余热锅炉的烟气条件及选型

01

烟气条件的特性及其相对应的适用炉型

“洁净”的烟气

这里所谓“洁净”是指那些大致相当于燃用气体、液体或优质固体燃料的炉窑或各种内燃原动机械的排气，而未受主流程严重沾污者。主流程采用惰性气体作循环冷却时，则循环气体未受主流程严重沾污时，也属于洁净的烟气。适用的炉型有：(1)光管热管或水管余热锅炉、自然循环或强制循环、立式或卧式布置；(2)具有部分或全部螺旋鳍片或纵向鳍片等延伸受热面的热管或水管余热锅炉、自然循环或强制循环、立式或卧式布置；(3)直烟管锅筒锅炉。

带尘烟气

烟气带尘可能对受热面产生磨损，又可能产生积灰，以至于堵灰、搭桥等现象。往往这两种机理相反的现象又可能同时存在于一台锅炉之中。使用这种烟气余热锅炉的选型应以防止受热面磨损和烟道积灰、堵灰、搭桥为主要目标。根据带尘烟气的级别与烟尘特性，适用的炉型有：(1)立式布置的强制循环热管或水管余热锅炉；(2)卧式布置的强制循环热管或水管余热锅炉；(3)双锅筒热管或水管余热锅炉。

粘结性烟气

烟气的粘结性是指其在工作烟温下，所挟带的烟尘，集升华与气化物质等，在一定条件下粘附在锅炉受热面或其他部件上的特性。

适用这样烟气条件的水管锅炉炉型有：

(1)带辐射冷却室的卧式布置的强制循环热管过水管余热锅炉，一般不带过热器，悬挂式的蛇形管对流受热面，光管或带纵向直鳍片的管子，采用振打或震动除尘或吹灰设备，烟气作横向冲刷，一次通过锅炉；

(2)带一个或二个辐射冷却烟道的多烟道立式布置强制循环热管或水管余热锅炉，对流受热面一般采用带纵向直鳍片管子和振打除灰装置。

腐蚀性烟气

腐蚀性烟气在制酸工业、有色冶金工业、以及石油化工工业等极为常见。这些工业的主流程烟气中含有SOX、NOx、H2S、S等腐蚀性成份。针对这些成份，相应的锅炉需要在选型、参数的选用，以及某些结构特点方面加以充分的考虑。但是，对于腐蚀性烟气，即使采用了理论和实践上行之有效的措施，锅炉某些部件还是需要定期更换的。因此，锅炉的结构设计应充分考虑这一特点。

高压烟气

为确保烟气不外泄，对于高压烟气(p＝3～4MPa)，一般不采用烟道式锅炉，因为平面扩板是无法经济地加强到足以承受如此高的压力。

目前采用较多的有：

(1)管壳式直烟管锅炉；

(2)双套管式直烟管锅炉；

(3)双套管与螺旋管相结合的烟管锅炉；

(4) U形管烟管锅炉；

(5)插入管式水管锅炉，烟气用圆柱体筒壳和两端封头来密封。对于超高压烟气(p＝32～500MPa)，目前仅有蛇形管水管锅炉，烟气用圆柱筒壳和两端封头密封的各种具体结构形式可供选择。烟气压力愈高，受热面的总传热系数也就愈高，因而锅炉可以相对地设计比较紧凑。这对于选用筒壳来密封烟气是十分有利的。

需要急冷的烟气

在化工流程中，往往烟气需要在一个规定的时间内，冷却到一个规定的温度。由于余热锅炉热交换在时间方面的严格限制，这就在现实的烟气通道长度的结构条件下，规定了烟气的流速。

对于这种烟气，目前烟管锅炉与水管锅炉皆有所应用。但如果烟气在受热面上积灰结焦的可能性较大时，则往往倾向于采用烟管锅炉。为此目的，现代余热锅炉技术发展了不少类型的烟管锅炉，获得一定的成功，如：(1)双套管型直烟管锅炉，采用扁圆集管可以吸收直烟管的热膨胀差，和承受高温烟气的直接冲刷；(2)双套管与螺旋管相结合的烟管锅炉，有结构紧凑、可以采用烧焦操作等特色。

高露点烟气

对于高露点烟气，为了防止腐蚀、结垢、堵灰等运行问题，余热锅炉设计的基本要求是避免受热面上的结露。

目前通用的办法是使锅炉受热面的金属壁温在任何操作条件下都高于露点温度，具体的措施有：

(1)选择适当的锅炉汽水侧的工作压力，使对应的炉水饱和温度高于烟气露点温度；

(2)避免低于饱和温度的炉水与受热面接触，因此要对锅炉水进行充分的混合与预温，并且要避免采用相当于燃烧锅炉的省煤器的那种低温区段；

(3)在操作上，为防止锅炉在低负荷和停炉时的结露，往往需要采取适当的保温措施。除了汽水侧压力参数之外，高露点烟气适应于各种类型的余热锅炉。

含有特细粉尘的烟气

特细粉尘问题有二：(a)疏松的粉尘在受热面上有强烈的粘附性，形成疏松的炱状灰层；(b)在适宜的条件下，粉尘有熔融或与烟气中其他粘结性成份共同凝结成为难以清除的致密性积垢的可能性。因此，适用于含有特细粉尘的烟气的锅炉往往考虑以下措施：

(1)采用难以积灰、堵灰的结构，尽可能避免烟气冲刷不均匀性，特别要避免烟气流的停滞或涡流区域，所以在可能的条件下尽量采用烟气一次直通性炉型；

(2)烟气纵向冲刷的屏样强制水循环受热面有减少粉尘粘附和便于采用振打除灰法的优点，已用于富氧平炉与沸腾焙烧制酸等工艺流程余热锅炉，取得一定的效果。

参数不稳定的烟气

余热锅炉烟气在流量、温度、成份组成、含尘量等各方面的波动是其特征之一，波动的性质可以是有规律的、周期性的，也可以是非规律性、非周期性的；波动的特点可以是渐进性的、也可以是冲击性的；可以是单一参数的，也可以是多参数的复合性波动。

余热锅炉的选型必须首先分析主工艺流程的整个周期，确定周期中各个时间区段的烟气特点，从而在余热锅炉设计中逐个落实相应的措施。其中最突出的特点往往是余热锅炉选型的主要根据。

02

烟气条件的多“因素”特点

上面九类基本上包括了常见的各种工艺流程的余热烟气。但是，在实际工作中，烟气条件诸“因素”往往不是单独地存在的，而是经常会见到一些多因素的烟气。多因素烟气条件有下列几种类型；

1)“主”、“次”之分，即某一因素为控制炉型选择的决定性因素，称为“主因素”；其他因素皆称之为“次因素”。这种烟气称为“多因素”烟气。如果次因素对炉型选择产生与主因素的作用类似，则其作用往往可忽略，或者在选择具体参数时作一定的参考。如果次因素的作用与主因素的作用不相关联，则炉型选择与参数选用时应加适当考虑。在任何情况下，“主因素”是炉型选择的主要根据。

2)“复因素”烟气，即有二个或以上因素对炉型的选择各有其不容忽视的作用时，在而这些对炉型选择皆产生决定性影响的因素皆称之为“主因素”。诸“主因素”有以下几种组合方式：(a)各因素的作用是并行不悖的，此时炉型选择类似于单因素烟气；(b)各因素对炉型选择的作用是相反的，此时炉型选择一般仍以影响较大的一个因素作为依据，以考虑在最不利情况下，锅炉的正常运行；(c)各因素对炉型选择作互不干扰，此时应考虑各个因素对锅炉的要求，按各个因素对炉型进行“筛选”。

03

机械部标准对烟气的分类及选型原则

JB/T 7603-1994《烟道式余热锅炉设计导则》第3.10条规定余热锅炉分为五类：

第一类：

烟气中含尘量不大于20g/m3

选型：可采用水管或烟管型余热锅炉的结构型式：




第二类：

烟气中含尘量大于20 g/m3，且不大于70 g/m3的余热锅炉。

选型：受热面一毁采用翅片管或光管。采用光管时，烟气可作横向或斜向冲刷，但应适当增大管子的横向和纵向节距，避免出现爆尘搭桥现象。若烟尘流动性能好，对管子磨损不严重的烟气，可提高烟气流速，以加强自除灰能力。

第三类：

烟气中含尘量小于70g/m3的余热锅炉；

选型：应采用附有烟尘沉降室或辐射冷却室的多烟道炉型或直通式炉型。烟道应设有冷灰斗。这类余热锅炉受热面宜采用翅片管或膜式壁。并应在受热面易发生磨损的部位，采取防磨措施。

第四类：

烟气中含有粘结性烟尘的余热锅炉；

选型：同第三类

第五类

烟气中含有强腐蚀性成份或具有有毒烟气的余热锅炉

选型：按烟尘浓度选用余热锅炉结构型式外，尚应采用钢板密闭炉墙。

注："m3"是指在0.1013 MPa、0℃时的烟气体积，下同。

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