余熱鍋爐的煙氣條件及選型
摘 要：將余熱鍋爐所用煙氣分了九類，分析了每類煙氣的特點及其相互影響，指出了各類煙氣的適用爐型，以供余熱鍋爐的設計人員參考。
關鍵詞：余熱鍋爐；煙氣；因素
余熱鍋爐是指利用工業過程中的余熱以產生蒸汽的鍋爐［１］，其一個重要特點是煙氣條件取決于工藝過程，而且不能將它向有利於鍋爐的方向做出改變［2～4］。因此，煙氣條件會對鍋爐的設計和運行產生重要影響。本文從余熱鍋爐煙氣條件出發，初步地分析與探討各種爐型的適應性，供大家參考。??
1煙氣條件的特性及其相對應的適用爐型
1.1“潔淨”的煙氣
這裡所謂“潔淨”是指那些大致相當于燃用氣體、液體或優質固體燃料的爐窯或各種內燃原動機械的排氣，而未受主流程嚴重沾污者。主流程採用惰性氣體作循環冷卻時，則循環氣體未受主流程嚴重沾污時，也屬於潔淨的煙氣。適用的爐型有：(1) 光管水管鍋爐、自然循環或強制循環、立式或臥式布；(2) 具有部分或全部螺旋鰭片或縱向鰭片等延伸受熱面的水管鍋爐、自然循環或強制循環、立式或臥式佈置；(3) 直煙管鍋筒鍋爐。??
1.2帶塵煙氣
煙氣帶塵可能對受熱面產生磨損，又可能產生積灰，以至於堵灰、搭橋等現象。往往這兩種機理相反的現象又可能同時存在於一台鍋爐之中。使用這種煙氣余熱鍋爐的選型應以防止受熱面磨損和煙道積灰、堵灰、搭橋為主要目標。根據帶塵煙氣的級別與煙塵特性，適用的爐型有：(1) 立式佈置的強制循環水管鍋爐；(2) 臥式佈置的強制循環水管鍋爐；(3) 雙鍋筒水管鍋爐。??
1.3粘結性煙氣
煙氣的粘結性是指其在工作煙溫下，所挾帶的煙塵，集昇華與氣化物質等，在一定條件下粘附在鍋爐受熱面或其他部件上的特性。適用這樣煙氣條件的水管鍋爐爐型有：(1)帶輻射冷卻室的臥式佈置的強制循環水管鍋爐，一般不帶過熱器，懸挂式的蛇形管對流受熱面，光管或帶縱向直鰭片的管子，採用振打或震動除塵或吹灰設備，煙氣作橫向沖刷，一次通過鍋爐；(2) 帶一個或二個輻射冷卻煙道的多煙道立式佈置強制循環水管鍋爐，對流受熱面一般採用帶縱向直鰭片管子和振打除灰裝置。??
1.4腐蝕性煙氣
腐蝕性煙氣在制酸工業、有色冶金工業、以及石油化工工業等極為常見。這些工業的主流程煙氣中含有SO??X、NO??X、H??2S、S等腐蝕性成份。針對這些成份，相應的鍋爐需要在選型、參數的選用，以及某些結構特點方面加以充分的考慮。但是，對於腐蝕性煙氣，即使採用了理論和實踐上行之有效的措施，鍋爐某些部件還是需要定期更換的。因此，鍋爐的結構設計應充分考慮這一特點。??
1.5高壓煙氣
為確保煙氣不外泄，對於高壓煙氣(p＝3～4MPa)，一般不採用煙道式鍋爐，因為平面擴板是無法經濟地加強到足以承受如此高的壓力。目前採用較多的有：(1) 管殼式直煙管鍋爐；(2) 雙套管式直煙管鍋爐；(3) 雙套管與螺旋管相結合的煙管鍋爐；(4) U形管煙管鍋爐；(5) 插入管式水管鍋爐，煙氣用圓柱體筒殼和兩端封頭來密封。對於超高壓煙氣(p＝32～500?MPa)，目前僅有蛇形管水管鍋爐，煙氣用圓柱筒殼和兩端封頭密封的各種具體結構形式可資選擇。煙氣壓力愈高，受熱面的總傳熱係數也就愈高，因而鍋爐可以相對地設計比較緊湊。這對於選用筒殼來密封煙氣是十分有利的。?И?
1.6需要急冷的煙氣
在化工流程中，往往煙氣需要在一個規定的時間內，冷卻到一個規定的溫度。由於余熱鍋爐熱交換在時間方面的嚴格限制，這就在現實的煙氣通道長度的結構條件下，規定了煙氣的流速。對於這種煙氣，目前煙管鍋爐與水管鍋爐皆有所應用。但如果煙氣在受熱面上積灰結焦的可能性較大時，則往往傾向于採用煙管鍋爐。為此目的，現代余熱鍋爐技術發展了不少類型的煙管鍋爐，獲得一定的成功，如：(1) 雙套管型直煙管鍋爐，採用扁圓集管可以吸收直煙管的熱膨脹差，和承受高溫煙氣的直接沖刷；(2) 雙套管與螺旋管相結合的煙管鍋爐，有結構緊湊、可以採用燒焦操作等特色。
1.7高露點煙氣
對於高露點煙氣，為了防止腐蝕、結垢、堵灰等運行問題，余熱鍋爐設計的基本要求是避免受熱面上的結露。目前通用的辦法是使鍋爐受熱面的金屬壁溫在任何操作條件下都高于露點溫度，具體的措施有：(1) 選擇適當的鍋爐汽水側的工作壓力，使對應的爐水飽和溫度高于煙氣露點溫度；(2) 避免低於飽和溫度的爐水與受熱面接觸，因此要對鍋爐水進行充分的混和與預溫，並且要避免採用相當于燃燒鍋爐的省煤器的那種低溫區段；(3) 在操作上，為防止鍋爐在低負荷和停爐時的結露，往往需要採取適當的保溫措施。除了汽水側壓力參數之外，高露點煙氣適應于各種類型的余熱鍋爐。
1.8含有特細粉塵的煙氣
特細粉塵問題有二：(a) 疏鬆的粉塵在受熱面上有強烈的粘附性，形成疏鬆的炱狀灰層；(b)在適宜的條件下，粉塵有熔融或與煙氣中其他粘結性成份共同凝結成為難以清除的緻密性積垢的可能性。因此，適用於含有特細粉塵的煙氣的鍋爐往往考慮以下措施：(1) 採用難以積灰、堵灰的結構，盡可能避免煙氣沖刷不均勻性，特別要避免煙氣流的停滯或渦流區域，所以在可能的條件下儘量採用煙氣一次直通性爐型；(2)煙氣縱向沖刷的屏樣強制水循環受熱面有減少粉塵粘附和便於採用振打除灰法的優點，已用於富氧平爐與沸騰焙燒制酸等工藝流程余熱鍋爐，取得一定的效果。??
1.9參數不穩定的煙氣
余熱鍋爐煙氣在流量、溫度、成份組成、含塵量等各方面的波動是其特征之一，波動的性質可以是有規律的、週期性的，也可以是非規律性、非週期性的；波動的特點可以是漸進性的、也可以是衝擊性的；可以是單一參數的，也可以是多參數的復合性波動。余熱鍋爐的選型必須首先分析主工藝流程的整個週期，確定週期中各個時間區段的煙氣特點，從而在余熱鍋爐設計中逐個落實相應的措施。其中最突出的特點往往是余熱鍋爐選型的主要根據。??
2煙氣條件的多“因素”特點
上面九類基本上包括了常見的各種工藝流程的余熱煙氣。但是，在實際工作中，煙氣條件諸“因素”往往不是單獨地存在的，而是經常會見到一些多因素的煙氣。多因素煙氣條件有下列幾種類型；
1) “主”、“次”之分，即某一因素為控制爐型選擇的決定性因素，稱為“主因素”；其他因素皆稱之為“次因素”。這種煙氣稱為“多因素”煙氣。如果次因素對爐型選擇產生與主因素的作用類似，則其作用往往可忽略，或者在選擇具體參數時作一定的參考。如果次因素的作用與主因素的作用不相關連，則爐型選擇與參數選用時應加適當考慮。在任何情況下，“主因素”是爐型選擇的主要根據。
2) “復因素”煙氣，即有二個或以上因素對爐型的選擇各有其不容忽視的作用時，在而這些對爐型選擇皆產生決定性影響的因素皆稱之為“主因素”。諸“主因素”有以下幾種組合方式：(a) 各因素的作用是並行不悖的，此時爐型選擇類似于單因素煙氣；(b) 各因素對爐型選擇的作用是相反的，此時爐型選擇一般仍以影響較大的一個因素作為依據，以考慮在最不利情況下，鍋爐的正常運行；(c) 各因素對爐型選擇作互不干擾，此時應考慮各個因素對鍋爐的要求，按各個因素對爐型進行“篩選”。??
3結論
本文將余熱鍋爐所用煙氣分了九類，分析了每類煙氣的特點及其相互影響，指出了各類煙氣的適用爐型，以供余熱鍋爐的設計人員參考。??
參考文獻
［1］房子風.廢熱鍋爐設計［M］.上海科學技術出版社，1989.
［2］戴克發.余熱鍋爐煙氣條件分析［J］.余熱鍋爐.1980，1.
［3］劉忠義.有色冶金煙氣余熱利用概況［M］.余熱鍋爐.1988，3.
［4］美國通用電氣公司，排氣余熱回收系統的佈置［J］.余熱利用與廢熱鍋爐.1997
關鍵詞：余熱鍋爐；煙氣；因素
余熱鍋爐是指利用工業過程中的余熱以產生蒸汽的鍋爐［１］，其一個重要特點是煙氣條件取決于工藝過程，而且不能將它向有利於鍋爐的方向做出改變［2～4］。因此，煙氣條件會對鍋爐的設計和運行產生重要影響。本文從余熱鍋爐煙氣條件出發，初步地分析與探討各種爐型的適應性，供大家參考。??
1煙氣條件的特性及其相對應的適用爐型
1.1“潔淨”的煙氣
這裡所謂“潔淨”是指那些大致相當于燃用氣體、液體或優質固體燃料的爐窯或各種內燃原動機械的排氣，而未受主流程嚴重沾污者。主流程採用惰性氣體作循環冷卻時，則循環氣體未受主流程嚴重沾污時，也屬於潔淨的煙氣。適用的爐型有：(1) 光管水管鍋爐、自然循環或強制循環、立式或臥式布；(2) 具有部分或全部螺旋鰭片或縱向鰭片等延伸受熱面的水管鍋爐、自然循環或強制循環、立式或臥式佈置；(3) 直煙管鍋筒鍋爐。??
1.2帶塵煙氣
煙氣帶塵可能對受熱面產生磨損，又可能產生積灰，以至於堵灰、搭橋等現象。往往這兩種機理相反的現象又可能同時存在於一台鍋爐之中。使用這種煙氣余熱鍋爐的選型應以防止受熱面磨損和煙道積灰、堵灰、搭橋為主要目標。根據帶塵煙氣的級別與煙塵特性，適用的爐型有：(1) 立式佈置的強制循環水管鍋爐；(2) 臥式佈置的強制循環水管鍋爐；(3) 雙鍋筒水管鍋爐。??
1.3粘結性煙氣
煙氣的粘結性是指其在工作煙溫下，所挾帶的煙塵，集昇華與氣化物質等，在一定條件下粘附在鍋爐受熱面或其他部件上的特性。適用這樣煙氣條件的水管鍋爐爐型有：(1)帶輻射冷卻室的臥式佈置的強制循環水管鍋爐，一般不帶過熱器，懸挂式的蛇形管對流受熱面，光管或帶縱向直鰭片的管子，採用振打或震動除塵或吹灰設備，煙氣作橫向沖刷，一次通過鍋爐；(2) 帶一個或二個輻射冷卻煙道的多煙道立式佈置強制循環水管鍋爐，對流受熱面一般採用帶縱向直鰭片管子和振打除灰裝置。??
1.4腐蝕性煙氣
腐蝕性煙氣在制酸工業、有色冶金工業、以及石油化工工業等極為常見。這些工業的主流程煙氣中含有SO??X、NO??X、H??2S、S等腐蝕性成份。針對這些成份，相應的鍋爐需要在選型、參數的選用，以及某些結構特點方面加以充分的考慮。但是，對於腐蝕性煙氣，即使採用了理論和實踐上行之有效的措施，鍋爐某些部件還是需要定期更換的。因此，鍋爐的結構設計應充分考慮這一特點。??
1.5高壓煙氣
為確保煙氣不外泄，對於高壓煙氣(p＝3～4MPa)，一般不採用煙道式鍋爐，因為平面擴板是無法經濟地加強到足以承受如此高的壓力。目前採用較多的有：(1) 管殼式直煙管鍋爐；(2) 雙套管式直煙管鍋爐；(3) 雙套管與螺旋管相結合的煙管鍋爐；(4) U形管煙管鍋爐；(5) 插入管式水管鍋爐，煙氣用圓柱體筒殼和兩端封頭來密封。對於超高壓煙氣(p＝32～500?MPa)，目前僅有蛇形管水管鍋爐，煙氣用圓柱筒殼和兩端封頭密封的各種具體結構形式可資選擇。煙氣壓力愈高，受熱面的總傳熱係數也就愈高，因而鍋爐可以相對地設計比較緊湊。這對於選用筒殼來密封煙氣是十分有利的。?И?
1.6需要急冷的煙氣
在化工流程中，往往煙氣需要在一個規定的時間內，冷卻到一個規定的溫度。由於余熱鍋爐熱交換在時間方面的嚴格限制，這就在現實的煙氣通道長度的結構條件下，規定了煙氣的流速。對於這種煙氣，目前煙管鍋爐與水管鍋爐皆有所應用。但如果煙氣在受熱面上積灰結焦的可能性較大時，則往往傾向于採用煙管鍋爐。為此目的，現代余熱鍋爐技術發展了不少類型的煙管鍋爐，獲得一定的成功，如：(1) 雙套管型直煙管鍋爐，採用扁圓集管可以吸收直煙管的熱膨脹差，和承受高溫煙氣的直接沖刷；(2) 雙套管與螺旋管相結合的煙管鍋爐，有結構緊湊、可以採用燒焦操作等特色。
1.7高露點煙氣
對於高露點煙氣，為了防止腐蝕、結垢、堵灰等運行問題，余熱鍋爐設計的基本要求是避免受熱面上的結露。目前通用的辦法是使鍋爐受熱面的金屬壁溫在任何操作條件下都高于露點溫度，具體的措施有：(1) 選擇適當的鍋爐汽水側的工作壓力，使對應的爐水飽和溫度高于煙氣露點溫度；(2) 避免低於飽和溫度的爐水與受熱面接觸，因此要對鍋爐水進行充分的混和與預溫，並且要避免採用相當于燃燒鍋爐的省煤器的那種低溫區段；(3) 在操作上，為防止鍋爐在低負荷和停爐時的結露，往往需要採取適當的保溫措施。除了汽水側壓力參數之外，高露點煙氣適應于各種類型的余熱鍋爐。
1.8含有特細粉塵的煙氣
特細粉塵問題有二：(a) 疏鬆的粉塵在受熱面上有強烈的粘附性，形成疏鬆的炱狀灰層；(b)在適宜的條件下，粉塵有熔融或與煙氣中其他粘結性成份共同凝結成為難以清除的緻密性積垢的可能性。因此，適用於含有特細粉塵的煙氣的鍋爐往往考慮以下措施：(1) 採用難以積灰、堵灰的結構，盡可能避免煙氣沖刷不均勻性，特別要避免煙氣流的停滯或渦流區域，所以在可能的條件下儘量採用煙氣一次直通性爐型；(2)煙氣縱向沖刷的屏樣強制水循環受熱面有減少粉塵粘附和便於採用振打除灰法的優點，已用於富氧平爐與沸騰焙燒制酸等工藝流程余熱鍋爐，取得一定的效果。??
1.9參數不穩定的煙氣
余熱鍋爐煙氣在流量、溫度、成份組成、含塵量等各方面的波動是其特征之一，波動的性質可以是有規律的、週期性的，也可以是非規律性、非週期性的；波動的特點可以是漸進性的、也可以是衝擊性的；可以是單一參數的，也可以是多參數的復合性波動。余熱鍋爐的選型必須首先分析主工藝流程的整個週期，確定週期中各個時間區段的煙氣特點，從而在余熱鍋爐設計中逐個落實相應的措施。其中最突出的特點往往是余熱鍋爐選型的主要根據。??
2煙氣條件的多“因素”特點
上面九類基本上包括了常見的各種工藝流程的余熱煙氣。但是，在實際工作中，煙氣條件諸“因素”往往不是單獨地存在的，而是經常會見到一些多因素的煙氣。多因素煙氣條件有下列幾種類型；
1) “主”、“次”之分，即某一因素為控制爐型選擇的決定性因素，稱為“主因素”；其他因素皆稱之為“次因素”。這種煙氣稱為“多因素”煙氣。如果次因素對爐型選擇產生與主因素的作用類似，則其作用往往可忽略，或者在選擇具體參數時作一定的參考。如果次因素的作用與主因素的作用不相關連，則爐型選擇與參數選用時應加適當考慮。在任何情況下，“主因素”是爐型選擇的主要根據。
2) “復因素”煙氣，即有二個或以上因素對爐型的選擇各有其不容忽視的作用時，在而這些對爐型選擇皆產生決定性影響的因素皆稱之為“主因素”。諸“主因素”有以下幾種組合方式：(a) 各因素的作用是並行不悖的，此時爐型選擇類似于單因素煙氣；(b) 各因素對爐型選擇的作用是相反的，此時爐型選擇一般仍以影響較大的一個因素作為依據，以考慮在最不利情況下，鍋爐的正常運行；(c) 各因素對爐型選擇作互不干擾，此時應考慮各個因素對鍋爐的要求，按各個因素對爐型進行“篩選”。??
3結論
本文將余熱鍋爐所用煙氣分了九類，分析了每類煙氣的特點及其相互影響，指出了各類煙氣的適用爐型，以供余熱鍋爐的設計人員參考。??
參考文獻
［1］房子風.廢熱鍋爐設計［M］.上海科學技術出版社，1989.
［2］戴克發.余熱鍋爐煙氣條件分析［J］.余熱鍋爐.1980，1.
［3］劉忠義.有色冶金煙氣余熱利用概況［M］.余熱鍋爐.1988，3.
［4］美國通用電氣公司，排氣余熱回收系統的佈置［J］.余熱利用與廢熱鍋爐.1997