余热锅炉原理、分类、特点、选型

余热锅炉是利用各种工业过程中的废气、废料或废液中的显热或(和)其可燃物质燃烧后产生的热量的锅炉。或在燃油(或燃气)的联合循环机组中，利用从燃气轮机排出的高温烟气热量的锅炉。

一、余热锅炉的工作原理

节能余热锅炉设计是一项复杂繁琐、可靠性和经济性要求很高的大型工 程，目前普遍存在着对有经验的设计师依赖性大、设计 周期长、知识重用性差等问题，能否快速开发出客户所需的新产品，关系到企业的生存和发展。

余热锅炉分为火管式和水管式两类。其结构与工业锅炉相类似。火管式余热锅炉蓄水量大，在烟气量和用汽量波动的条件下汽压波动较小，但其蒸发量和蒸汽压力均受锅筒直径和运行条件的限制。

此外，烟管端和管板由于冷却不佳和温度应力较大，在烟的温度高（高于600℃）、管板厚的情况下不宜采用这种锅炉,而宜采用水管余热锅炉。水管余热锅炉有辅助循环和自然循环两种循环方式。

余热锅炉利用工业生产过程中的气体或废气、废液，以及某些动力机械排气的热量产生蒸汽或热水的锅炉。余热锅炉是重要的节能设备各种冶炼炉和焙烧窑的排烟温度为650～1250℃；燃气轮机和柴油机等动力机械的排气温度为370～540℃。

安装余热锅炉吸收这些排烟中的部分热量，全系统的热能利用率可以显著提高。例如轧钢加热炉安装余热锅炉后，全系统热能利用率甚至可提高1倍左右。

 进入余热锅炉的烟气温度，是决定余热锅炉受热面布置形式的一个重要因素。如进口烟气温度为400～900℃时，锅炉内主要设置对流管束，不设置炉室；但烟尘熔化点低时也有例外，应设置冷却炉室以控制进入对流烟道的入口烟的温度，避免灰渣在对流管排间搭桥。

在化工生产的裂解工艺中，为避免高温裂解气体的重新聚合，需要将高温裂解气体急速冷却到裂解反应停止的温度，这时余热锅炉就成为不可缺少的急冷工艺设备。

高温含尘废气通过余热锅炉后，除温度降低外，还可沉降一部分尘粒，这对减轻环境污染和选择除尘器都是有利的。在化工生产过程中，余热锅炉的排气温度取决于下一道工艺的要求。

工业炉窑用的余热锅炉，一般利用引风机将排气排往大气；动力机械和化工生产过程用的余热锅炉，则依靠进气自身的压力使之通过余热锅炉，并排往大气或进入下一道工艺装置。

当进口的烟气温度或废气燃烧温度在1100℃以上时，其布置形式与一般的工业锅炉无多大区别。当高温废气中含有大量堆积性细灰时，锅炉的管排应垂直布置，并使烟气以较高烟速(约20米／秒)纵向冲刷管排。

对于含有腐蚀性烟尘的高温废气，流速应低(约8米/秒)而均匀，并采取其他防磨措施对于含有二氧化硫(SO2)的腐蚀性高温废气，通常排烟温度应较高，而不采用加热给水的省煤器，目的是提高金属壁温，防止金属受到硫酸腐蚀。

二、余热锅炉分类

主要余热锅炉品种有：烧结机余热锅炉、三废混燃炉及吹风气余热锅炉、水泥窑余热锅炉、钢铁余热锅炉、危废余热锅炉、垃圾焚烧余热锅炉、焦化余热锅炉、有色金属冶炼余热锅炉、硫酸余热锅炉、矿热炉行业余热锅炉、玻璃窑余热锅炉、干熄焦余热锅炉、碳素窑余热锅炉、燃气蒸汽轮机余热锅炉、炼钢余热锅炉等。

(一)按余热的性质可分为以下几大类：

1.高温烟气余热：它是常见的一种形式，其特点是产量大、产点集中，连续性强，便于回收和利用，其带走热量占总热量的40~50%，该余热锅炉回收热量，可用于生产或生活用热及发电。

2.高温炉渣余热：如高炉炉渣、转炉炉渣、电炉炉渣等，该炉渣温度在1000℃以上，它带走的热量占总热量的20%。

3.高温产品余热：如焦炉焦碳、钢锭钢坯、高温锻件等，它一般温度.很高，含有大量余热。

4.可燃废气、废液的余热：如高炉煤气、炼油厂的催化裂化再生废气、造纸厂的黑液等，它们都可以被利用。

5.化学反应余热：如冶金、硫酸、磷酸、化肥、化纤、油漆等工业部门，都产生大量的化学反应余热。

6.冷却介质余热：如工业炉窑的水套等冷却装置排出的大量冷却水，各种汽化冷却装置产出的蒸汽都含有大量的余热，它们都可以被合理利用。

7.冷凝水余热：各工业部门生产过程用汽在工业过程后冷凝减小时所具有的物理显热。

(二)由于余热是与其它生产设备及工艺密切相关，故余热利用又具有以下特点：

1.热负荷不稳定，主要有工艺生产过程所决定。

2.烟尘的成分、浓度、粒度差别比较大。从而使锅炉的受热面布置受影响，必须考虑防磨、堵灰及除尘。

3.烟气成分的多样性，使有的烟气具有腐蚀性。如烟气中的SO2、烟尘或炉渣中的各种金属和非金属元素等都可能对余热设备产生低温或高温腐蚀和积灰。

4.受安装物所固有条件的限制。如有的对锅炉进、出烟口标高的限制;有的对锅炉排烟温度的限制，使其满足生产工艺的要求。

(三)由于余热烟气性质的不同，故使余热锅炉的种类、结构形式各不相同。按结构特点可分为管壳式余热锅炉和烟道式余热锅炉两大类。按余热锅炉进口烟气含尘量和烟气特性又可分为以下五类：

1.烟气中含尘量不大于20g/Nm3的余热锅炉为第一类余热锅炉;

2.烟气中含尘量大于20g/Nm3且不大于70g/Nm3的余热锅炉为第二类余热锅炉;

3.烟气中含尘量大于70g/Nm3的余热锅炉为第三类余热锅炉;

4.烟气中含有粘结性烟尘的余热锅炉为第四类余热锅炉;

5.烟气中含有强腐蚀成分或具有有毒烟气的余热锅炉为第五类余热锅炉。

按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类

目前余热锅炉采用有单压、双压、双压再热、三压、三压再热等五大类的汽水系统。

1.单压级余热锅炉：余热锅炉只生产一种压力的蒸汽供给汽轮机。

2.双压或多压级余热锅炉：余热锅炉能生产两种不同压力或多种不同压力的蒸汽供给汽轮机。

按受热面布置方式分类

1.卧式布置余热锅炉

2.立式布置余热锅炉

按工质在蒸发受热面中的流动特点(工作原理)分类

1.自然循环余热锅炉：烟气是水平方向地流过垂直方向安装的管簇的。管簇中的水汽混合物与下降管中冷水的密度差，是维持蒸发器中汽水混合物自然循环的动力。

2.强制循环余热锅炉：烟气通常总是垂直地流过水平方向布置的管簇的。通过循环泵来保证蒸发器内循环流量的恒定。

3.直流余热锅炉：直流余热锅炉靠给水泵的压头将给水一次通过各受热面变成过热蒸汽。在蒸发受热面中，工质的流动是由给水泵压头来实现。

三、余热锅炉特点

“余热锅炉”通常是没有燃烧器的，如果需要高压高温的蒸汽，可以在“余热锅炉”内装一个附加燃烧器。通过燃料的燃烧使整个烟气温度升高，能够产生高参数的蒸汽。

例如某余热锅炉不装燃烧器时，入口烟气温度为500℃，装设附加燃烧器后，可使入口烟气温度达到756℃。蒸汽的压力可以从4MPa升到10MPa，蒸汽的温度可以从450℃升到510℃，蒸汽可以供高温高压汽轮机用，从而增加了电功率输出。

余热锅炉主要是利用废气作为热源，因此不需要燃烧系统(除非有补燃要求)。

余热锅炉与常规锅炉的区别：

余热锅炉利用已有废气余热或固体显热。

余热锅炉可在多压状态下产生蒸汽提高了热回收效率。

余热锅炉没有燃料燃烧装置。

余热锅炉作为余热利用要适应于主工艺的需求，不能影响主工艺的运行。

余热锅炉受热面布置形式多样化。

通常余热锅炉由省煤器、蒸发器、过热器以及联箱和汽包等换热管组和容器等组成，在有再热器的蒸汽循环中，可以加设再热器。在省煤器中锅炉的给水完成预热的任务，使给水温度升高到接近饱和温度的水平;在蒸发器中给水相变成为饱和蒸汽;在过热器中饱和蒸汽被加热升温成为过热蒸汽;在再热器中再热蒸汽被加热升温到所设定的再热温度。

四、余热锅炉选型

余热锅炉设计时所应具备的条件

1、烟气侧参数：

烟气量(标况或工况)、烟气进口温度、烟气成分、烟气含尘量、烟气侧压力(正压或负压)、锅炉烟气侧系统阻力

2、锅炉参数：

锅炉额定蒸发量、锅炉额定蒸汽压力、锅炉额定蒸汽温度、锅炉排烟温度

3、其它参数：

主烟气系统所属行业、系统工艺说明、锅炉安装形式、锅炉结构形式、锅炉安装地气象参数或其它特殊要求。