案例说明热管余热锅炉热管蒸发器在铜冶

热管余热锅炉（热管蒸发器）是一种气—水换热器，以热管作为传热元件，吸收较高温度的烟气余热用来产生蒸汽，所产生的蒸汽可以并入蒸汽管网（需达到管网压力），也可用于发电（汽量较大且热源稳定）或其他生产工艺。对工业窑炉而言，这是一种最受欢迎的余热利用形式。在铜冶炼过程需要消耗大量的能源，在其能耗的构成中，冶炼过程的余热资源约占总能耗的60%，而在这些余热资源中，烟气余热占的比例高达80%左右。其中温度高于℃的高温烟气余热占总烟气余热的52%，而温度在—℃之间的中高温烟气余热和低于℃的中低温烟气余热分别占总烟气余热的26%和22%，由此可见，回收铜冶炼行业中的烟气余热对于降低铜冶炼工业能耗有着重要意义。为此，本文以山东某铜业铜冶炼中的两台NGL炉℃的烟气为对象，阐述NGL炉的烟气余热利用。NGL炉是结合倾动炉和回转式阳极炉的优点而开发的。侧面有大的加料门和渣门，另一侧有氧化还原口和透气砖，炉体可在一定角度内转动。NGL炉出口烟气在℃，烟气量在Nm3/h，这些高温烟气通过热管蒸发器装置产生低压饱和蒸汽。根据NGL炉的高温烟气提供运行数据及要求：NGL炉的高温烟气取℃，烟气量取Nm3/h时，通过技术措施，增设热管蒸发器后烟气降到℃，每小时产生2吨0.6MPa低压饱和蒸汽供生产及生活使用，由此带来可观的经济效益。一、热管余热锅炉的设计1、热管蒸发器的设计参数2、热管余热锅炉主要结构参数二、热管余热锅炉简介RGZFQ-2.0-1.0热管式蒸发器整体采用管箱式结构。管箱式结构，可将蒸发器漏风降至最低，减少蒸发器漏风热损失，提高蒸发器效率，减少现场安装的工作量。蒸发器受热面全部使用热管换热元件。热管采用立式布置，烟气横向冲刷，可有效的避免积灰。本热管余热锅炉系统主要由热管、汽包、钢架平台、进出烟道接口、灰斗、控制仪表、进出水管道等组成。1）热管：热管材质为20号锅炉钢。热管是一种新型超导热元件。它通过在密封真空管内工质的沸腾与凝结来传输热量。具有极高的导热性和良好的等温性等一系列特点。热管可划分为加热段、和冷凝段。热管为真空相变管；温度降到℃，强有力的保护换热器长期安全运行。2）汽包：（1）汽包选用具有成熟经验的钢材品种(Q,GB)作为制造汽包的材料。制造汽包的每块钢板以及焊缝均经过检验并符合《压力容器安全监察规程》的要求。并出具合格证明。汽包重量及尺寸已考虑运输条件。（2）汽包内部结构采取合理措施，避免炉水和进入汽包的给水与温度较高的汽包壁直接接触，以降低汽包壁温差和热应力。（3）汽包内部采用先进成熟的锅内分离装置，确保汽水品质合格。汽包内部装置严密、固定可靠，单个汽水分离器出力及汽水分离器的总出力有足够的裕度。（4）汽包水室壁面的下降管孔、进水管孔以及其它有可能出现温差的管孔，采取合理的管孔和合理的结构型式和配水方式，防止管孔附近的热疲劳裂纹。（5）汽包的水位计安全可靠，便于观察，指示正确。同一汽包上两端就地水位计的指示偏差不大于20mm，采用无盲区双色水位计。（6）汽包上确定正常水位，允许的最高和最低水位，并设置电接点水位表作指示、报警、保护用。（7）汽包上有供水压试验、连续排污、紧急放水、自用蒸汽、炉水及蒸汽取样、安全阀等好的管座和相应的阀门。（8）汽包考虑运输、吊装时所需的吊耳。（9）汽包上不允许有焊补等有缺陷。3）钢架：钢架由4根立柱及其相连的横梁组成。它承受热管元件、热管换热器汽包、烟道接口、保温箱、灰斗等的所有重量。为便于清灰，烟气两侧装设有可打开式清灰门，启闭方便，可靠。灰斗焊接在构架下方。本热管蒸发器装置最大外形尺寸（长×宽×高）为××（mm）。钢结构平台均采用钢性良好的防滑格板平台。平台的宽度为0.8m，拦杆的高度为1m，挡脚板的高度不小于mm。锅炉主要扶梯采用炉前一侧布置，倾角采用45°，踏步采用防滑格栅板。扶梯宽度不小于mm。锅炉平台、扶梯、栏杆等设计已考虑防止阻碍锅炉本体汽水管道、烟风道的布置。锅炉钢架满足便于风烟道的布置及检修。5）烟道接口：进出烟道采用6mm厚，直径为mm风道钢板焊接。为防止高温减小烟道使用年限，进口烟道应加内衬。6）管箱：（1）根据需方提供的烟气分析资料，确定管箱容积热负荷、管箱断面热负荷、管箱出口烟气温度等。采用的设计方案和设计数据确保运行完全，管箱内温度均匀，并保证热管蒸发器出口两侧最大烟温差不大于50℃。（2）炉壁上设置必要的热工测量孔、人孔。7）控制仪表：余热锅炉控制采用自动化控制，无需专人操作，运行安全程度高。8）进出水管道：材质为20号锅炉钢，蒸汽出口管径为DN。本锅炉主受热面部件在厂内组装出厂，其余部件散装出厂，减少了现场安装工作量，缩短了安装周期。热管蒸发器汽包采用体外保温，在保温层外面装设外护板，对保温材料加以保护。热管式蒸发器锅筒设有2套水位表（一套双色水位表、一套平板水位计），以方便对锅炉水位的观察与监控，确保锅炉安全运行。三、余热回收工艺流程1）烟气流程：余热锅炉为地面架高安装，将原有主烟道℃热烟气从经余热回收系统换热降温后至℃，经除尘系统再经引风机排出。2）烟气余热回收系统的组成：该系统由软化水装置、软水箱、给水泵、循环泵、热管余热锅炉、热管换热器、外连管路和控制仪表等组成，并且相互独立。3）汽水流程：工业软化水经过循环泵进入热管换热器，水通过热管换热器换热后80℃热水进入汽包，水通过蒸汽发生器吸收热量变成饱和水，饱和水在汽包里进行水汽分离，形成0.6Mpa的饱和蒸汽，送至蒸汽总管或用户。四、余热回收的主要原理：热管余热锅炉的原理为：热管换热器的热管下端从烟气侧吸热，导热介质吸收热量后汽化由液态转变成气态，上升到热管上端向管外工质放热，凝结为液体，液体在复合的作用下，沿管内壁返回到受热段并再次受热汽化，如此循环反复连续不断地将热量由一端传向另一端。并转化为蒸汽的目的。五、积灰处理由于烟气中含有大量灰尘，为防止积灰和处理机会，采取以下措施：1）热管启动时产生自振，能抖掉部分积灰。2）热管余热回收器侧门可打开，并且热管每隔数排留有一定间隙，检修时方便用高压水枪、压缩空气及蒸汽冲洗。3）底部留有大口径排污口，方便排污。4）热管设计为光管结构，不易积灰。5）加装激波吹灰装置，可在线大面积彻底清灰。6）为防止灰尘排出，设备底部设有漏灰斗（星型卸料器），可随时排灰。六、酸露点腐蚀处理1）本方案热管采用相变传热，管壁可做的很厚；采用32*3锅炉钢，强度耐磨腐蚀能力强。2）热管为真空相变管；焊接前进行酸洗、钝化处理，强有力的保护换热器长期安全运行。3）为防止低温腐蚀企业加装旁路系统，可实行高低温切换。4）本次设计余热锅炉系统烟气温度最低到为℃，同时高于硫酸的腐蚀点，同样解决露点腐蚀问题。七、经济效益分析1、折算节约的天然气量：通过热工计算可得出每小时回收的热量为：96.5万kcal折算天然气量发热值按kcal/m3计节约天然气量=96.5万kcal/h÷kcal/m3=.5m3/h2、每年收益：每年按11个月,每月按30天,每天按24小时，每立方天然气价格暂按2.5元计算：.5m3/h×2.5元/m3×24h/天×30天/月×11月/年=万元/年综上所述，节能改造项目共安装两台2.0t/h余热锅炉及换热器，每小时能产生0.6MPa及℃的蒸汽3吨，烟气温度从℃降至℃；每年节能效益在万元左右。八、结论本文对山东某铜业铜冶炼NGL炉的能耗进行分析并实施余热利用，不仅提高燃料的利用率，节省燃料资源，减少污染物排放，保护环境等优点，还可以降低生产成本，提高经济效益，并为相关企业提供科学的节能依据。热管余热锅炉排烟余热回收利用不仅可以提高热效率，具有广泛的使用空间。

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余热利用及余热发电业务

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