锌精矿冶炼余热回收中的设计与应用

摘 要：针对锌精矿冶炼生产工艺过程中对产生的烟气的余热利用和烟尘回收，设计开发了一种用于锌精矿冶炼余热回收的余热锅炉，并介绍分析了该余热锅炉的一些结构及主要特点。

关键词：锌精矿冶炼余热回收；余热锅炉；结构特点

前言

山西某锌精矿冶炼生产企业，为了对锌精矿冶炼产生的烟气余热充分回收利用及回收烟尘，拟配备一台余热锅炉，余热锅炉是利用沸腾焙烧炉供给的高温烟气的热焓来生产蒸汽。锌精矿沸腾焙烧余热锅炉既是供热设备，又是工艺设备，它需服从冶炼工艺要求并受其约束。因此余热锅炉的炉型、结构及其配置关系须与冶炼工件相适应，锌精矿沸腾焙烧炉的烟气温度高、烟气量随冶炼负荷变化、烟尘含量大、烟尘熔点低、烟温高容易粘结、易产生堵灰和磨损，同时烟气中的SO2和少量SO3及烟尘中某些金属会产生高温腐蚀和低温腐蚀。根据烟尘特性以及冶炼对余热锅炉要求，我公司在深入分析相关数据后，结合本锅炉烟气温度相对较高，同时考虑烟气的组成成分及用户要求的锅炉压力档次，及场地预留空间设计了一种新型余热锅炉。目前已在该企业安全运行半年多，为该企业获取了显著的经济效益，并且对我公司设计的锅炉进行了高度评价。

1.锅炉主要设计参数

1.1烟气参数

（1）、沸腾炉出口烟气量： 10000Nm3/h

（2）、锅炉进口烟气成分：

SO2 10%

SO3 1%

CO2 7%

O2 10%

N2 52%

H2O 20%

（2）、锅炉蒸发量 4t/h

（3）、锅炉额定蒸汽压力 3.82MPa

（4）、锅炉出口蒸汽温度 250℃

（5）、给水温度 104℃

（6）、烟气进口温度 1100℃

（7）、烟气出口温度 400℃±20℃

（8）、锅炉效率 57.6%

（9）、受热面积

本体受热面积 370.3m2

2、锅炉结构布置及分析

余热锅炉结构包括锅筒、进口烟箱、保温、受热面、钢架、落灰烟箱、地基、出口烟箱、平台扶梯等。由沸腾炉工序出来的大量高温烟气，经进口烟箱汇集后，经过多个隔开的大空间炉膛和膜式壁蒸发管束及旗式受热管放热后，通过出口烟道，进入下一道工序。

2.1蒸发管束受热面

（1）水冷壁段

（2）对流过热段

对流受热段为旗式受面热，主管规格为φ60X5，子管规格为φ38X5的无缝钢管，材质全部为20GB3087，布置在烟气流程后侧，积灰少，同时烟气在里面从上至下作纵向冲刷，磨损小。

2.2锅筒

锅筒采用单锅筒横置式布置，布置在烟道外。由下降管及管子与蒸发受热面集箱相连。锅筒内设有水下孔板及匀汽孔板，顶部还装有波型板加匀汽孔板二次分离元件，使蒸汽中的水滴通过波型板及匀汽板被分离出来，进一步提高蒸汽的品质。在锅筒内还装有布水装置、表面排污装置、炉水取样装置等，以保证炉水符合国家规定的标准。

2.3钢架及平台扶梯

受热面及锅筒全部由两侧钢架支撑及固定，钢架设计牢固，由工字钢及槽钢组成，各立柱间合理地设置了连接横梁和拉撑件，保证了锅炉的整体刚性。锅炉外围采用紧身封闭式结构。本锅炉在运行操作及检修所需的各部位均布置了平台。

2.4炉墙及保温

2.5落灰烟箱

落灰烟箱布置在底部，设置人孔门，便于检修，并在出口处安装抽灰装置，及时清灰，不堵塞，避免炉底积灰对膜式壁和落灰烟箱的腐蚀损坏。

3锅炉结构特点：

1、用大空腔的辐射放热结构

①考虑到锅炉同时要收尘，所以大空腔内没有布置任何对流受热面，从而使烟尘冷却到粘结温度以下，而不易粘结。而且大空间设置使烟气流速小，减轻对膜式壁冲刷磨损，同时烟气停留时间长，烟尘沉降率高。

②炉膛内烟气采用上进上出，没有上浮、涡流，避免高温烟气对受热面的冲刷，能降低烟气积尘和减少磨损。便于与沸腾焙烧炉在端面实行短距离直接对接，在另一端面出口与旋风器短接。且连接烟道的截面积大小、形状和防积灰堵塞等要求，都很容易达到冶炼工艺的要求。

2、采用膜式水冷壁

①考虑到烟气中含有大量SO2和和少量SO3等有害气体，水冷壁采用膜式壁，使锅炉密封性大为提高。正常情况下，锅炉负压运行，密封性好，可防止降低SO2气体浓度和防止冷空气渗入，造成低温腐蚀。

②膜式水冷壁的壁面光滑、传热好、温度低、不易积灰。

③膜式水冷壁，可采用敷管炉墙，因此采用全悬吊式结构，锅炉运行时，各水冷壁出现低频往复胀缩，能及时有效抖落积灰，不必设置清灰装置。另外，由于与沸腾焙烧炉直接对接，烟气上进上出，考虑膨胀，也应采用全悬吊结构。

④膜式水冷壁的水冷壁角系数大、有效辐射的面积大、传热量大。

⑤在烟气进口处膜式壁上焊接挡板，减轻了此处受热管的积灰、腐蚀。

3、锅炉自由膨胀良好 ，在水平方向和向上方向均能自由膨胀，不会因膨胀受阻而产生附加应力损坏锅炉部件。

4、锅炉整体结构简洁明快，组装率高，现场安装工作量小，密封好，安装周期短。

5、烟气速度低，低速设计可在保证传热的前提下降低了受热面磨损，也解决了锌精矿冶炼余热锅炉最害怕的磨损问题。

6、使用寿命长，高效，低故障率，检修方便。

7、在旗式受热管处设置弹性振打除灰装置，有效清除旗式受热管积灰。

4结束语

锌精矿冶炼余热锅炉是锌冶炼重要设备，是项目投资效益重要的一环，其正常运行对生产至关重要，应根据以往经验巧妙设计合理的余热锅炉。随着近几年高温余热回收技术的突飞猛进，钢铁、焦化行业的余热回收项目造价大幅度降低，同时余热回收效率大幅度提高，项目实施后，可以充分利用焦化废气的大部分热能，降低能耗，创造可观的节能效益和经济效益，同时改变了焦化炉高温废气排入大气而污染环境的状态，减排大量的烟尘、CO

2、SO2等，创造巨大的环境效益，实现节能减排的最佳效果。