侧吹还原炉余热锅炉设计应用探讨

摘 要：本文针对侧吹还原炉余热锅炉参数和结构、锅炉清灰和输灰系统进行了详细描述，对锅炉给水泵和热水循环泵的选型进行了理论分析。通过对整个余热锅炉及相关系统的精心设计，保证了该工艺的安全稳定运行。

关键词：侧吹还原炉；余热锅炉；结构；振打；水循环

中图分类号： I043 文献标识码： A

The Design and Application of Side Reduction Furnace Waste Heat Boiler

HAO YugangXU WeiLAO Xuejing

China ENFI Engineering Corp.Beijing100038

Abstract: This paper description the side reduction furnace waste heat boiler parameters and structure, boiler soot and ash conveying system , analyze boiler feed water pump and hot water circulating pump selection in theory. Through elaborate design of the waste heat boiler and related system, guarantee the safe and stable operation of the process.

Keywords：Side reduction furnace；Waste heat boiler；Structure; Shaking ;Water cycle

1、引言

侧吹还原炉是一种环境友好、性价比高的有色冶金炉，湖南华信有色金属有限公司选择该炉型进行工业生产运行应用，由中国恩菲工程技术有限公司进行工程设计，该项目于2013年初顺利投产，目前整体运行良好。

为有效降低侧吹还原炉排出烟气的温度，实现整个工艺流程的连续化，在侧吹还原炉烟气出口设置了余热锅炉，用于回收烟气中的热量，降低烟气温度。余热锅炉产生的饱和蒸汽用于驱动饱和蒸汽汽轮机组发电，从发电机组第二级抽出的低压蒸汽供生产、生活蒸汽用户使用，实现有效的节能减排。

2、余热锅炉参数及结构

2.1 余热锅炉参数

工程设计按照年产约10万吨铅的规模进行，投产运行情况良好。根据湖南华信有色金属有限公司2013年运行情况，对余热锅炉设计参数和运行参数进行了列表，具体数据见表1。

表 1余热锅炉设计参数与运行参数列表

2.2 余热锅炉结构特点

在六十年代末到七十年代初，余热锅炉发展到了成熟的第三阶段，在这个阶段中，有色冶金用余热锅炉的结构形式基本上有两种，一种为多通道式余热锅炉，另一种是直通道式余热锅炉。[1]

侧吹还原炉余热锅炉采用的是多通道式余热锅炉中的两通道结构，包括炉罩、上升烟道、辐射室、对流区等四部分。

余热锅炉采用强制循环，露天布置。锅炉受热面和管束均为ф38×5的无缝钢管。高温烟气从还原炉烟气出口进入余热锅炉，依次经过炉罩、上升烟道、辐射冷却室和对流区，最终从余热锅炉出口烟道排出。出口烟气温度降到约为360℃后排出余热锅炉进入收尘系统。

余热锅炉的炉罩为膜式壁受热面，位于还原炉烟气出口和余热锅炉烟气入口的位置，炉罩内衬40mm厚倒打料，可以耐受冲刷，对炉罩膜式壁起到保护作用。

考虑到还原炉排出的高温烟气具有还原性，可能在余热锅炉内部进行二次燃烧或爆炸，因此在余热锅炉烟气流通系统设置了防爆门。

3、锅炉水循环系统

3.1 水质要求

考虑到中压余热锅炉对锅炉供给水要求、余热发电对饱和蒸汽的要求，锅炉给水及炉水水质应符合 GB/T12145-2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》标准的要求，具体参数见表2和表3。

表 2锅炉给水水质要求表

表 3炉水水质要求表

3.2 锅炉给水泵选型

锅炉给水泵的选择主要考虑给水泵流量和扬程两个方面。

3.2.1 给水泵流量

给水泵流量按照公式1进行计算，

Q=K（Q1+Q2）公式1

式中：Q—锅炉给水泵流量（m3/h）；

Q1—锅炉额定出力时总给水量（包括排污损失、汽水损失等）（m3/h）;

Q2—其他水量（如减温减压等用水）（m3/h）；

K—附加系数1.1。

考虑锅炉蒸发量正常时为14t/h，波动范围在12~18t/h，根据公式1进行计算，选择锅炉给水泵的流量Q=25m3/h。

3.2.2 锅炉给水泵扬程

锅炉给水泵扬程按照公式2进行计算，

H=H1+H2+H3+H4公式2

式中：H—锅炉给水泵扬程（m）；

H1—锅炉锅筒在设计的使用压力下安全阀的开启压头（m）；

H2—省煤器和给水系统的压头损失（m）；

H3—给水系统的水位差（m）；

H4—上述三项之和的10%作为富裕量（m）。

考虑到余热锅炉设计工作压力为4.0MPa，运行时工作压力为3.5~3.8MPa，根据公式2进行计算得到锅炉给水泵的扬程为500m。

锅炉给水泵的功率按照流量和扬程计算得出，并考虑适当富裕量。

据上述对锅炉给水泵流量和扬程的计算选择，比较图1和图2的给水泵性能曲线图，最后确定参数为Q=25m3/h，H=500m的电动给水泵两台，一用一备。

图1 给水泵性能曲线 图2 给水泵性能曲线

3.3 热水循环泵选型

余热锅炉的水循环形式主要有两种，分别为自然循环和强制循环。自然循环依靠工质重度的差异来克服循环回路阻力，保证工质在回路中充分连续地流动，强制循环的工质依靠水泵压头而被动流动。

根据有色冶炼工程配置的具体情况，结合强制循环具有水容积小、负荷变化快；启动时间短等优点[2]，湖南华信侧吹炉还原炉余热锅炉水循环系统采用的是强制水循环系统，配置了两台电动热水循环泵，一用一备，单台热水循环泵参数为：流量Q=400m3/h，扬程H=50m。

经过近一年的连续生产，余热锅炉给水和循环水系统整体良好，保证了余热锅炉的安全可靠运行。

4、锅炉清灰及输灰系统

4.1 锅炉清灰系统

有色冶金窑炉排出的烟气中含有很多的烟尘，余热锅炉的积灰清除问题，是关系到余热锅炉能够成功的关键所在。[1]

余热锅炉清灰方式有许多种，包括吹灰器清灰、机械振打清灰、弹簧振打清灰、高能脉冲爆破清灰等多种方式。[3]

考虑到侧吹还原炉的烟气烟尘具有尘量大、粘结性强、不易清除的特点，侧吹还原炉余热锅炉清灰系统采用弹簧振打清灰和高能脉冲爆破清灰两种方式组合使用。余热锅炉共装有31台弹性振打清灰装置，其中上升烟道11台，辐射室4台，对流区16台；装有高能脉冲爆破清灰装置10套，布置5组对流管束顶部，每组对流管束顶部设2套。[4][5]

4.2 锅炉灰尘输送系统

余热锅炉内的灰尘由烟气携带，一部分从烟气中自动沉落下来，另一部分粘附在余热锅炉受热面上，通过清灰装置清理下来。

余热锅炉上升烟道沉降下来的烟尘返回还原炉内继续进行冶炼反应，辐射室和对流区沉降下来的烟尘和清灰装置清理下来的灰渣通过锅炉灰斗下的埋刮板除灰机排出炉外，经过一系统的倒运后返回配料。锅炉灰斗上方设置有格栅，大块灰渣落到格栅上，通过两侧的门孔将其拔出炉外。

5、结语

通过对湖南华信还原炉余热锅炉系统进行精心设计，选择合理的余热锅炉结构形式、选择合理的锅炉给水泵和热水循环泵、选择合理的余热锅炉本体的清灰方式和灰尘输送方式，确保了整个余热锅炉系统自2013年初投产以来的安全稳定运行，未出现灰尘堵塞锅炉、低温腐蚀、爆管等严重影响生产的事故，保证了冶炼生产的正常生产。

总体而言，湖南华信侧吹还原炉余热锅炉的设计是比较成功的，除了保证冶炼烟气高效降温、贯通整个冶炼工艺流程外，生产出大量的中压蒸汽供给生产、工艺或发电使用，实现了有效的节能减排降耗。

参考文献

[1] 北京有色冶金设计研究总院主编，余热锅炉设计与运行，冶金工业出版社，1982,17-22

[2] 肖平华，浅谈铜冶炼厂余热锅炉的设计特点，锅炉技术，1999，30（5）：1~5

[3] 陆海梅，陶云，秦勇，茅素梅，SP余热锅炉几种清灰装置的对比与分析，节能，2010（8），75-76

[4] 何闻，振打式余热锅炉清灰方式的开发，能源工程，1999，4：31~33

[5] 罗显雨，何屏，成华，冶炼焙烧炉系统余热锅炉除灰技术改造[J]，动力技术，2011,11

作者简介：

郝玉刚（1980-），男，汉族，河南辉县人，工程师，硕士毕业于华北电力大学，主要从事有色冶炼余热锅炉设计和研究工作。

徐伟（1981-），男，汉族，浙江温州人，工程师，硕士毕业于西安交通大学，主要从事工程项目管理工作。

劳学竞（1976-），男，汉族，浙江衢州人，高级工程师，硕士毕业于哈尔滨工业大学，主要从事有色冶炼余热锅炉设计和研究工作。