一种换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉

阅读：评论：0

1.本发明涉及工业烟气余热利用技术领域，尤其涉及一种换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉。

背景技术：

2.余热属于二次热能，它是主要能源和可燃材料的产品在转换过程后散发的热能，是燃料燃烧过程的工艺项目完成后剩余的热量。余热一般分为以下七类：高温烟气、高温蒸汽、热渣、高温热回收产品(包括中间产品)、冷却介质的热量、可燃废热、化学反应和碳残留的余热。常用的余热回收方法包括：利用余热锅炉生产热水或蒸汽、烟气预热空气、流体热交换器处理高温烟气等。在工业硅矿热炉的生产过程中，通常采用碳质还原剂，会生成大量的含有co、co2、h2等成分的烟气，排烟中在含有大量的余热，烟气中所含的热量相当于约50％的矿热炉总能源消费总量。因此，选用先进工艺技术，回收利用矿热炉烟气能量意义重大，这样可以提高能源利用效率，削减工业生产成本。
3.矿热炉余热是矿热炉生产中不能有效利用，或加热过程中不能合理利用的热能。矿热炉冶炼过程产生的烟气是目前矿热炉余热利用的主要对象。余热发电不仅可以节约能源，而且有利于环境保护。余热锅炉对于余热发电来说是最重要的设备。余热锅炉利用废弃工质流体的热量作为热源或可燃物质，生产蒸汽用来发电。
4.工业硅矿热炉的排烟中含有大量细小飞灰颗粒，含尘气流进入余热锅炉时，颗粒可能会在受热面内沉积下来，造成严重危害。灰的导热系数很小，使得热阻变大，受热面传热能力降低。如果高温区域的烟气温度变高，颗粒熔融倾向增强，更易于粘附在壁面，造成结渣，并会引起恶性循环。低温区域的积灰也可能堵塞流动通道，使得阻力变大，风机负荷变大，进而电耗增多。结渣和积灰严重时，锅炉只能低负荷运行甚至停炉检修，导致设备利用率下降，经济损失不可避免。
5.目前常规工业硅余热锅炉有立式和卧式结构之分，但运行中都存在结构局限，造成积灰和磨损，影响工业硅余热锅炉的长周期安全运行。首先，立式布置结构的烟气从顶部向下依次冲刷高、中低温段各级受热面，考虑到工业硅余热锅炉高温段易于发生粘性结渣，通常选择钢珠清灰器，钢珠清灰器布置于工业硅余热锅炉的顶部向下抛洒钢珠依次清理各级受热面，这样会造成清理过热器和高温蒸发器过程中形成的大块渣堵塞管束之间烟气流道，而且其后的中低温段受热面只沉积疏松灰只需要压缩空气清灰方式就可以胜任，因此造成中低温段受热面过渡清灰，而且钢珠清灰对中低温段受热面造成压实难以清除，从而引起疏松灰不断压实沉积，增加热阻，降低工业硅余热锅炉热能利用效率。其次，卧式布置结构的烟气依次水平冲刷高、低温段各级受热面，此时，无法选择钢珠清灰方式，只能采用除钢珠清灰方式之外的其它方式，如钢刷清灰等，但这些清灰方式无法有效清除高温段受热面的粘性结渣，而且钢刷清灰有运动部件，运行过程中易于损坏，造成工业硅余热锅炉不得不间隙运行，经常停炉维修，严重影响生产连续性。因此，需要一种换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉来有效防控受热面的结渣和积灰问题。

技术实现要素：

6.本发明的目的是提出一种换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉，其特征在于，所述工业硅余热锅炉包括钢珠播撒装置、过热器、钢珠提升装置、高温蒸发器、导流板、灰斗、钢珠收集装置、低温蒸发器、省煤器、钢架、出口烟道、吹灰器、锅炉壳体、锅筒和入口烟道；
7.其中，垂直于地面由高到低依次布置入口烟道、钢珠播撒装置、过热器、高温蒸发器、导流板、灰斗、钢珠收集装置；悬空设置的钢珠提升装置分别与钢珠播撒装置和钢珠收集装置连接，且置于锅炉壳体外部；平行于地面设置低温蒸发器、省煤器、出口烟道；低温蒸发器靠近导流板，省煤器靠近出口烟道；低温蒸发器与省煤器之间设有吹灰器，且置于锅炉壳体上；锅筒置于锅炉壳体外部，分别与过热器、高温蒸发器、低温蒸发器、省煤器连接；所述钢架对工业硅余热锅炉起支撑作用。
8.过热器和高温蒸发器均由若干光管呈矩阵式排列组成，相邻光管之间设有间隙，且光管管束中心线水平布置并垂直于烟气流向。
9.低温蒸发器和省煤器均由若干h型翅片管呈矩阵式排列组成，相邻h型翅片管之间设有间隙。
10.h型翅片管的翅片节距不小于30mm。
11.过热器、高温蒸发器、低温蒸发器和省煤器均为水管式换热器。
12.所述入口烟道包括相互垂直设置的烟气入口和相互垂直设置的空气入口，且每个空气入口上均设置开关阀门。
13.换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉的工作方法，其特征在于，开启入口烟道的开关阀门，烟气与空气混合后先依次经过过热器、高温蒸发器，然后经导流板均匀化，再依次经过低温蒸发器和省煤器换热后从出口烟道离开工业硅余热锅炉；高温蒸发器排出的汽水混合物进入锅筒进行汽水分离后，蒸汽进入过热器加热，加热到第一温度送去汽轮机发电或其他工艺过程，锅筒下部的下降管将欠饱和水分别引入高温蒸发器和低温蒸发器，欠饱和水经除氧后送入省煤器，吸收烟气余热后被加热到第二温度从省煤器送入锅筒中；工业硅余热锅炉回收烟气余热后，烟气在锅炉底部受离心力作用，大灰渣颗粒被甩入灰斗，实现初级分离，小灰渣颗粒随烟气经导流板均匀化后进行余热回收；钢珠播撒装置播撒钢珠进行清灰，钢珠与过热器、高温蒸发器相互碰撞，打击受热面上的结渣并与结渣一并落入灰斗，钢珠收集装置收集落入灰斗的钢珠，钢珠提升装置将钢珠送回钢珠播撒装置；吹灰器将低温蒸发器和省煤器上的积灰进行清除。
14.所述吹灰器的吹灰方法为压缩空气法或激波法。
15.大灰渣颗粒的直径大于20μm，小灰渣颗粒的直径小于等于20μm。
16.第一温度为510℃，第二温度为105℃。
17.本发明的有益效果在于：
18.1、本发明将锅炉分两段立卧结合式布置，且两段分别选择不同的换热器以及清灰方式，可有效减轻结渣；利用h型翅片管的自清灰优势，可减轻受热面积灰，同时布置吹灰器可有效清除低温蒸发器和省煤器上的积灰。
19.2、本发明可减少管道排列数目，同时增加换热面积，利于实现烟气和工质的最佳换热，实现了烟气余热的高效回收，达到了节能降耗的目标。
20.3、本发明的结构方式既能发挥各种清灰优势，又能降低投资，且占地面积居中，具有低碳排放的特点。
附图说明
21.图1为本发明换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉的主体剖面结构示意图。
22.图2为本发明换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉的主体示意图。
23.图3为本发明中过热器、高温蒸发器的换热管束结构示意图。
24.图4为本发明中低温换热器、省煤器的换热管束结构示意图。
25.图中：1-钢珠播撒装置；2-过热器；3-钢珠提升装置；4-高温蒸发器；5-导流板；6-灰斗；7-钢珠收集装置；8-低温蒸发器；9-省煤器；10-钢架；11-出口烟道；12-吹灰器；13-锅炉壳体；14-锅筒；15-入口烟道。
具体实施方式
26.本发明提出一种换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
27.图1、图2分别为本发明换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉的主体剖面结构示意图和主体示意图。余热锅炉分两段布置，采用立卧结合的方式，第一段为立式布置(烟气流动方向垂直于地面)，第二段为卧式布置(烟气流动方向与地面平行)。锅炉第一段包括过热器2和高温蒸发器4，其受热面为光管，采用钢珠清灰，在锅炉第一段的顶部布置钢珠播撒装置1，在侧面布置钢珠提升装置3，在底部布置灰斗6和钢珠收集装置7。锅炉第二段包括低温蒸发器8和省煤器9，其受热面为h型翅片管，采用压缩空气或激波等吹灰器12，锅炉第一段顶部布置入口烟道15，锅炉第二段尾部布置出口烟道11，布置锅筒14于锅炉壳体13外部进行汽水分离，构成完整的水循环回路，布置钢架10支撑整个锅炉；
28.入口烟道15包括烟气入口与空气入口，入口与空气入口均设置多个进气口，空气入口设置开关阀门，来自工业硅矿热炉的烟气温度过高时，开启空气入口的阀门，烟气与空气混合后进入余热锅炉。
29.过热器2和高温蒸发器4由若干光管并列组成，光管管束中心线水平布置并垂直于烟气流向，相邻光管之间设有间隙。如图3所示。
30.低温蒸发器8和省煤器9由若干h型翅片管并列组成，相邻h型翅片管之间设有间隙。如图4所示。
31.锅炉第一段采用立式布置，第二段采用卧式布置，锅炉第一段回收烟气余热后，烟气在锅炉第一段底部受离心力作用，直径大于20μm的大灰渣颗粒被甩入灰斗6，实现初级分离，减少对第二段的积灰和磨损，剩余直径小于等于20μm的小灰渣颗粒随烟气经导流板5均匀化后进入锅炉第二段进行余热回收。
32.锅炉第一段采用钢珠清灰，顶部布置钢珠播撒装置1，清除的灰渣落入灰斗6，底部布置钢珠收集装置7回收清灰后掉落的钢珠，布置钢珠提升装置3将钢珠送回钢珠播撒装置1。
33.锅炉第二段布置低温蒸发器8、省煤器9和吹灰器12，吹灰方式可选择压缩空气法或激波法等多种方式。
34.锅炉第一段出口布置导流板5起导流作用，使烟气均匀化后从锅炉第一段进入第二段。
35.过热器2、高温蒸发器4、低温蒸发器8和省煤器9均为水管式换热器。
36.低温蒸发器8和省煤器9所用h型翅片管的翅片节距不小于30mm。
37.换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉工作过程为：
38.工业硅生产过程中产生的废气温度大约为500～600℃，但也会有瞬时高温达到1000℃以上，为防止瞬时高温导致结渣更加严重，入口烟道15含有烟气入口与空气入口，入口与空气入口均设置多个进气口，空气入口设置开关阀门，烟气温度过高时开启阀门，烟气与空气混合后进入锅炉，防止进入锅炉受热面的烟气瞬时温度过高。烟气从入口烟道15进入锅炉第一段，依次经过过热器2、高温蒸发器4，然后经导流板5均匀化后进入锅炉第二段，烟气在锅炉第二段与低温蒸发器8和省煤器9充分换热后从烟气出口11离开余热锅炉。本发明的余热锅炉在高温蒸发器出口集箱和过热器进口集箱之间布置一个锅筒15，高温蒸发器4出口集箱排出的汽水混合物进入锅筒进行汽水分离后，蒸汽进入过热器2进口集箱，加热到一定的过热温度送去汽轮机发电或送入其他工艺过程，锅筒下部的大直径下降管分别将欠饱和水引入高温蒸发器4和低温蒸发器8的进口集箱，构成完整的水循环回路。锅炉给水经除氧后送入省煤器9进口集箱，吸收烟气余热后被加热到一定温度从省煤器9进口集箱送入锅筒中。锅炉第一段清灰方式为钢珠清灰，清灰时钢珠由钢珠播撒装置1播撒，与过热器2、高温蒸发器4相互碰撞将受热面上的结渣打击下来，然后落入灰斗6，底部的钢珠收集装置7收集落入灰斗6的钢珠，布置钢珠提升装置3将钢珠送回钢珠播撒装置1。锅炉第二段布置吹灰器12，清灰方式可选择压缩空气法以及激波法等多种方式，可有效清除低温蒸发器8和省煤器9上的积灰。
39.本实施例的工业硅余热锅炉减少了管道排列数目，同时增加了换热面积，利于实现烟气和工质的最佳换热，占地面积居中，具有低碳排放的特点。

技术特征：

1.一种换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉，其特征在于，所述工业硅余热锅炉包括钢珠播撒装置(1)、过热器(2)、钢珠提升装置(3)、高温蒸发器(4)、导流板(5)、灰斗(6)、钢珠收集装置(7)、低温蒸发器(8)、省煤器(9)、钢架(10)、出口烟道(11)、吹灰器(12)、锅炉壳体(13)、锅筒(14)和入口烟道(15)；其中，垂直于地面由高到低依次布置入口烟道(15)、钢珠播撒装置(1)、过热器(2)、高温蒸发器(4)、导流板(5)、灰斗(6)、钢珠收集装置(7)；悬空设置的钢珠提升装置(3)分别与钢珠播撒装置(1)和钢珠收集装置(7)连接，且置于锅炉壳体(13)外部；平行于地面设置低温蒸发器(8)、省煤器(9)、出口烟道(11)；低温蒸发器(8)靠近导流板(5)，省煤器(9)靠近出口烟道(11)；低温蒸发器(8)与省煤器(9)之间设有吹灰器(12)，且置于锅炉壳体(13)上；锅筒(14)置于锅炉壳体(13)外部，分别与过热器(2)、高温蒸发器(4)、低温蒸发器(8)、省煤器(9)连接；所述钢架(10)对工业硅余热锅炉起支撑作用。2.根据权利要求1所述换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉，其特征在于，过热器(2)和高温蒸发器(4)均由若干光管呈矩阵式排列组成，相邻光管之间设有间隙，且光管管束中心线水平布置并垂直于烟气流向。3.根据权利要求1所述换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉，其特征在于，低温蒸发器(8)和省煤器(9)均由若干h型翅片管呈矩阵式排列组成，相邻h型翅片管之间设有间隙。4.根据权利要求3所述换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉，其特征在于，h型翅片管的翅片节距不小于30mm。5.根据权利要求1所述换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉，其特征在于，过热器(2)、高温蒸发器(4)、低温蒸发器(8)和省煤器(9)均为水管式换热器。6.根据权利要求1所述换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉，其特征在于，所述入口烟道(15)包括相互垂直设置的烟气入口和相互垂直设置的空气入口，且每个空气入口上均设置开关阀门。7.一种权利要求1～6任一项所述换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉的工作方法，其特征在于，开启入口烟道(15)的开关阀门，烟气与空气混合后先依次经过过热器(2)、高温蒸发器(4)，然后经导流板(5)均匀化，再依次经过低温蒸发器(8)和省煤器(9)换热后从出口烟道(11)离开工业硅余热锅炉；高温蒸发器(4)排出的汽水混合物进入锅筒(14)进行汽水分离后，蒸汽进入过热器(2)加热，加热到第一温度送去汽轮机发电或其他工艺过程，锅筒(14)下部的下降管将欠饱和水分别引入高温蒸发器(4)和低温蒸发器(8)，欠饱和水经除氧后送入省煤器(9)，吸收烟气余热后被加热到第二温度从省煤器(9)送入锅筒(14)中；工业硅余热锅炉回收烟气余热后，烟气在锅炉底部受离心力作用，大灰渣颗粒被甩入灰斗(6)，实现初级分离，小灰渣颗粒随烟气经导流板(5)均匀化后进行余热回收；钢珠播撒装置(1)播撒钢珠进行清灰，钢珠与过热器(2)、高温蒸发器(4)相互碰撞，打击受热面上的结渣并与结渣一并落入灰斗(6)，钢珠收集装置(7)收集落入灰斗(6)的钢珠，钢珠提升装置(3)将钢珠送回钢珠播撒装置(1)；吹灰器(12)将低温蒸发器(8)和省煤器(9)上的积灰进行清除。8.根据权利要求7所述换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉的工作方法，其特征在于，所述吹灰器(12)的吹灰方法为压缩空气法或激波法。
9.根据权利要求7所述换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉的工作方法，其特征在于，大灰渣颗粒的直径大于20μm，小灰渣颗粒的直径小于等于20μm。10.根据权利要求7所述换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉的工作方法，其特征在于，第一温度为510℃，第二温度为105℃。

技术总结

本发明公开了属于工业烟气余热利用技术领域的一种换热段立卧结合及分区域独立清灰的工业硅余热锅炉。锅炉由高到低依次布置入口烟道、钢珠播撒装置、过热器、高温蒸发器、导流板、灰斗、钢珠收集装置；悬空设置的钢珠提升装置分别与钢珠播撒装置和钢珠收集装置连接，且置于锅炉壳体外部；平行于地面设置低温蒸发器、省煤器、出口烟道；低温蒸发器靠近导流板，省煤器靠近出口烟道；低温蒸发器与省煤器之间设有吹灰器，且置于锅炉壳体上；锅筒置于锅炉壳体外部，分别与过热器、高温蒸发器、低温蒸发器、省煤器连接。本发明可减少管道排列数目，同时增加换热面积，利于实现烟气和工质的最佳换热，实现了烟气余热的高效回收，达到了节能降耗的目标。耗的目标。耗的目标。