烟气余热锅炉方案.

秦皇岛烧结烟气余热回收系统

技术方案书

编制单位：天津华能能源设备有限公司联系人：于宝会

电话：138********

日期：二〇一六年十一月

目录

1、概述

2、单位基本情况

3、主要技术经济指标

4、余热锅炉系统

5、余热回收系统主要设备

6、镍基钎焊翅片管技术

7、设备主要特点

8、电气及概述

9、除尘系统及概述

10、运输方式和技术要求及服务

11、设备设计、制造执行的标准和规程

12、余热锅炉典型业绩

1．概述

钢铁冶金企业是国家支柱产业，在现代化建设中起着重要作用，同时这些企业也是耗能大户，能耗占产品成本比例较大，因此节能降耗显得尤其重要。

铁合金是炼钢和机械铸造的主要原料，铁合金生产主要采用矿热电炉冶炼生产。铁合金生产过程中会产生大量的烟尘，每台每小时排出烟气为40000～300000Nm3/h，随着冶炼铁合金品种的不同排烟温度300-650℃，烟气中含尘量大（8～20g/m3），冲刷能力强，烟尘粒度细小，成分复杂，具有较强的亲水性。直接排放造成严重的环境污染和大量能源浪费。

目前，铁合金矿热电炉烟气环保治理及余热回收设计难点在于烟气降温余热利用设备，它必须适用于高含尘烟气工艺，必保设备不泄露（烟尘具有较强的亲水性），一旦设备泄露烟尘很快将设备堵死，很难清除。

天津华能能源设备有限公司根据铁合金冶炼工艺，对铁合金烟气环保治理及余热回收进行研究，解决了铁合金矿热炉冶炼工艺中烟气余热利用，能源浪费问题，开发了热管余热锅炉回收烟气余热。2．单位基本情况

天津华能能源设备有限公司是集科研、生产、销售为一体的工业企业。自上个世纪九十年代初，开始从事热管技术研究开发工作，创新了许多科技成果。1995年开发研制了循环式热管热风炉，经专家鉴定达国际领先水平，获天津市科技进步一等奖；1997年开发热管水加热器，经专家鉴定达国内领先水平，获天津市科技进步三等奖；1998年开发组合式热管废热锅炉，获国家专利。2000年我公司又获天津市热管节能技术科技推广二等奖。

多年来，我公司始终坚持科研、推广并重的原则，公司内有职工580名，其中高级工程师26人、工程师120人，技术力量雄厚。公司内有余热锅炉、热管等多个实验室和自动化办公条件。我公司占地100余亩、建筑面积60000余平米，2014年余热锅炉产值超过3亿元。

近年来，我厂对我国烟气余热回收情况进行深入研究。先后承揽中钢吉林铁合金集团、莱钢钢铁有限公司、新疆八一钢厂、阿钢集团、兴澄特钢、淮阴钢铁公司、舞阳钢铁公司、本溪钢铁公司、兖洲钢铁公司等多家单位电炉的余热回收工程，并取得了很好的效果。

3．主要技术经济指标

工艺参数：

烟气形式：烧结烟气

废气量： 1470000立方米/小时（800000Nm3/h）

烟气烟气温度（设计）～320℃

RFG型余热回收系统参数：

热管锅炉出口烟气温度≤180℃

热管锅炉进出口压损 1.2kPa

除氧器工作压力0.02MPa

汽包工作压力 1.6MPa

最大蒸汽量： 65 t/h

4．余热回收工艺

4.1设计思想

根据贵公司提供的技术参数，以及烟气粉尘含量特点，提出用宇航高科技产品--热管做传热元件的设计思想；为充分利用余热，提高能量利用率，本系统设计为双压产汽系统，即：回收高温烟气的热量

主要用来产生中压饱和蒸汽，低温烟气部分热量用来产生低压蒸汽供系统自身热力除氧用，从而最大限度的实现对废气的余热回收。

余热锅炉系统采用镍基钎焊纵翅片结构；同时选用国内最先进的冲击波除灰器吹灰。

该方案最大优点：能量梯级利用、系统不积灰，同时为防止积灰设置冲击波吹灰器；设备模块化设计，安装检修方便；采用热管传热元件，设备冲刷磨损后热管损坏，水、气不互串，即不存在水管泄漏问题。

4.2烟气工艺流程

抽出的烟气进入热管余热锅炉，高温废气产中压蒸汽，之后的低温废气用来产低压蒸汽，可供自身系统热力除氧用，实现了能量梯级利用，逐级回收，烟气降至180℃以下，进入布袋除尘器净化后在引风机作用下经烟囱排向大气。

工艺流程图

4.3水汽系统工艺流程

外来20℃水经过软化水处理系统，到软化水箱，由软化水箱经除氧水泵进入除氧器,除氧水分为两路,一是做为低压锅炉汽包补水, 汽包水和蒸汽发生器内水自然循环,在汽包内蒸汽与水分离产生0.35MPa饱和蒸汽，用于除氧器除氧；二是由锅炉给水泵补入中压省煤器，然后进入中压锅炉汽包，汽包水和蒸汽发生器内水自然循环,在汽包内蒸汽与水分离产生2.1MPa饱和蒸汽。

5．余热回收系统主要设备

5.1余热锅炉系统

锅炉本体范围内的主要系统如下：

（1）蒸汽及水加热系统

系统功能如下：

中压蒸汽输出；

低压蒸汽输出；

低压部分蒸汽作为除氧用蒸汽；

低压水加热设在锅炉尾部，应防止烟气的低温腐蚀。

汽水取样系统

加药系统

中压给水系统

排污系统

（2）疏放水系统

锅炉本体范围内的各设备、管道的最低点设置疏、放水点，确保各下降管、省煤器、蒸发器等的进出口联箱疏、放水的畅通。

（3）排污系统

在汽包的盐段设连续排污，在水系统的下联箱设定期排污，排去适量的锅炉污水以确保蒸汽品质。在锅炉本体下部配置1台定期排污扩容器，排污降温池布置在锅炉本体下部，且预留好排污降温池位置。（4）事故放水

当锅炉汽包水位高于紧急水位时，打开电动事故放水阀，防止汽包满水。

（5）蒸汽放散--当汽轮机故障或其他设备故障时，中压蒸汽和低压蒸汽能够通过锅炉的集汽箱实现紧急快速放散蒸汽。紧急放散系统和安全阀的排汽配置消音器。

（6）凝结水温控旁路--凝结水由凝水加热器去锅炉除氧器前有温控旁路，通过进凝水加热器前的凝结水来调节。

（7）清灰系统—设置击波清灰系统，用来清除锅炉受热面的全部积灰。

（8）汽水取样系统--锅炉本体汽水取样，取样系统包括：

给水取样：PH值、电导率、O2

低压炉水取样：PH值、磷酸根、电导率

中压炉水取样：PH值、磷酸根、电导率

中压过热蒸汽取样：电导率、SiO2

5.2余热锅炉系统设计：

(1)锅炉烟气进口至出口，烟气阻力小于1500Pa。

(2)系统正常排污量不超过锅炉给水流量的1%。

(3)锅炉疏放水系统能在一个小时内，将整台锅炉的水以重力放空。

(4)管道、阀门、排污扩容器及附件的设计压力和设计温度的确

定符合标准规范有关确定。

（5）负责提供锅炉与其它设备之间的接口设计，并提供锅炉接口清单表。

（6）锅炉内壳配置清洗装置，具备水清洗的条件，提供清洗水疏放管路。

（7）锅炉设有水压试验接口，提供试验方法和详细说明（包括试验用水的水质和水温）。

（8）提供受热面化学清洗的方案，设计中材料的选择考虑化学清洗潜在的腐蚀影响。提供化学清洗的设备、阀门、管道及附件等。

（9）锅炉的取样点、监视点、加药点、排污点、放气点及停炉放水点和充氮点全部带有根部阀，如为法兰连接配带反向法兰、垫片及紧固件。

（10）供测量烟道及余热锅炉本体各段温度的测量元件。

（11）在符合设计条件及系统正常投运时，保证达到以下运行性能：

①锅炉在设计工况参数下能达到额定值。并保证长期安全运行，所有附件及配供的测控设备均能正常投运。

②主蒸汽额定汽温偏差为±5℃，在可能运行的条件工况下，各段受热面的金属壁温都在允许范围之内。

③锅炉从启动到最大连续负荷范围内，水循环安全可靠。

④锅炉适用于露天布置，并采取适当防雨，避雷和防盐雾腐蚀的措施。

⑤锅炉设计在定压运行下有良好的对负荷变动的适应性，在变负荷运行时，锅炉应有足够的安全可靠性，以适应系统或控制装置在运行中产生的偏差。

⑥锅炉设计中有有效的停炉保护措施，并提供有关设备及系统

5.3余热锅炉汽水系统工艺及设备布置

(1)余热锅炉包括：中压蒸发器、中压省煤器、低压蒸发器共三组受热面以及中压汽包、低压汽包、除氧器。

由补给水泵送来的软化水首先进入除氧器的除氧头，被低压蒸发器产生的饱和蒸汽加热至饱和温度，脱出大部分氧气。除氧后的软化水一部分通过低压给水泵进入低压汽包，经下降管进入低压蒸发器，吸收烟气的热量，产生汽水混合物，通过上升管进入低压汽包的水空间，在低压汽包内进行汽水分离。由汽水分离装置分离出其中的饱和蒸汽，通过导汽管引至除氧头，对补给水进行混合加热除氧，脱出的氧气及非凝结气体通过除氧头的排气阀，排入大气中。

另一部分除氧水经锅炉给水泵进入中压省煤器，在中压省煤器中被加热至180℃左右，然后进入中压汽包，中压汽包内的饱和水通过各自的下降管分别进入两组中压蒸发器，吸收烟气的热量，产生汽水混合物，通过各自的上升管进入中压汽包的水空间，由汽水分离装置分离出其中的饱和蒸汽并入蒸汽管网。

(2)锅炉整体布置

余热锅炉采取立L式布置，分成受热面部分和公用部分。

热管换热器分成热管联箱、热管支架、和灰斗等组件。灰斗位于换热管正下方。

公用部分分成三层设置，均为钢结构。

一层布置出灰装置。

二层布置中压蒸发器Ⅰ、中压蒸发器Ⅱ、中压省煤器、低压蒸发器。

三层布置中压汽包、低压汽包。

水处理间布置中压锅炉给水泵、软水泵，软水箱、汽水取样分析装置和锅炉锅内磷酸盐加药装置。

（3）中压汽包及内部装置

中压汽包直段长度约为10000mm，两端相配椭球形封头，并设有人孔装置。筒体和封头的材料均为16MnR。该汽包通过两个支座（一个活动支座，一个固定支座）搁置在钢架梁上，汽包的中心线标高为25m。由省煤器来的水从汽包前部进入分配管。汽包内的汽水分离元件为均汽孔板和丝网捕沫器，布置在汽包顶部。汽包正常水位在汽包中心线以下100mm处，正常水位范围为±75mm。

汽包内设有磷酸盐加药管、连续排污管、紧急放水管、再循环管。底部为集中下降管。在汽包上还设有双色水位计、压力表和安全阀（2个）等装置，以供锅炉运行时监督、控制用。

（4）低压汽包（除氧给水箱）及内部装置

低压汽包直段长度约为6000mm，两端相配椭球形封头，并设有人孔装置。筒体和封头的材料均为16MnR。该汽包也通过两个支座（一个活动支座，一个固定支座）搁置在钢架梁上，汽包的中心线标高为14m。为保证锅炉正常运行时获得良好的蒸汽品质，该汽在其内部也设置了均汽孔板和丝网捕沫装置。在低压汽包内部也设有给水分配管、加药管和排污管，同时在该汽包上还设有水位计、压力表和安全阀（2个）等装置，供锅炉运行时监督、控制用。低压汽包同时作除氧水箱用。

5.4锅炉本体的设备性能

（1）蒸汽发生器的性能

蒸汽发生器的原理为：热流体的热量由热管传给水套管内的水(水由下降管输入)，并使其汽化，所产汽、水混合物经蒸汽上升管到

达汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出。这样由于热管不断将热量输入水套管内的水，并通过外部汽——水管道的上升及下降完成基本的汽——水循环，达到将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。（2）热管省煤器的性能

原理为：热流体的热量由翅片热管传给管内的水，水吸收热量，使热流体降温，达到预期的效果。

（3）低温热管蒸发器的性能

低温蒸汽发生器的原理为：热流体的热量由热管传给水套管内的水(水由下降管输入)，并使其汽化，所产汽、水混合物经蒸汽上升管到达低压汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出。这样由于热管不断将热量输入水套管内的水，并通过外部汽——水管道的上升及下降完成基本的汽——水循环，达到将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。

5.5钢架、平台扶梯

本体钢架采用全钢结构，按七度地震烈度设防。钢架采用大型H 型钢制成。本体钢架采用桁架式结构，本体钢架将支撑整台锅炉正常运行时所产生的允许载荷以及风载、地震等载荷，并将其平稳地传递至地面基础，确保锅炉在允许载荷范围内长期安全可靠的运行。锅炉外围采用紧身封闭式结构。本锅炉在运行操作及检修所需的各部位均布置了平台，检修平台采用不透孔的花钢板结构，其余平台、步道及扶梯均采用适栅格结构，步道宽度为1000mm，扶梯宽度为800mm，斜度为45°，平台的允许载荷为2kPa（200kgf/m2），同时承载面积按不超过20%平台总面积计。

6.设备的主要特点

提到设备的特点，就要先介绍一下热管技术和特点：

1、热管

（1）、工作原理

热管是一种独立、密封的管子，内部抽成真空后，充入工质，工质以蒸发——冷凝的循环过程将热量从管的一端传到管子的另一端。由于蒸发——冷凝过程，内部工质多处于饱和状态，因此热管几乎是在等温下传递热量，具有“热超导体”之称。

（2）、特点

①、极高的传热性能随管内工质的不同，传热系数达107W/m2.℃,是普通碳钢的数万倍。

②、低温差下高传输热量能力一根直径12.7mm，长1000mm的紫铜棒，两端温差100℃时传输30W的热量；而一根直径、长度的热管传输100W的热量，两端温差只需几度；

③、换热两流体均走管外，可以翅片化以强化传热；

④、单管作业性由热管组成的换热设备单根热管损坏对设备的换热影响不大，即使部分热管损坏也不会影响的政正常运行；

⑤、热源分汇在设计可以随意调整热管冷却段和蒸汽段的换热长度，以控制热管的壁温，因此可以使热管换热器避开露点。这样就可避开露点腐蚀、不易积灰；

⑥、热管与换热器单支点焊接，避免由热帐冷缩造成的应力。

2、根据热管的这些特点，从而决定了热管余热锅炉的特点；（1）、传热系数高。废气和水及水蒸气的换热均在热管的外表面进行，而且废气热管外侧为翅片，这样换热面积增大，传热得到强化，因而使换热系数得到了很大的提高。

（2）、彻底解决泄漏问题：由于热管是单管作业，冷热流体完全隔开，有效防止水汽系统的泄漏。在运行时，废气的大量冲刷，即使管子一

端被腐蚀传，只能使该热管失效，而管子另一端是完好的，不会造成冷侧的气水泄漏到热侧，确保了系统的安全运行，彻底解决了设备泄漏问题。

（3）、减轻露点腐蚀：热管余热锅炉每一根管子的壁温是一个值，这就使相当一批热管在酸露点以上工作，当壁温比酸露点高1℃以上时，就可以避免露点腐蚀。通过调节热管冷热段受热表面的比例来调整管壁温度，避开最大腐蚀区。

（4）、减轻积灰、堵灰及解决灰堵问题：热管余热锅炉避开了露点，管壁不结露，就大大减少了灰的附着力，而且热管余热锅炉从设计上更科学合理，使其本身就具有一定的自吹灰能力。

（5）、单根或多根热管的损坏不影响设备整体使用。

（6）、采用了新型镍基钎焊管技术：表面增加了硬度，而且光滑，大大减少了积灰、磨损和腐蚀，延长了设备的使用寿命。

3、采用热管余热锅炉安全可靠：由于热管余热锅炉解决管子的磨损、腐蚀，设备的积灰、灰堵，延长了设备使用寿命，所以选用此设备安全可靠。

4.镍基钎焊翅片管技术

我公司的热管制作是采用镍基钎焊翅片管技术，它是我公司1998年引进的美国技术，它是一种新型翅片管焊接工艺，由绕片——喷粉——高温烧结等十余道工序组成。该工艺为碳钢管表面在高温真空状态下使合金镀层渗入碳钢基体将翅片与基管焊接在一起，形成冶金连接。管片焊着率100%，接触热阻接近零。在翅片管表面烧结一层0.05mm左右致密、光滑的合金保护层，使普通碳钢材料具有不锈钢的性能，其表面硬度高，能在高温、高流速和腐蚀性介质的冲刷下工作，耐低温酸露点腐蚀，表面光滑可减缓积灰。采用该技术的组合式

热管废锅，其使用寿命较普通翅片热管提高了2～3倍。

7. 换热器的清灰

烟气含尘量是8—15g/m3，也就是说每小时1000Kg左右的灰尘通过换热器。电炉烟尘粒度较小0—10μm的灰占灰尘总量的70%以上，该种灰有较强的吸附力，换热器的除灰是该换热器的设计的核心内容

(1)在换热器结构的设计上采用以下措施

A、换热管间距较其他工况设备增大。

B、烟气在设备中流速要设计为一般为8米左右。

C、换热器的布置形式必须考虑便于清灰，采用立L布置。

(2)冲击波吹灰方案

A、冲击波吹灰系统的工作原理及参数

冲击波吹灰系统是我国引进前苏联军工技术，我国消化研制开发的在线吹灰产品。其工作原理是将空气和可燃气按一定比例混合，经高能点火后在冲击波发生器内形成可控强度的冲击波，冲击动能吹扫受热面的同时伴有高声强声波震荡和热清洗作用，以达到吹除积灰保证受热面清洁，提高传热效率，恢复锅炉出力的目的。

JSR型冲击波吹灰系统的参数为：

可燃气体类型：乙炔可燃气气源：瓶装气

可燃气体压力：0.9-0.15MPa 可燃气体消耗量：≤0.06m3/次（常温常压）

空气气源：送风机提供空气压力：~4KPa；

空气消耗量：≤200m3/h（常温常压）；

燃料温度：常温；空气温度：常温；

额定能量：25--2500KJ；

B、冲击波发生器的布置及发射管的安装设计

根据吹灰器的特点和换热器实际的空间结构，整个换热器共设计布置了8个吹灰点，共安装8个发生器，分为4组进行工作。

初步设计将所有的发生器安装布置在换热器上部，发射管采用排管形式，吹灰方向向下。

(3)冲击波发生器及发射管选型和安装

根据不同的换热空间及积灰性质配用不同能量等级的冲击波发生器和不同形式的发射管，使吹灰更有针对性，更利于吹灰。本套燃气冲击波吹灰系统的冲击波发生器和发射管选型如下：

发射管选用JSRG-133BP；省煤器和空预器部位的发生器采用

JSR-SP200，发射管采用JSRG-133P。

冲击波发生器的安装要求尽量垂直安装，受空间限制时可以倾斜安装，详见发生器的安装图。

根据换热器积灰特点和受热面布置方式，为保证较大的吹扫面积和穿透力，设计安装的发射管形式为排孔形式，发射管装在换热器内吹灰覆盖面积大，吹灰彻底。

(4)程控装置

程控装置的核心是一台可编程控制器，可实现各组单独吹灰和自动连续吹灰，同时实现在线监测和安全报警保护功能。

(5)本套燃气冲击波吹灰系统的特点总结

吹灰点分布全面，吹灰彻底；吹灰系统可独立工作，自带气泵供气，可在换热器冷态时使用吹灰系统将换热器内吹扫干净，便于检修；根据不同的换热空间结构及不同温段的积灰特点选用不同型号的冲击波发生器及发射管，排孔发射管吹灰有针对性，覆盖面积大；

特殊设计的冲击波发生器结构，保证吹灰能量，可燃气消耗量低，经济性好；