余热锅炉和欧萨斯锅炉的特点

在冶金行业中，采用余热锅炉和其它余热利用设备的节能方法，现已得到广泛的应用。余热锅炉已不仅仅是一台孤立的回收余热设备，而是现代冶金工厂十分关键而又必不可少的设备，它与熔炼炉和电收尘器一起，成为现代化冶炼厂的三大设备。
　　一、冶金余热锅炉的发展趋势
　　1、余热锅炉的发展进程发展的三个阶段20世纪50年代以前为余热锅炉的发展初期，由于对有色冶金余热的特点和烟气、烟尘的特性了解不够，误将余热锅炉与一般锅炉等同对待，辐射室及对流管束间距较小，锅炉短期运行后即被积灰堵死。60年代前后为发展中期，主要炉型有多通道式余热锅炉（如日本田熊株式会社为白银铜冶炼厂设计的余热锅炉），其最大特点是余热锅炉有一个较大的辐射冷却室，使积灰问题有所改善，但积灰问题尚未完全解决；60年代末至70年代初，余热锅炉进入成熟期，锅炉炉型以直通式炉型为主，有一个大的辐射冷却室，烟气在炉内不转弯，成直流式流动。实践证明，这一炉型经长期运行是比较正常可靠的。
　　目前余热锅炉的设计仍采用直通式炉型。它有效地解决了以下几个问题。
　　腐蚀问题通过提高锅炉的运行压力，有效地解决了低温腐蚀问题；通过采用控制炉内金属温度、保持受热面的清洁等措施，防止锅炉产生高温腐蚀。
　　积灰问题采用大空间辐射室，降低烟气流速，使烟气中的大颗粒充分沉降。在对流段烟气横向冲刷管束，减少积灰和腐蚀。对于烟尘容易粘结的余热锅炉，尽量不设置过热器，一方面防止高温腐蚀，另一方面防止过热器积灰。
　　磨损问题采用直通式炉型，使余热锅炉内烟气流动平稳均匀，烟气流速控制在5m／s以内，这样可有效地减小烟尘对受热面的磨损。
　　2、余热锅炉的发展趋势当今余热锅炉朝向大型化、高参数方向发展。随着有色冶炼能力的提高，余热锅炉容量和参数得到提高，对于有色冶金系统来说，蒸发量50t／h、工作压力4.2MPa的锅炉被称为大型余热锅炉。其他行业余热锅炉容量更大，如钢铁冶金行业的干熄焦余热锅炉，蒸发量已达到100t／h以上，工作压力12.5MPa。
　　炉型的发展趋势仍以直通道式锅炉为主；循环方式为强制循环以及强制循环与自然循环的联合循环；受热面结构为外壁采用全膜式壁，内部对流管束采用膜式管屏和蛇形管束。
　　余热锅炉内设置烟气挡板，挡板可布置在辐射冷却室和对流区，以改善炉内烟气流动场和温度场，提高锅炉传热效果，减轻受热面的积灰。这一设计在国外已较为常见，但国内尚无应用实例。
　　清灰方式分机械振打、弹簧锤振打、气动振打及爆破清灰等，根据余热锅炉烟灰的粘结性能不同，选用不同的清灰设施。
　　二、欧萨斯余热锅炉的特点
　　云南铜业公司的欧萨斯余热锅炉配置在艾萨铜熔炼炉之后，蒸发量为51t／h，工作压力4.2MPa，蒸汽温度254℃，烟气量70000m3／h，进口烟温1240℃，排烟温度350℃，烟气成分：SO212.60％，CO210.4％，H2O25.1％，O23.0％，N248.9％，烟尘含量为30g／m3。1、炉型该锅炉为直通式炉型，由上升烟道、下降烟道、水平烟道组成。根据艾萨炉的特点，上升和下降烟道高度大（30m），上升烟道垂直布置，有利于烟尘的沉降。
　　2、水循环方式欧萨斯余热锅炉选用自然循环与强制循环相结合的循环系统。余热锅炉常使用一种循环方式（强制循环或自然循环），在一台余热锅炉上同时使用两种循环方式的情况较少。其优点是可靠性高，锅炉所有外壁均采用自然循环，减少了强制循环水量，便于选择较小的循环水泵；但实际上，该炉强制循环水量并未减少，据估算，循环流量富余量＞40％，这样提高了强制循环系统的可靠性。虽然经济上有所损失，但余热锅炉运行的可靠性更为重要，锅炉系统最重要的是水循环，保证了锅炉每一个受热面循环水量充足，可以保证在烟气温度达1200℃、甚至1500℃时，亦不会烧坏炉管。
　　但是，在可靠性提高的同时，也使系统更为复杂。若全部采用强制循环，则仅需要下降管和上升管各一根即可。而该锅炉DN350、DN400的循环水管道有8根，使得管道布置较困难，操作复杂。
　　3、全机械振打锅炉清灰主要有机械锤打和弹簧振打两种。该锅炉内部管束和外部管壁均采用机械振打方式，设有8套气动机械振打装置和70套电动机械振打装置，总体上与日产炉清灰方式相似，与西北铅锌厂QSL余热锅炉、贵溪闪速炉和转炉余热锅炉上所用的机械振打装置形式相同。但与奥斯龙锅炉不同，奥斯龙锅炉采用弹簧锤振打装置，使用效果较机械振打效果好。
　　4、艾萨炉炉顶结构目前，上升烟道、下降烟道采用锅炉受热面结构已逐步被世人接受，有些新炉型的炉体本身也采用了锅炉受热面，如铜陵公司的奥斯麦特炉上部采用了锅炉受热面，这种型式投资省，可靠性大。艾萨炉在炉顶采用了锅炉受热面，结构新颖，从锅炉技术角度考虑完全可行。但存在一个问题，即炉顶一旦漏水，水容易进到艾萨炉内发生爆炸。曾在QSL炉上有过教训，水冷插件和直通烟道在熔体上部，试生产时，发生漏水，水进入熔池里，水位到200～300mm才被发现，所幸当时渣层较厚，未发生爆炸。故不论上升烟道还是炉顶，一旦漏水，水将会漏进熔池，所以操作要求比较高。因此采取了一些自控措施，如测量进水流量、出水流量，把炉顶单独作为一个受热面，当进、出水量有差别时报警等。
　　5、炉体支吊架余热锅炉一般采用吊挂形式，吊挂在锅炉钢架的最上层，以保证锅炉受热面良好的弹性，清灰较容易。若采用支撑形式，则整个锅炉刚性较大，使用机械振打，效果不佳。本台锅炉的上升、下降烟道采用吊挂形式，水平烟道采用支撑形式，但这种支撑与传统意义上的大框架支撑不同，采用了细小钢柱，柱脚铰接。这种支吊结合方式主要根据该炉型决定，因水平部分炉顶的钢架较庞大，对流管束整体吊挂检修比较困难，所以采用支撑的形式比较好，上面只有两根梁，而且可以卸下来，检修方便。
　　6、全膜式壁该余热锅炉本体、所有外壁包括上升、下降烟道、水平部分外壁、艾萨炉炉顶等均采用膜式水冷壁。根据炉内温度的不同，膜式管子间距为60～100mm。
　　7、锅炉与艾萨炉接口在入口部分的3m段有一个沙封和一个移动式冷却屏，将其提起后，可放进烟道闸板，此做法较新颖。因余热锅炉较艾萨炉事故多，余热锅炉在运行过程中很难做到不爆管、不泄漏，其检修周期与冶金炉并非同步，故加一个水冷烟道闸板很有必要。而采用水平式的水冷闸板、提升式的受热面结构形式比较合理，检修方便。在白银炉余热锅炉设计中亦采用了水平式水冷闸板，但接口部分不能提升。
　　8、锅炉出口烟道垂直向上一般来说，锅炉烟气出口有向上和水平两种形式。从传热角度看，因为烟气向上走，而对流管束有6m高，烟气充满不了整个内部空间，下部分受热面利用率较低，所以烟气出口采用水平形式比较好。如果烟气水平出口在中心线附近，烟气充满度较好，也能充分利用受热面。若烟气出口设计为向上的形式，则可充分利用空间，在尾部增加一个过道，操作人员可以方便地从左边绕到右边。
　　9、锅炉钢架该锅炉的钢架设计有两个特点，①熔炼炉用钢架和余热锅炉用钢架合为一体，此为该炉型独有设计，常规余热锅炉的钢架仅是余热锅炉的一部分，而很少与熔炼炉整个厂房连成一体。②钢架截面大，钢架高度达60m。柱子采用截面为1200×600的H型钢，以承受来自锅炉与艾萨炉的各种荷载。
10、炉体导向装置常规导向装置上有两个环，一个与炉体焊接，另一个与钢架焊接，炉体热膨胀时可以相对移动，因热态时间隙较大，导致炉体振动较大，起不到限制侧向位移的作用。本锅炉炉体导向装置采用热膨胀补偿结构，即采用石墨垫片与炉体紧密接触，外部用螺栓与钢架连接，结构新颖，与常规导向装置不同。运行时，炉内烟气负压波动，炉体产生振动；垫片式导向支架可以紧靠炉体，限制炉体运动，减少振动。