黄龙
陕西有色榆林新材料有限责任公司 719000
摘要：现如今，我国的经济在迅猛发展，社会在不断进步，我国在冶炼有色金属过程中采用的冶炼炉有很多种类型，例如烟化炉、反射炉、闪速炉等，对于冶炼炉来说，有色金属冶炼时所消耗的热量是非常大的，这也使大部分企业都会在冶炼炉中安装一些设施来用于散热，不过炉内热量仍旧无法完全散尽，这便会使炉中产生大量的余热，由于冶炼有色金属时所产生的大量高温烟气中含有非常多的含尘量，这便使得这些烟气在被余热锅炉收纳过程中，其炉壁会受到烟气的腐蚀，而且炉内残渣还会影响到受热面的热量传递，甚至造成炉管堵塞。为了解决这些问题，就必须要确保在设计有色冶金炉余热锅炉过程中能够按照相应的设计原则来进行。
关键词：有色金属；冶金炉；设计原则；实际应用
引言
有色金属火法冶炼工艺使用多种类型的冶金炉,如沸腾焙烧炉、反射炉、转炉、闪速炉、烟化炉等。这些炉子本身消耗大量热能,同时产生大量余热。为回收余热,一般采用余热锅炉回收高温烟气带走的热。由于有色冶金炉排出的烟气多有烟温高、含尘量大、腐蚀性气体含量大、且很多有色冶炼设备周期性工作造成烟气热焓值变化大等问题,回收烟气余热时,存在着热源热负荷不稳定、锅炉受热面易结渣、堵灰、磨损与腐蚀等困难,这成为余热锅炉设计和运行中需要着重解决的问题。
1有色冶金炉余热锅炉的设计原则
1.1?按照烟气特点完成余热锅炉选定
按照有色冶金炉烟气的特性,并参考关于世界余热锅炉最新研究成果,锅炉主要类型选定应当遵循以下几个规律进行完整研究。（1）完善配置应当按照各类条件可以划分为两个类型：一类是水平直接烟道构造，废气整体运动为水平方向；另一类是为多回程垂直冲击烟道构造。对于前者而言，一般烟气运动为直线型,可降低烟气运动及灰尘遍布差异性带来的不良后果,从而有效避免移动灰尘直接在一些死角与转角积压，甚至对一些位置产生过度摩擦损伤；对于后者而言，则是通过增加管屏间节间隙,导致灰尘无法聚集成堆，而且烟气运动方向是从下向上,则能够有效分散部分大颗粒灰尘，减少其浓度,而且占据区域不大，较为便捷。当然，在烟灰浓度过高的情况下，第一种类型则为首选。（2）余热锅炉可以构建为内部中空，且设定辐射室，同步加大辐射受热范围,以便温度下降至结渣指定温度以下，表现为熔融状态，从而逐步成为固态颗粒落下，避免再次运动至对流受热位置出现结渣、堵集等问题。（3）锅筒不直接受热,而将锅筒移至锅炉上部，从而便于受热面的有效管控。（4）炉膛水冷壁内部应当选择膜式构造，因为其管径足够宽，内部核心距离小,能最大程度保证辐射传导效果，从而完整保护整体结构的封闭，便于炉渣清理。
1.2根据热源热负荷特点定水循环方式和多台余热锅炉并联运行方案
余热热源的热负荷不稳定,烟气量和烟温的周期性波动造成余热锅炉热负荷的周期性波动。尤其是间断作业的炉子,如转炉、烟化炉、烟气量在一个炉期经历从零至最高值的大幅变化。即使是连续生产的炉子如沸腾炉、进料、排渣、出产品过程却是间断的,引起烟温、烟气量波动。为防止余热锅炉在低负荷下发生水循环故障,较适宜的方案是采用强制循环,尤其是受热面较分散的情况(如沸腾炉余热锅炉)只能采用强制循环。强制循环还有利于负荷波动时锅炉部件的自由伸缩,以防止锅炉局部过热或热应力过大,受热面布置也相对自由。锅炉热负荷的变化引起其产出蒸汽热负荷的变动,因此对有多台有色冶金炉的车间,应各安装余热锅炉并联运行,将余热源的周期性错开,以达均衡产汽的效果。
2有色冶金炉余热锅炉的设计实际应用
2.1科学的除渣方法
一般而言，要清除大部分的锅炉灰渣，可以选压缩空气吹入以及弹性振打等方法，当然对于前者而言，往往需要与专业设备进行联合使用，花费资金较大。而且无法满足微小类锅炉除渣需求；相对而言，后者一般是安放在水冷壁上，构造包含振打设备、振打杆、缓冲弹簧及固定构架构成。而且可以满足对于不同程度的炉渣灰的处理，可以针对性选择不同频率的参数。当然，从具体情况分析，这种变频功能虽然适用性较强，但是冲击效果不明显，而且移动范围有限，对于除渣往往难以达到预期目标，因而需要考虑选择科学的冲击力和振打频率，以达到预期的除灰目标。
2.2正确的热力计算
有色冶金炉的余热具有明显的特点:①热量波动大,大多数有色冶金炉呈周期性作业。加料熔化时,炉温高、烟温高、烟气量大、烟气热焙高;而出料时,炉内只需保温,烟温低、烟气量小、烟气热焙低,传给锅炉的热量就少。②热源分散。炉膛、烟道、炉体冷却元件以及物料中都分散着热源。因此,余热锅炉的热力计算要根据冶金炉余热的特点及受热元件的实际布置情况,进行详细准确的分析计算。
2.3结合烟气特点合理选择余热锅炉
在对有色冶金炉余热锅炉的类型进行选择时，需要结合相应的规律来进行，只有这样才能最大限度的降低高温腐蚀性烟气给炉体造成的不利影响。具体如下：首先，在对有色冶金炉余热锅炉的配置进行完善过程中，需要以不同条件的差异进行两种类型的划分，一种是采取水平式构造来设计有色冶金炉余热锅炉，这种构造的烟道是呈现出水平方向的，而烟气在烟道中也是按照水平方向进行运动的。另一种是采取多回程垂直冲击式的构造，这种烟道构造相比于水平式构造来说，烟气是按照直线型的方式进行运动的，这样有助于避免烟道死角及转角积压过多的烟气灰尘，同时还能防止烟气颗粒在运动过程中给烟道局部位置造成的不必要摩擦与损伤，通过采取自下而上的方式来运输烟气，还能使烟气中的大颗粒灰尘得到有效分散，进而降低烟气浓度，更重要的是能够减少占地面积。如果烟灰有着很高的浓度，则需优先选择第一种类型。其次，对于余热锅炉来说，可以采取内部中空的方式来进行设计，并且还要配备辐射室，以确保辐射受热范围得到同步加大，这样便可使温度降低到结渣温度后能够以熔融状态呈现，从而使烟气中的固态颗粒快速沉积，防止其受到对流影响而运动到受热位置中造成结渣和堵集。再次，热量不能直接传递至锅筒，并且需要把锅筒安装到锅炉的上部，以确保合理管控受热面。最后，应按照膜式构造来对炉膛水冷壁内部进行设计，原因在于管径较宽且核心距离比较小，这可使辐射传导效果变得更加明显，而且有助于提高整体结构封闭性，工人也能方便的清理炉内残渣。
结语
有色冶金炉余热锅炉的设计与运行虽有难度,但只要充分考虑余热源的特性,结合文中的各项原则进行设计,实践证明,是能获得成功的。通过多次有色冶金炉余热锅炉的设计,得出如下结论,适宜于有色冶金炉余热锅炉设计:①对于热源烟气中含尘在100g/Nm3以上的余热锅炉最好采用水平直通式烟道结构,采用大空腔辐射室。②采用膜式水冷壁比翅片式效果好。③不适宜设下锅筒而宜设集箱分开布置,上锅筒宜设在锅炉炉膛外。④采用强制循环较为安全。⑤锅炉的工作压力应满足防低温腐蚀要求。⑥高效弹性振打机可达到理想的清灰效果。
参考文献
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[3]王晓瑜，张冬洁，徐建炎.余热锅炉结构形式及运行特性研究综述[J].中国有色冶金，2013,01(1):40-45.