废气、废液的余热:如高炉煤气、炼油厂的催化裂化再生废气、造纸厂的黑液等,它们都可以被利用。
5.
化学反应余热:如冶金、硫酸、磷酸、化肥、化纤、油漆等工业部门,都产生大量的化学反应余热。
6.
冷却介质余热:如工业炉窑的水套等冷却装置排出的大量冷却水,各种汽化冷却装置产出的蒸汽都含有大量的余热,它们都可以被合理利用。
7.
冷凝水余热:各工业部门生产过程用汽在工业过程后冷凝减小时所具有的物理显热。
(二)由于余热是与其它生产设备及工艺密切相关,故余热利用又具有以下特点:
1.
热负荷不稳定,主要有工艺生产过程所决定。
2.
烟尘的成分、浓度、粒度差别比较大。从而使锅炉的受热面布置受影响,必须考虑防磨、堵灰及除尘。
3.
烟气成分的多样性,使有的烟气具有腐蚀性。如烟气中的SO2、烟尘或炉渣中的各种金属和非金属元素等都可能对余热设备产生低温或高温腐蚀和积灰。
4.
受安装物所固有条件的限制。如有的对锅炉进、出烟口标高的限制;有的对锅炉排烟温度的限制,使其满足生产工艺的要求。
(三)由于余热烟气性质的不同,故使余热锅炉的种类、结构形式各不相同。按结构特点可分为管壳式余热锅炉和烟道式余热锅炉两大类。按余热锅炉进口烟气含尘量和烟气特性又可分为以下五类:
1.
烟气中含尘量不大于20g/Nm3的余热锅炉为第一类余热锅炉;
2.
烟气中含尘量大于20g/Nm3且不大于70g/Nm3的余热锅炉为第二类余热锅炉;
3.
烟气中含尘量大于70g/Nm3的余热锅炉为第三类余热锅炉;
4.
烟气中含有粘结性烟尘的余热锅炉为第四类余热锅炉;
5.
烟气中含有强腐蚀成分或具有有毒烟气的余热锅炉为第五类余热锅炉。
余热锅炉的分类
按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类
目前余热锅炉采用有单压、双压、双压再热、三压、三压再热等五大类的汽水系统。
1
.单压级余热锅炉:余热锅炉只生产一种压力的蒸汽供给汽轮机。
2
.双压或多压级余热锅炉:余热锅炉能生产两种不同压力或多种不同压力的蒸汽供给汽轮机。
按受热面布置方式分类
1
.卧式布置余热锅炉
2
.立式布置余热锅炉
按工质在蒸发受热面中的流动特点(工作原理)分类
1
.自然循环余热锅炉:烟气是水平方向地流过垂直方向安装的管簇的。管簇中的水汽混合物与下降管中冷水的密度差,是维持蒸发器中汽水混合物自然循环的动力。
2
.强制循环余热锅炉:烟气通常总是垂直地流过水平方向布置的管簇的。通过循环泵来保证蒸发器内循环流量的恒定。
3
.直流余热锅炉:直流余热锅炉靠给水泵的压头将给水一次通过各受热面变成过热蒸汽。在蒸发受热面中,工质的流动是由给水泵压头来实现。
余热锅炉的特点、区别
“余热锅炉”总体来讲只有“锅”没有“炉”。
“余热锅炉”通常是没有燃烧器的,如果需要高压高温的蒸汽,可以在“余热锅炉”内装一个附加燃烧器。通过燃料的燃烧使整个烟气温度升高,能够产生高参数的蒸汽。
例如某余热锅炉不装燃烧器时,入口烟气温度为500℃,装设附加燃烧器后,可使入口烟气温度达到756℃。蒸汽的压力可以从4MPa升到10MPa,蒸汽的温度可以从450℃升到510℃,蒸汽可以供高温高压汽轮机用,从而增加了电功率输出。
余热锅炉主要是利用废气作为热源,因此不需要燃烧系统(除非有补燃要求)
余热锅炉与常规锅炉的区别:
余热锅炉利用已有废气余热或固体显热。
余热锅炉可在多压状态下产生蒸汽提高了热回收效率。
余热锅炉没有燃料燃烧装置。
余热锅炉作为余热利用要适应于主工艺的需求,不能影响主工艺的运行。
余热锅炉受热面布置形式多样化。
余热锅炉组成及工作过程
在燃气轮机内做功后排出的燃气,仍具有比较高的温度,一般在540℃左右,利用这部分气体的热能,可以提高整个装置的热效率。
通常是利用此热量加热水,使水变成蒸汽。蒸汽可以用来推动蒸汽轮机一发电机,也可用于生产过程的加热或供生活取暖用。
利用燃气轮机排气的热量来产汽的设备,称为“热回收蒸汽发生器”,表明回收了排气的热量。
我国习惯上称为“余热锅炉,并把燃气轮机的排气简称为“烟气”。
从燃气轮机出来的高温烟气有两路出口,一路进入余热锅炉,从主烟囱排入大气,另一路进入旁路烟囱排入大气。每路烟道上都装有挡板,共有三个挡板,主烟道上的挡板称“主挡板”,旁路烟道上的档板称“旁路档板”,主烟囱处的档板称“烟囱挡板”,各挡板是配合使用的。

通常余热锅炉由省煤器、蒸发器、过热器以及联箱和汽包等换热管组和容器等组成,在有再热器的蒸汽循环中,可以加设再热器。
在省煤器中锅炉的给水完成预热的任务,使给水温度升高到接近饱和温度的水平;在蒸发器中给水相变成为饱和蒸汽;在过热器中饱和蒸汽被加热升温成为过热蒸汽;在再热器中再热蒸汽被加热升温到所设定的再热温度。

燃气轮机工作而余热锅炉不工作,要开启旁路挡板,关闭主挡板。燃气轮机与余热锅炉同时工作,要关闭旁路挡板,开启主挡板。另一方面为调节余热锅炉的产汽量,主挡板和旁路挡板可以部份开启或部份关闭。
余热锅炉工作时,应该开启烟囱挡板。当余热锅炉短时间停炉,可以关闭烟囱挡板,以防止余热锅炉内的热量损失。因为余热锅炉内温度比较高,周围冷空气可以进入余热锅炉,形成自然对流将热量带走,关闭烟囱挡板就能防止外界气流进入余热锅炉,以保存热量,准备随时起动余热锅炉。如果余热锅炉要停炉检修,希望冷却速度快些,可以开启烟囱挡板。
余热锅炉应用领域:
热电联产为工厂提供工艺用汽;联合循环电厂为蒸汽轮机提供蒸汽。
余热锅炉设计时所应具备的条件
1
、烟气侧参数:
烟气量(标况或工况)、烟气进口温度、烟气成分、烟气含尘量、烟气侧压力(正压或负压)、锅炉烟气侧系统阻力
2
、锅炉参数:
锅炉额定蒸发量、锅炉额定蒸汽压力、锅炉额定蒸汽温度、锅炉排烟温度
3
、其它参数:
主烟气系统所属行业、系统工艺说明、锅炉安装形式、锅炉结构形式、锅炉安装地气象参数或其它特殊要求。
余热锅炉在生产系统中的作用
由于生产系统及余热发电热力系统的特殊性,锅炉在整个系统中主要起到以下作用:
a)
锅炉起到降低整个烟气温度的作用,能够保障系统中除尘设备的正常运行,达到低温环保排放烟气;
b)
锅炉通过利用余热产生高温高压蒸汽通过与补燃锅炉整体配套推动气轮机和发电机发电,为整个水泥生产系统设备提供动力;
c)
锅炉具有一定的自除尘作用,分离出的灰尘可以重新回收利用,达到“一机多用”的功能。
d)
利于降低整个系统能耗,做到能源的充分利用。

余热锅炉的种类
主要余热锅炉品种有: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、钢铁余热锅炉、危废余热锅炉、垃圾焚烧余热锅炉、焦化余热锅炉、有色金属冶炼余热锅炉、硫酸余热锅炉、矿热炉行业余热锅炉、玻璃窑余热锅炉、干熄焦余热锅炉、碳素窑余热锅炉、燃气蒸汽轮机余热锅炉、炼钢余热锅炉等。

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