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余热锅炉(原理、特点、分类、工作过程、应用领域)

2018-5-3 17:52:32      点击:

余热锅炉是利用各种工业过程中的废气、废料或废液中的显热或(和)其可燃物质燃烧后产生的热量的一种供热设备。或在燃油(或燃气)的联合循环机组中,利用从燃气轮机排出的高温烟气热量的锅炉。由于“余热”种类的多样性,所以余热锅炉的结构形式多样,不尽相同。



余热锅炉的工作原理

燃油、燃气、燃煤经过燃烧产生高温烟气释放热量,高温烟气先进入炉膛,再进入前烟箱的余热回收装置,接着进入烟火管,最后进入后烟箱烟道内的余热回收装置,高温烟气变成低温烟气经烟囱排入大气。由于余热锅炉大大地提高了燃料燃烧释放的热量的利用率,所以这种锅炉十分节能,为各企业单位大大节约了生产成本。


余热锅炉的特点

1.余热锅炉是没有燃烧器的,如果需要高温高压的蒸汽,可以在余热锅炉内装一个附加燃烧器。余热锅炉是只有“锅”没有“炉”。

与常规锅炉的特点区别如下:

余热锅炉是利用已有的废气废液或者固体显热。

余热锅炉没有燃料燃烧装置。

余热锅炉在多压状态下产生蒸汽提高了热回收效。

余热锅炉受热面布置形式多样化。

余热锅炉要适应于主工艺的需求,不能影响主工艺的正常运行


余热锅炉分类

余热是二次能源,是一次能源和可燃物料转化的产物。

按照余热的性质分类如下:(七大类)

1.高温炉渣余热:比如高炉炉渣,转炉炉渣,电炉炉渣,一般温度可达1000度以上,其带走热量占总热量的20%

2.高温产品余热:比如焦炉焦炭,高温锻件等,温度很高,含有大量余热。

3.高温烟气余热:是一种常见的形式,产量大而集中,连续性强,其带走热量占总热量的40~50%,这种余热用于生产或生活用热及发电;

4.废气、废液的余热:比如:高炉煤气,炼油厂经过化学反应再生废气,造纸厂的黑液等,这些都可以被利用。

5.化学反应余热:化肥行业、硫酸/硝酸、冶金、油漆等工业企业,都会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。


按照产生的蒸汽压力等级分类

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。



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。



余热锅炉组成及工作流程

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。

我们习惯上称为“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。



余热锅炉组成: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。

各组成部分作用原理如下:

1.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;

2.在蒸发器中给水相变成为饱和蒸汽;

3.在过热器中饱和蒸汽被加热升温成为过热蒸汽;

4.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。


余热锅炉的应用领域

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。

现实中,企业生产离不了蒸汽锅炉,宾馆、酒店、小区、洗浴中心的采暖或洗浴离不了热水锅炉,锅炉的燃料费用是非常大的一笔支出

另外,节能是一个国家可持续发展的重要战略,由于经济发展迅速,能源短缺日益严重,节约能源的设备越来越多,这样对于商家来说是一

个促销的砝码,更是对社会和环境做出重大贡献。



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。


三废混燃炉及吹风气余热锅炉:

废混燃炉余热锅炉及吹风气余热锅炉是应用于化肥、化工(尤其是甲醇、乙醇、甲醛、合成氨)行业的理想高效节能设备。根据该行业余热烟气的特点,该行业余热锅炉主要有新型立式和传统隧道窑卧式两大类自然循环余热锅炉,该余热锅炉是化工循环经济的典型节能利用设备,它与三废混燃炉及吹风炉整体配套,使生产企业完全实现“二煤变一煤”、“两炉变一炉”,为企业产生巨大的经济效益和环保效益,真正做到了安全、环保、增产,增效,节约。炉型有立式和卧式及“L”型布置等多种形式。


该型余热锅炉主要水冷屏、过热器、对流管束、省煤器和空气预热器等受热面组成,其具有以下优点:

锅炉整体受热面采用悬吊结构,利于吸收锅炉膨胀,运行安全性高;

锅炉采用特殊的密封装置,降低锅炉的漏风,提高了锅炉的效率;

锅炉各受热面采用合理烟速设计,利于防止积灰;

锅炉采用直通型布置,能利用灰尘自重进行自除灰,能保持受热面的清洁,提高锅炉换热效率;

锅炉合理组织烟气动力场,使烟气流动平稳均匀,避免产生偏流,同时采用专用的防磨结构,利于防止锅炉磨损,提高锅炉的寿命;

锅炉对流管束采用组装结构,安装周期短,费用低 。



水泥窑余热锅炉

纯低温余热锅炉主要利用预热器窑窑头熟料冷却机和窑尾预热器排出的250℃~400℃的低温余热烟气产生微过热蒸汽的高效锅炉,同时利用微过热蒸汽推动低参数的汽轮机来做功发电。


该型锅炉整体结构采用立式布置形式,占地面积小、投资少、布置灵活、漏风量小、钢材消耗量低等显著特点,深受广大用户青睐。该低温废气余热用于发电,既节约能源可减低水泥生产成本,提高企业经济效益,又增强企业竞争力,部分缓解用电紧张,同时可降低排烟温度和排尘浓度,以及减少二氧化碳排放,大大减少对环境的空气污染和温室效应,使水泥企业做到资源循环利用,实现清洁生产。





烧结冷却机余热锅炉

烧结机余热锅炉主要是利用钢铁企业烧结工序的余热进行发电的余热锅炉。烧结余热回收主要有两部分:一是烧结机尾部废气余热,二是热烧结矿在冷却机前段空冷时产生的废气余热。


目前在该行业的余热发电项目主要有单压余热发电、双压余热发电、闪蒸余热发电和补燃余热发电四种形式;发电系统类型有饱和蒸汽发电系统和过热发电系统两种。



碳素窑余热锅炉余热锅炉

主要有碳素回转窑余热锅炉和罐式余热锅炉两大系列自然循环余热锅炉。采用立式倒π型布置,分双锅筒横置式和单锅筒横置式两大系列。


含尘烟气净由凝渣管、过热器、对流管束及钢管省煤器后排出炉外。锅炉凝渣管由前墙水冷壁拉稀而成。过热器采用悬吊结构,分高低温段,中间设置减温装置。


对流管束顺排布置,中间设置折流板,提高管束换热能力。省煤器采用蛇形管。水冷壁的中间部分为膜式壁隔墙,既增加了受热面,又提高了锅炉的密封性和安全性。前后墙均采用膜式壁结构。




玻璃窑余热锅炉

玻璃工业是能源消耗大户,我国现有的浮法玻璃工艺水平已与国际接轨,但在生产玻璃的平均能耗比国外高20%左右。浮法玻璃熔炉烟气余热发电系统能够进一步提高余热利用率达70%以上,充分回收余热资源。


通过设置高效的立式水管余热锅炉来产生过热蒸汽,同时烟温降到160度左右排放。过热蒸汽通入汽轮机发电。


该行业余热锅炉进口烟温一般在400~500度,灰的熔点低(1g/Nm3左右),粘结性大,对于该行业余热锅炉主要是解决吹清灰的难题。

     



焦化余热锅炉

焦化厂在炼焦生产中,产生大量的550~950℃的炼焦废气。补燃型锅炉采用自动焦炉煤气燃烧机,焦炉煤气在余热锅炉内或炉外燃烧后再与炼焦废气混合成高温烟气进入锅炉换热产生额定蒸汽。


废气经凝渣管束、过热器、对流管束和钢管省煤器后排出炉外,进入尾部脱硫除尘装置,再经引风机由烟囱排入大气。


炼焦废气余热锅炉,克服了以往卧式单烟道或多烟道余热锅炉的缺点,它能够将锅炉的各主要部件在功能不变的情况下相互有机的结合,集中布置受热面,简化了炉内结构,实现部件的多功能化组合。


炼焦废气余热锅炉,具有高效传热、两级炉内烟尘分离的功能,并以其结构紧凑新颖、成本低、占地面积小和高效、环保、节能等优点。


硫酸余热锅炉

根据制酸方式工艺的不同,应用于硫酸余热回收和发电工程的余热锅炉主要有硫磺制酸余热锅炉和硫铁矿制酸余热锅炉,锅炉结构形式分火管式和水管式两种。锅炉水循环方式以自然循环和强制循环为主


干熄焦余热锅炉

干熄焦是利用惰性气体冷却焦炭,将吸热后的惰性气体传递给锅炉,再由循环风机送入干熄炉内循环使用。干熄焦装置具有节能降耗、减少成本、减少环境污染,提高焦炭质量等诸多优点。干熄焦余热锅炉是应用于干熄焦装置中的主要节能设备,其作用是冷却循环气体,产生蒸汽


危废、医废等垃圾焚化余热锅炉

该行业余热锅炉是指与危险废物、医疗废物等垃圾焚化设备相配、并利用垃圾焚化设备出口烟气热量产业额定参数蒸汽的余热锅炉。


根据垃圾处理工艺的特点,余热锅炉在对防止二噁英类有害物质生成方面具有极其重要的作用,同时余热锅炉对垃圾焚化烟气具有很好的适应性。


矿热炉行业余热锅炉

矿热炉主要用于还原冶炼矿石,碳质还原剂及溶剂等原料,主要生产硅铁,锰铁,铬铁、钨铁、硅锰合金等铁合金,是冶金工业中重要工业原料及电石等化工原料。


该余热锅炉有效地解决了困扰该行业余热锅炉的清灰、堵灰等难题,为锅炉的高效运行奠定了基础。所开发的余热锅炉适应用单压余热发电、双压余热发电、闪蒸余热发电、中温中压余热发电、联合循环余热发电等余热发电热力系统。


有色金属冶炼余热锅炉

有色金属冶炼行业中,采用余热锅炉的节能方法,现已得到广泛的应用。余热锅炉不仅可以回收冶炼厂高温烟气中的二次能源,减低烟气温度,更重要的是扑积高温烟气中的烟尘,回收贵重金属,减低烟气的含尘量,保证工艺系统的流畅,为尾部工艺创造有利条件而是现代冶金工厂十分关键而又必不可少的设备。


针对冶金炉的生产工艺和余热锅炉的工作特点,主要采用单锅筒、卧式(立式)、直通型、全膜式壁布置,为强制或自然循环水管锅炉,其主要有水冷烟道(烟套)、辐射冷却室和对流区三大部分受热面组成,锅炉灰斗及顶棚受热面均采用膜式水冷壁结构,锅炉清灰方式采用振打清灰、激波清灰方式,其简单有效控制方便。




燃气蒸汽轮机余热锅炉

燃气一蒸汽联合循环发电是当今世界上发展极为迅速的一种高效、低污染发电技术,它已成为各国家新建热力发电厂的首选系统,具良好的社会效益和广阔的市场前景。根据燃气轮机烟气特点开发的余热锅炉主要有单压、多压、立式、卧式、自然循环和强制循环等多种结构形式,适应于不同工艺的要求。该系列余热锅炉主要有以下特点:

1、采用模块结构设计,布置合理,性能先进;

2、锅炉能适应不同燃料的燃机,满足不同余热利用需要;

3、锅炉能够适应燃机频繁启停要求,调峰能力强,启动快捷;

4、锅炉采用多层护板绝热保温结构,气密性强,结构简单;

5、锅炉部件组装出厂,安装方便,周期短 。



电石炉余热锅炉

电石炉主要是依靠电弧高温把生石灰和含碳原料(焦炭、无烟煤或石油焦) 熔化并反应生成电石的一种设备。


以上就是关于余热锅炉相关知识介绍,余热锅炉作为二次能源,不仅为各企业单位大大节约了能源成本,为环境做出了重大贡献。

在当今这个能源短缺的格局下,一面方开发新能源,另一方面更重要的是在节约能源上下足功夫目前,国内余热节能锅炉的设计和开
发已经逐渐成熟,随着社会的发展,人们会越来越发现节能设备是一个必然趋势