铜反射炉余热锅炉设计

徐春雨：铜反射炉余热锅炉设计辽宁工程技术大学毕业设计（论文）PAGE70PAGE69前言随着金融危机的到来，及世界能源的日益枯竭，节能环保已经成为新的世界流行词。而作为耗能大户的重工业企业，节能设备的应用及改进已经是现在进行时。在工业生产中，使用着各种炉窑，如加热炉、转炉、反射炉等，这些炉窑都消耗大量的燃料。他们的热效率很低，一般只有30%左右，而被高温烟气、高温炉渣、高温产品等带走的热量却达到40~60%，其中可以利用的余热在冶金方面约占15%以上。随着工业的发展，科学水平的不断提高，余热利用在对改善劳动条件、节约能源、增强生产、提高产品质量、降低生产成本等方面起着越来越大的作用，有的已成为工业生产中不可分割的组成部分。在冶金行业中，采用余热锅炉和其它余热利用设备的节能方法，现已得到广泛的应用。余热锅炉已不仅仅是一台孤立的回收余热设备，而是现代冶金工厂十分关键而又必不可少的设备，它与熔炼炉和电收尘器一起，成为现代化冶炼厂的三大设备。余热锅炉不仅能回收工业窑炉排放的高温烟气热量，大量节约能源．而且在降低烟气温度的同时。给进一步除尘带来可能，保护了环境。通过设计使本人掌握转炉余热锅炉的设计知识，巩固所学习过的专业知识，并拓展与本专业有关的其他电厂及冶炼厂常用节能设备。本设计就铜反射炉的余热锅炉进行初步设计，力求做到立足全局，勾划概貌，反映共性，突出重点。本文在讨论了余热锅炉的背景、发展趋势、应用和意义的基础上，设计了34000Nm3/h铜反射炉余热锅炉。由于掌握有限，时间有限，略显粗糙。1余热锅炉特点1.1概述1.1.1余热锅炉产生的背景随着世界科技水平的不断发展，人们需求的日益增多，世界能源的日益枯竭，全球性变暖等问题，能源问题已经不容忽视。国内方面，随着国民经济的日益增长，我国能源的生产和需求之间的差距越来越大。开源节流是解决能源供需矛盾的可靠方法。因此，要求我们在加强管理和革新落后生产工艺的同时，在更加经济、合理地利用好一次能源的基础上，考虑如何更好地开发和利用二次能源的问题。我们知道，余热锅炉是利用二次能源的重要组成部分（高温烟气）的主要手段之一，因此，如何使余热锅炉的制造和运行更加完善，更好地满足工艺革新的需要，也是当前我们热力工作者面临的课题。1.1.2余热资源的分类余热属于二次能源，是一次能源与可燃物料转换构成后的产物，是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所生下的热量。一般分为七大类[1]：（1）高温烟气余热：耗用燃料的工业炉窑及内燃机、燃气轮机等都有高温烟气排除，是最常用的一种余热形式。特点是产量大、产出点集中、连续性强、便于回收利用。（2）高温炉渣余热：在冶金炉的冶炼过程中，往往产出大量的高温炉渣。（3）高温产品余热（包括中间产品）：如炼焦炉产出的焦炭、化工厂黄铁矿沸腾炉产出的高温制酸烟气等，一般温度都很高，并含有大量的余热。这些余热有的在生产中已经部分回收，但大多数尚未利用起来。（4）冷却介质余热：一般为冷却水余热。这些余热目前只有部分得到利用。（5）可燃废气余热：这些可燃废气余热的特点是数量大、分布广，一次利用起来是很有价值的。（6）化学反应及残炭的余热：在冶金、硫酸、硝酸、化肥、化纤、油漆等工业部门的生产过程中有大量的化学反应余热。目前的利用很广泛。（7）冷凝水余热：各工业部门生产过程中用汽，在工艺过程使用后冷却成水，具有大量的物理显热。1.1.3余热利用的一般方法1、余热锅炉法：即为利用余热锅炉来回收余热的方法，近半个世纪来，这种做法得到广泛的使用。它即可利用高温烟气余热、可燃废气余热，也可利用高温产品余热。余热锅炉可生产出高压、中压或低压的蒸汽。蒸汽有广泛的用途,不但可以用来发电和供生产、生活用热，甚至于可以用来强化生产。因此有的余热锅炉已成为生产中必不可少的重要环节之一，如本次设计用的铜反射炉余热锅炉。2、热水法：例如冷却水、高温炉渣等的余热采用余热锅炉回收有一定的困难。可以利用这些余热将水加热到一定的温度，解决用户的采暖问题。3、预热空气法：用余热来余热空气，但是余热热源的烟气工作条件往往是很恶劣的，因此利用它来预热需要特别谨慎。4、烟气-流体换热器：利用烟气余热加热各种有机流体的换热器。在化工合成、石油精炼等行业采用这类设备较多。5、余热、干燥物料：用余热来预热、干燥原材料、矿石等[2]。1.1.4余热利用的特点1、在工业领域内，由于使用的生产方法、生产工艺、生产设备以及原料、燃料条件的不同和工艺千变万化的需要，从而给余热利用带来很多困难。要想解决这些苦难，必须清楚了解它的特点。2、热负荷不稳定工艺生产过程决定了其不稳定性。比如说某些生产是周期性的，某些生产是高温产品和炉渣的排放是间断性的。有的工艺虽然连续稳定，但是余热锅炉热源提供的热量也会随着生产的波动而波动。3、烟气有腐蚀性烟气中含有如CO2等腐蚀性气体，在烟尘或炉渣中含有各种金属和废金属元素，这些物质有可能对余热回收设备造成低温腐蚀或高温腐蚀。4、烟气中含尘量大如沸腾焙烧炉150~350g/cm3，含尘数量大大超过一半的锅炉。同时烟尘的物理、化学性质也特别恶劣，随着炉烟温度高含尘量大时，更容易粘结、机会，从而对余热回收的设备有可能产生严重磨损和堵塞的后果。5、受安装场所固有条件的限制如有的对前后工艺设备的连接有一定的要求有的对排烟温度要求保持一定的范围内等。这些问题与余热回收设备常发生一定的矛盾，必须认真研究统筹解决。1.1.5国内外发展情况自从六十年代以来，世界各国余热利用技术发展很快。余热锅炉的发展进程发展的三个阶段20世纪50年代以前为余热锅炉的发展初期，由于对有色冶金余热的特点和烟气、烟尘的特性了解不够，误将余热锅炉与一般锅炉等同对待，辐射室及对流管束间距较小，锅炉短期运行后即被积灰堵死。60年代前后为发展中期，主要炉型有多通道式余热锅炉（如日本田熊株式会社为白银铜冶炼厂设计的余热锅炉），其最大特点是余热锅炉有一个较大的辐射冷却室，使积灰问题有所改善，但积灰问题尚未完全解决；60年代末至70年代初，余热锅炉进入成熟期，锅炉炉型以直通式炉型为主，有一个大的辐射冷却室，烟气在炉内不转弯，成直流式流动。实践证明，这一炉型经长期运行是比较正常可靠的。我国余热锅炉起步于六十年代初期。由北京有色设计研究总院与鞍山锅炉厂联合开发的锡反射炉余热锅炉，安装在云南会泽；北京有色院与云南锡业公司合作开发的锡精炼反射炉余热锅炉，带l500KW汽轮发电机组，安装在个旧。六十年代末。我国从日本引进了W1200，W850铜精炼反射炉余热锅炉和铅锌沸腾焙烧炉余热锅炉，安装在白银有色金属公司七十年代初。北京钢铁设计研究总院与鞍山锅炉厂联台研制的FR-I400钢坯加热炉余热锅炉，安装在本溪钢铁公司[4]。余热锅炉的发展趋势当今余热锅炉朝向大型化、高参数方向发展。随着有色冶炼能力的提高，余热锅炉容量和参数得到提高，对于有色冶金系统来说，蒸发量50t/h、工作压力4.2MPa的锅炉被称为大型余热锅炉。其他行业余热锅炉容量更大，如钢铁冶金行业的干熄焦余热锅炉，蒸发量已达到100t/h以上，工作压力12.5MPa。余热锅炉的发展趋势当今余热锅炉朝向大型化、高参数方向发展。随着有色冶炼能力的提高，余热锅炉容量和参数得到提高，对于有色冶金系统来说，蒸发量50t/h、工作压力4.2MPa的锅炉被称为大型余热锅炉。其他行业余热锅炉容量更大，如钢铁冶金行业的干熄焦余热锅炉，蒸发量已达到100t/h以上，工作压力12.5MPa。到目前为止，我国已形成了有色冶金、黑色冶金、建材行业、化工行业等余热锅炉系列产品，基本上满足国内的需求。但我国目前的技术现状与世界先进水平的差距还很大，大部分预热尚未充分利用，因此在当前能源供应日已经长得总趋势下，大力回收余热的工作已经日益提到议事日程上来。目前,国外利用余热发电的新趋势，是单机功率小，载热体温度低(即利用中低温余热发电)。余热锅炉的发展趋势当今余热锅炉朝向大型化、高参数方向发展。炉型的发展趋势仍以直通道式锅炉为主；循环方式为强制循环以及强制循环与自然循环的联合循环；受热面结构为外壁采用全膜式壁，内部对流管束采用膜式管屏和蛇形管束。余热锅炉内设置烟气挡板，挡板可布置在辐射冷却室和对流区，以改善炉内烟气流动场和温度场，提高锅炉传热效果，减轻受热面的积灰。这一设计在国外已较为常见，但国内尚无应用实例[6]。1.2积灰工业炉窑由于其自身的特殊性，烟气中往往有很多的烟尘，以至于余热锅炉的设计中积灰问题是关系到余热锅炉能否成功的关键之所在。1.2.1积灰的分类根据烟气温度的高低，余热锅炉内的积灰一般可以分为高温区的积灰、过渡区的积灰以及低温区的积灰。高温区的积灰，一般是指大部分的烟气呈现熔融状态或者半熔融状态下所形成的积灰。其这个温区的分布与积灰与烟气各成分的熔点有关，不同的成分比例，其相差也会很大，有的在1000℃以上，有的只有600~700℃。其特点是，无论是在炉墙上还是在水冷壁上，在初步形成时，机会之地比较松脆，此时及时的采用吹灰或机械阵打，是比较容易清除的。但在机会超过一定厚度是，其外表就会结焦成一层硬壳，作为积灰的核心促使积灰增长速度很快，此时想彻底清除有些困难。过渡期的积灰，是指烟尘大部分为固状颗粒，但是上有一部分呈现熔融状态或者半熔融状态下形成的积灰。其中的大型颗粒往往是外部为一层硬壳而中间为熔融状态或者半熔融状态。这个温区的分布往往与机会的软化点有关[9]。这种积灰在初步形成时不硬不脆，受用机械的方法就很容易被清除，但是在形成一定厚度是，其表现形式与高温区差不多，清除较为困难，但是形成速度往往交高温区要慢一些。低温区的积灰是指烟尘在凝固点以下的积灰，也就是指积灰呈现的形式为固体颗粒状的积灰。同样由于成分的不同而存在较大的差异。在锅炉对流受热面上的积灰的表现也有所不同，一般可以分为松散性积灰和年复兴积灰，用机械请回方法都较容易清除。对于如本设计的重有色金属火法冶炼温区的划分，一般在900℃以上称为高温区，6501.2.2积灰的成分及形成积灰的成分与流经烟气的温度有密切的关系。通常难容元素及其化合物，如铁、铜、硅、金、银、镍等，在高温区即骨节并大量沉积下来，以至于倒低温区时含量显著减少。余热锅炉受热面上的积灰按其特性一般可分为松散性的积灰、黏附性的积灰以及粘结性的积灰。在低温区一般生成松散性的积灰和黏附性的积灰，而高温区和过渡区才形成粘结性的积灰。1.2.3积灰的防止（设计原理）1、从锅炉结构设计上考虑防止积灰（1）采用足够大的“空腔辐射冷却室”：采用打的辐射冷却室的主要意图，是利用烟气中的三院子气体和烟尘有效辐射传热，将高温的烟气迅速冷却到烟尘的粘结温度以下，使烟尘变成固体灰粒。再加上冷却室容积大，烟速又低，大部分烟尘尚未和管壁接触就被分离沉积下来。即使有一些松散的积灰附着于管壁上，也很容易用机械的方法清除。但是熔点是不容易被控制的，为了设计上的方便，通常是控制冷却室出口的烟气温度来确定冷却室的形状与大小。重的有色金属所用的余热锅炉，在实践中证明，凡冷却室出口烟温在750℃以上者一般都不太理想。尤其在超负荷运行时，会带来更大的麻烦。考虑到冶金炉运行条件的变化，现在一般是将这一温度设计在650℃左右。因为采用过低的出口烟温将使冷却室受热面面积明显增大，并使路子技术经济综合效果有所降低。（2）在一定的温度区内，用翅片管组成的受热面将全部砖墙遮盖起来，为了壁面烟尘与砖墙接触，残生机会的核心。目前很多重有色冶金用余热锅炉在500℃以上的区域，都会用翅片管遮盖起来。图1-2-1Fig.1-2-1水冷壁有三种布置形式如图：Ⅰ型结构设计上比较好处理，清辉方便，但是经济性不好；Ⅱ型现在使用越来越多，效果好但是结构复杂。Ⅲ型已基本不使用，耗钢多，且容易积灰，不好清理。2、从烟气动力场的组织上来防止积灰主要是注意烟气流速对于机会也有很大的影响：当烟速大于5米/秒时，黏附性积灰的生长速度增加很快；当烟速为8~12米/秒时，在一定的温度下，松散性积灰会过度道紧密型积灰；当烟速大于1.2.4积灰的清除在余热锅炉中，虽然想尽一切办法来防止积灰，但积灰还会不断地出现。这些积灰必需及时清除，因此就要采用一些清灰措施。目前常用的清灰设施有吹灰器和振打装置。1、吹灰：吹灰是余热锅炉常用的一种机械清辉方法，往往一台锅炉装设几十台甚至上百台吹灰器。根据吹灰杆伸缩的长短可分为长杆和短杆的吹灰器。吹灰介质有过热蒸汽，压缩空气或氨气等。它的优点是吹灰介质压力高，喷射速度大，能清除粘结性较强的积灰；安装位置可自由选择；还可以按设计程序进行自动吹灰；吹灰介质也容易取得。它的映点是：一次投资较大、占地面积大，运行费用高。如果使用压缩空气或蒸汽作吹灰介质，会增加烟气中含氧量或水分，并增加锅炉的排烟量，从而对尾气的处理带来一定的不良影响。2、振打：振打装置是利用小容量电动机作动力，带动一长轴作低速转动，在轴上按等分的相位挂上许多击锤，按顺序对锅炉受热面进行锤击，在锤击的一瞬间使受热面产生强烈的振动，从而使粘结的积灰受到反复作用的应力而发生微小的裂痕，致使积灰的附着力遭到破坏而造成脱落。振打清灰的主要优点是消耗动力少，一次投资小，而且也不致产生吹灰时为尾气处理或利用带来问题。振打清灰通常使用在低温对流区的受热面上，目前已逐步扩大使用到高温区的辐射受热面上，有取代吹灰器的总的趋向。但缺点是对锅炉管子和焊口焊缝的使用寿命和强度有一定程鹰的不良影响。1.3腐蚀很多工业炉窑排出的烟气中，常含有一些腐蚀性气体和腐蚀性物质，如硫的氧化物，钒的氧化物，硫酸盐络化物等。这些物质对锅炉会产生强烈的腐蚀，严重时，在很短的时间内会使锅炉遭到损坏，这是一个很突出的问题，所以应了解腐蚀的机理，掌握其规律，防止腐蚀的产生，以保证锅炉长期安全、可靠地运行。腐蚀一般分低温腐蚀和高温腐蚀，低温腐蚀的特点是均匀性的腐蚀，它使管壁厚度逐渐减薄以至破裂。高温腐蚀的特点是局部性溃疡性腐蚀，它使管子因管壁穿孔而破坏。1.3.1低温腐蚀1、低温腐蚀产生的机理：当进余热锅炉的烟气中含有较多二氧化硫时，其中一部分会进一步转化为三氧化硫，并与烟气中水蒸汽结合生成硫酸。当锅炉受热面壁温低于所生成的硫酸露点时，硫酸就在管避上凝结而产生腐蚀，这就叫低温腐蚀。低温腐蚀的速度是很惊人的，造成的后果也是严重的[9]。2、防止低温腐蚀的几个措施：当烟气中含有二氧化硫、三氧化硫等腐蚀性气体时，余热锅炉如设计不当，就会发生严重的低温腐蚀，为防止低温腐蚀可采取如下措施：（1）使余热锅炉受热面的壁温超过露点：低温腐蚀的主要原因是烟气中的硫酸蒸汽，在低于露点的受热面上凝结成硫酸造成的。所以提高受热面的壁温，使它超过硫酸蒸汽的露点，是防止低温腐蚀的根本措施。提高壁温的方法通常有提高锅炉运行压力和充填法两种。<1>提高锅炉运行压力使受热面的壁温超过露点：余热锅炉的运行压力不但取决于用汽的要求，而更重要的是考虑防止低温腐蚀。也就是说，必须保证受热面壁温高于烟气硫酸露点。锅炉受热面壁温是取决于锅炉运行压力、烟气侧放热系数的大小和受热面积灰情况。锅炉内部积灰情况是很复杂的，各部分不但积灰的厚薄不均匀，而积灰的性质也不一样，所以它对壁温的影响电很难确定，因此一般都不去考虑它。锅炉各部分受热面的放热系数往往相差很大，在烟气速度较低的一些死角，其放热系数小而且又容易积灰，该处壁温往往接近锅水的饱和温度，正是这些地方最容易产生腐蚀。为了有效防止低温腐蚀发生，通常就以锅炉运行压力下的饱和温度当作受热面的壁温来考虑问题还是较为安全可靠的。<2>用套管充填发提高管壁的温度。图1-2-2套管充填断面图Fig.1-2-2Casingfillingsection形式如图所示，但是由于经济性不好，耗钢较多，施工不便所以我国大型的冶炼厂很少使用。（2）从锅炉设计上考虑低温腐蚀：<1>尽量采用封闭的炉墙：为防止低温腐蚀应采用密封的炉墙，尤其在烟气中含有二氧化硫较多的情况下更有必要。<2>除特殊情况外，一般应使烟气纵向冲刷受热面，这样既利于防止积灰，又利于防止低温腐蚀。<3>采用局部保护措施。如在烟气的急转弯处，在一些烟气停滞的死期和清灰困难的地方，采取局部保护措施是必要的。另外，焊缝通常也是容易遭受腐蚀的地方，所以与烟气接触的管子应尽量避免有焊缝。<4>采用涂保护层的保护措施。作为低温腐蚀的保护涂层，应该具有200～250℃<5>选用合适的防腐材料。（3）在烟气中使用附加剂防止锅炉低温腐蚀：在燃油锅炉中曾使用白云石，菱镁矿石、氯化镁水溶液、氨气等附加剂来防止低温腐蚀。使用这些附加剂主要是为了中和以及吸附烟气中的三氧化硫，以降低露点和腐蚀速度。1.3.2高温腐蚀1、产生：当余热锅炉受热面的壁温高于硫酸露点，烟气温度在500℃以上的区域时还会发生腐蚀，通常把这种腐蚀现象称为高温腐蚀。过热器、再热器、辐射室中水冷壁管，金属固定件等都可能产生这种腐蚀，其特点是局部深陷的溃疡性腐蚀。2、防治方法：由于对高温腐蚀的机理目前尚不十分清楚，所以防止高温腐蚀还没有一个特别有效的方法。一般认为受热面上的积灰是高温腐蚀的起因，烟气中含氧及硫的氧化物量的增加会加速高温腐蚀的进行。目前防止高温腐蚀的方法有：（1）控制金属温度使它低于开始出现高温腐蚀的温度。这是防止高温腐蚀的有效方法；（2）保持受热面的清洁是防止高温腐蚀的有效方法，所以对于锅炉受热面上的积灰应该及时清除；（3）选择耐高温腐蚀的金属材料或者涂料；（4）使用添加剂：在烟气中加入镁、铝、钙、硅等氧化物后，由于它们能与烟尘起作用，生成高熔点的化合物，改变积灰的晶体结构，从而可以避免或减轻高温积灰造成的腐蚀。1.4磨损及其他问题1.4.1余热锅炉的磨损由于烟气中含有较多的烟尘，如处理不当。受热面就会产生严重的磨损，这也是余热锅炉需要考虑的重要问题之一。1、磨损的机理：一般认为它由以下三种情况产生的：（1）撞击磨损：由于粒子的撞击，使基体的表面组织产生局部的破碎和脱离。（2）括痕磨损：由于粒子深入基体的表面，在烟气流的推动下产生局部的裂痕或剥离。（3）擦动或滚动磨损：由于粒子摩擦而引起的基体表面的磨薄。实际上磨损并不是这样明确区分的，往往是几种情况有机的组合，也会是由一种形式的磨损引起其它形式的磨损。2、影响磨损的几个因素：影响磨损的因素是很多的，总的说来有三个方面：a、烟气流条件，如气流速度、温度、含尘量以及对受热面冲刷的角度；b、烟尘的性质，如粒子大小、形状、重度、硬度、破碎性等；c、被冲刷面的性质，如金属组织、硬度、表面形状等。这些因素对于磨损的影响并不是孤立的，而是综合地表现出来。磨损一般不是均匀的，大多数情况下首先时局部发生，然后逐步扩展。磨损和腐蚀往往是交织在一起的。当烟速低时腐蚀是主要矛盾，而烟速高时则磨损为主要矛盾，即使烟气中含二氧化硫很高的地方也是如此。1.4.2其它问题余热锅炉不但在结构上有它的特点，在运行上和一般锅炉也有所不同，在设计时应全面地考虑这些问题，才能使它顺利地运行。1、余热锅炉热负荷的不稳定问题：它与一般工业用或发电用锅炉存在明显的不同。这种热负荷的不稳定，是由工艺生产的原因所造成的，因此它始终处于从属的地位。2、锅水循环方式问题：锅水循环方法有自然循环、强制循环，自然循环与强制循环相结合等三种。过去大多数采用自然循环，目前采用强制循环方式日益增多，尤其在大型余热锅炉中多采用强制循环或是自然循环和强制循环相结合的形式。锅炉循环方式的选择是余热锅炉设计中必须考虑的问题之一，它是根据锅炉的容量、工艺生产方式及厂地条件和热用户的特殊要求等来确定的。现将自然循环和强制循环作一比较列于如下中。表1-4-1锅水自然循环和强制循环的比较表Tab.1-4-1Panofwaternaturalcirculationandforcedcirculationcomparison比较条件自然循环强制循环1、过水容量和锅炉启动时间使用较大直径的锅炉管，有上、下锅筒，故锅水容量较大。负荷变动时，对锅水水位的影响较小，适应性较强，但由于水窑量大，锅炉启动时间长，有时需要加装锅炉启动燃烧器。使用较小的锅炉管，其集箱也小，故锅水容量小，对负荷立化反应快。锅炉启动时，只要开动循环泵，借用其他锅炉蒸汽或用工业炉启动的烟气，即能在短时间内升压运行。2、给水设备由于锅炉管径大，一般用软水设备和除氧设备等处理给永即可，对绐水水质要求较低。由于锅炉管径小且装有节流装置，故对给出的水质要求较高，因此会增加水处理设备的一次投资。3、锅炉结构锅炉由上、下锅筒、集箱及水管等构成，大型余热锅炉其结构更加庞大复杂。可以根据厂地条件设计不同的结构形式，锅炉本体布置紧凑．占地较小。4、清灰装置用吹灰器清灰，费用高，效果差。可用运行费用低，效果好的振打清灰装置。5、锅炉操作与一般锅炉操作相同，简单易行。因装有高温高压的循环水泵，操作较复杂。6、建设费用小型余热锅炉比较经济。大型余热锅炉造价较低，且节省钢材。7、运行费用与一般余热锅炉相近给水水质要求高，且增加循环泵的电耗。故费用较高。8、锅炉出口烟温调节更不易安装烟气温度调节装置，故烟气出口温度不易调节。易于安装烟气温度翻节装置，故便于烟气出口温度调节。9、锅炉效率两种循环方式，对余热锅炉的热教率，没有多大影响。但实际上强制循环锅炉由于较易清除受热面上的积灰，故受热面能经常处于清洁状态。因而其热效率可能会略高。2设计余热锅炉的结构2.1炉型及受热面结构2.1.1炉型及受热面结构目前余热锅炉的技术发展很快，炉型也较多。但分析起来，适合于烟气条件恶劣、烟尘较多的余热锅炉的总体结构，基本上可以分为两种形式，即多烟道式和直通式。本设计设计为多烟道余热锅炉余热锅炉分为四个烟道。第一烟道是一个大的辐射冷却室，烟气温度在其中被冷却到烟尘的软化点以下。本余热锅炉为有色冶金用的余热锅炉，一般冷却到650℃左右，才进人第二烟道。在第一烟道内大部分烟尘凝结成固体颗粒后被分离下来。第二、三、四烟道是对流受热区，在这里垂直挂着一排排与烟气成纵向冲刷的屏式受热面。各受热面的相互距离，在第二烟道内常取250～400mm，在第三、四烟道内常为150～250mm2.1.2结构设计1、辐射冷却室：侧墙：采用d×b×t＝51×150×6mm的翅片管组成。有两个回路组成，每个回路有分配集箱引出10根翅片管，沿侧向下铺设，致至冷灰斗壁朴质会都下端，在这反铺至集流集箱。这样来会有20根水冷壁管，两个回路就有40根。两个翅片之间有1毫米的间隙，水冷壁管中心距为151毫米。前墙、后墙：采用d×b×t＝51×150×6mm的翅片管组成。由对称的两组组成，每组由分配集箱各引出3根翅片管向下铺设而成，蛇形管结构，如图所示这样每组12根，两组就有24根。2、顶棚过热器（以及过热器）：从分配集箱引出20根过热器管（d×b×t＝38×114×6mm），由室顶前墙铺至后墙，折返至前墙后进入集流集箱，在引至二级过热器。这样有40根翅片管组成。温度由229℃加热到3103、对流受热面（三、四烟道）：每个烟道有4组受热面，每组受热面用两根d×b×t＝38×132×6mm的翅片管盘绕而成，相邻的翅片管中心局为134毫米，组与组之间的距离为200毫米。为了便于检修，受热免于炉墙之间有500毫米的净空间，在过路中心线处受热面间也有500毫米的净空。每组中间焊有一组牢固的振打装置连接件。4、二三烟道隔墙：有对称的两组组成，每一组使用两根翅片管（d×b×t＝51×150×6mm）盘绕而成。每组16根翅片管，两组为32根。长10150mm，每片有效宽度2265mm。5、二级过热器：布置在第二烟道内，烟道进口温度为660℃，出口温度为550℃。过热器由8组屏式受热面组成。每组过热器由三根d×b×t＝38×114×6mm，翅片管制成，自分配集箱引出，经三个转折进入集流集箱。每根过热器管长36~38米，过热器管的中心距为450毫米。烟气纵向冲刷过热器，平均烟速为2-1-1翅片管图Fig.2-1-1Finnedtubemap2.2其他设计2.2.1集箱、循环水泵1、集箱：无论是在自然循环还是强制循环中，蒸发受热面和过热器的进出口都设置有集箱。受热介质(水或蒸汽)经由分配集箱进入受热面后，在进入集流集箱。本设计集箱采用公称直径设计为φ250毫米。集箱与管子的关系如下图2-2-图2-2-1集箱连接关系位置图Fig.2-2-1Collectionboxesdrawingconnections1—水冷壁管;2—分配集箱;3—下降管2、循环水泵：在强制循环余热锅炉中，锅水的循环是借助于循环水泵的强力输送。水泵所具备的扬程，必须能够克服锅水循环时在回路中的总阻力和由于公职中毒的不同所造成的压力差值。每台循环水泵的进口前应装有截止阀，出口应装有止回阀和截止阀。循环水泵和锅筒的高度差，以能够白正在水泵进口处不产生气蚀现象为准。2.2.2炉墙1、设计目的：炉墙是锅炉的一个重要组成部分，起着保温和密封的作用。以保证炉内正常的传热过程、减少散热损失和保持运行人员所必需的工作环境，所以炉墙的设计和炉墙材料的选择具有重要的意义。炉墙内外的压力差会引起冷空气漏入或热烟气外逸，不但由此造成排烟损失和引风机电耗的急剧增加，有时还会产生喷烟，造成事故。在余热锅炉中，有的高温烟气含有较多的二氧化硫，漏风漏烟会使锅炉受热面和金属构件产生严重的腐蚀，以致造成事故。因此要求锅炉炉墙应有较高的密封性能。另外，也要有足够的耐火度和良好的隔热性能，以保证锅炉安全而经济地运行。2、本设计的选择：如图2-2-2图2-2-2设计预热锅炉双层炉墙结构Fig.2-2-21—水冷壁管;2—耐火材料;3—内护板;4—外护板;5—玻璃棉毡;6—膨胀珍珠岩毡;7—耐火砖本设计预热锅炉，采用双层护板密闭炉膛结构。在高温区（包括冷却室后烟温为650℃～500℃的烟温部分），有吃偏关组成的受热民间完全遮盖了内墙，其结构模式是：翅片管外围耐火混凝土、内护板、保温砖与外护板。延期温度在500℃以下的烟道内没有水冷壁，颅腔则为耐火砖、内护板、保温砖与外护板。3、选材特点：（1）耐火混凝土：耐火混凝士具有较好的技术经济效能。它可在现场直接浇注成所需要的形状或预制构件。在常温下能迅速达到一定的强度。具有施工快，成本低，砌缝少，整体性好，热稳定性好和在高温下具有较高的耐火度等优点。因此在筑炉工程中得到比较广泛的应用。（2）护板密封炉樯：烟气中含有较多二氧化硫的余热锅炉，对于炉墙要求要有更高的严密性，以防止腐蚀。余热锅炉一般是微负压运行，如果炉墙不严密，冷空气将大量地漏入炉内，从而会造成受热面的低温腐蚀。另一方面，余热锅炉如正压运行，则烟气容易通过路墙上的缝隙外渗，也会造成炉樯护板和锅炉金属架等部件的腐蚀。另外从制酸的要求来说，空气露乳炉内，烟气量增加，二氧化硫的浓度则降低，这对质酸工艺也是十分不利的。一次，对于这种锅炉密闭性要求很高。在设计炉墙时，炉墙的外表面温度按50℃双层护板的密闭炉墙在有水冷壁时，内墙用耐火池凝土直接浇注在水冷壁翅片管上。采用双毯护板密闭炉墙结构，井加强炉墙上门孔的密封，基本上就能保证炉墙的严密性，往往可以有效地避免酸的腐蚀。2.3布置的锅炉炉樯的防护露天布置的锅炉，对炉墙来说，主要是要保证其严密性，不受风砂雨雪的侵蚀，并避免因为气候变化而发生裂纹等问题。为了使炉墙在热状态下具有防护的能力，必须对炉墙采取防护性的处理，其办法有：1、炉樯墙外部用薄钢板做护板，即用薄钢板将炉墙全部包起来。在钢板上涂刷一层银粉漆，作为风砂和雨水的防护措施，并起到防止夏天日光强烈照射的热辐射作用。但这种方法耗用金属材料较多。轻型框架式炉墙的露天防护措施，通常采用只在炉顶上装置敞开式轻型大屋顶，而整个炉顶、炉墙与管道等附件都用金属罩壳封闭，锅炉平台采用不积水的拉板网或格栅等制作而成。金属护板电有用镁质密封涂料来代替的。2、在炉墙外涂一层防护涂料，这种方法对炉墙的密封和防止风雨的侵蚀都能起到一定的作用。防护涂料通常采用的有冷沥青膏密封防护涂料和古巴冷沥青膏密封防护涂料等。这种防护办法一般用的也比较普遍。3、密封涂料的制造方法是：石灰、石棉、热沥青根据配料比的数量过称后，将石灰、石棉少许依次连续地放入热沥青内搅拌约10～15分钟，至呈黑色的均匀体为止。搅拌机必须保持的转数为200转/分。4、密封涂料是贮存在不漏水的池中或加盖的汽油筒中，上面还应加50毫米高的水，以避免水分的蒸发和杂质的混人。2.4露天余热锅炉的配置露天配置是指把余热锅炉设备完全安置于露天的配置方法，（但是与锅炉有关的热工控制仪表和控制台，可以置于操控室内）。在我国，有不少电站锅炉和工业锅炉巳采用了露天配置，有色冶金余热锅炉也有采用露天配置的，并成功地投入了运行。根把国内外的经验，余热锅炉采用露天配置是可行的，是符合多、快、好、省的精神的。从总的发展趋势看，随着我国四个现代化的实现，自动控制水平的不断提高，露天配置势将成为主要的配置形式。根据目前国内锅炉露天建设和运行的经验，采用露天配置的忧缺点，可以归纳如下：（1）降低建筑造价，缩短建设工期。据国内一些露天建设的电站调查，露天配置和室内配置相比，施工期缩短约40％，降低主厂房工程造价20～40％。（2）节约建筑材料，其中特别是钢材、水泥和木材。（3）改善高温车间的通风，采光等条件，降低了这部分设施的投资及运行费用。（4）余热锅炉一般不需要燃烧燃料，出灰量也较同容量燃煤锅炉少，操作人员只须定期吹灰清理受热面及巡视检查，一般均在操作室内值班，所以，锅炉露天配置对工人的劳动条件影响不大。（5）余热锅炉的烟气中往往含有腐蚀性气体，要求炉体严密性好，所以炉墙外一般都有护板结构，因而也有利于露天配置。（6）因不受厂房的限制，为余热锅炉的进一步技术改造创造了有利条件。（7）攒加保温材料和设备的防护层。（8）设备受自然气候如雨、雪、风、尘、晒、冻等侵袭的机会增多，另外风、雨、冰冻季节对设备的安装与检修也带来一定的影响，冬天停炉时，放水、防冻较麻烦，因而需要增加一定的维护工作量。采取露天配置时，锅炉设备必须采用能适应露天条件的设备。绝不能将不能露天使用的设备，不采取任何措施就用于露天。露天配置防护应根据具体的气象条件决定，一般北方寒冷地区以防冻为主。南方多雨潮湿地区以防雨为主。通常，露天配置应采取以下一些防护措施：（1）锅炉钢架要考虑风力和炉顶遮蔽物等附加物重量的影响。（2）锅炉钢架结构及平台扶梯，要有防止积水及走路打滑的措施。（3）锅炉炉墙要有防水、防风、防冻的适当措施，必须涂防护层。（4）所有受热面和管道的存水都应能够放尽，当采用锅炉存水不能放尽时，应采取相应的辅助措施(如用压缩空气吹等)，以免管子冻裂。（5）锅炉本体管道、定期排污馆，取样管、仪表管等要尽量布置于贴近炉墙处，同时要避开门、孔、吹灰、振打等需要观察和操作的地方，必要时还应采取一定的加热措施。（6）利用锅炉钢架在炉顶适当高度架设轻型屋盖，以保证运行人员有较好的劳动条件。（7）余热锅炉应设操作室，操作室内集中仪表控制及必要的管道阀门，以便减少运行人员的室外操作。（8）附属设备如水泵等，应尽量利用锅炉基础或平台作为遮蔽掩体。（9）露天设置时附属设备的电机应选用防水型并加装电动机罩壳。（10）消灰装置应设电动远防操作，对清灰装置及电机要加保护的遮蔽甩壳。3余热锅炉的整体计算3.1热力计算3.1.1热力计算主要计算公式及符号意义[7]1.烟气的焓(3-1-1)式中：——烟气的焓，kcal/Nm3；——烟尘的焓，kcal/Nm3；其中，烟气的焓等于烟气中个组成成分容积份额的焓之和，即：(3-1-2式中：——烟气中某种气体的容积，m3/Nm3;——烟气中某种气体在计算温度下的比热，kcal/m3﹒℃，按表3-1-1取用；——某种气体的温度，这里指烟温，℃。表3-Tab.3-1温度℃O2H2OCO2SO2空气00.3120.3540.3820.4250.3111000.3140.3580.4060.4450.3122000.3190.3620.4290.4640.3133000.3240.3670.4480.4810.3154000.3290.3720.4640.4950.3185000.3330.3780.4780.5080.3216000.3370.3840.4910.5180.3247000.3410.3900.5020.5280.3278000.3440.3960.5120.5350.3309000.3180.4020.5210.5420.33310000.3500.4090.5300.5490.33611000.3530.4150.5370.5550.33912000.3550.4210.5430.5610.341再者，(3-1-3式中：0.8——系数；——烟尘的温度，kg/Nm3；——烟尘的比热容，这里取0.14kcal/kg﹒℃；——烟尘的温度，℃。2、入锅炉烟气的热量kcal/h(3-1-4)式中：——按锅炉烟气温度在焓—温曲线上查的的焓值，kcal/Nm3；——入锅炉的烟气量，Nm3/h。3、辐射层厚度：根据结构设计查表3-1-2表3-1-Tab.3-1空间的形状受热面代表长度系数无限长的圆柱体周壁直径0.9无限长的圆柱体底面中央直径0.9高度与直径相同的圆筒底面中央直径0.77高度与直径相同的圆筒全面直径0.6无限大的平行平面的空间一个方向的面平行面间的距离1.8正六面体全面一边的长度0.6不同长、宽、高比的箱体空间(1：1：4)～（1：1：∞）全面最小边得长度1(1：2：5)～（1：2：∞）全面最小边得长度1.3(1：3：3)～（1：∞：∞）全面最小边得长度1.8(1：1：1)～（1：1：3）全面2/3(1：2：1)～（1：2：4）全面2/3无限长的灌输周围的空间错列（正三角形），外径=管间距管表面管间的距离2.8错列（正三角形），外径=0.5管间距管表面管间的距离3.8错列（方形），外径=管间距管表面管间的距离3.54、辐射冷却室受热面吸热量kcal/h(3-1-5)式中：——辐射系数，Kcal/m2.h.k；——有效辐射面积，m2；——辐射冷却室中烟气的平均绝热温度，K;——受热面管壁的绝对温度，K。（1）辐射系数kcal/h(3-1-6)式中：——水冷壁的积灰系数；——烟气的辐射系数；——三院子气体的辐射系数；——绝对黑体的辐射系数，Kcal/m2.h.k，取4.88。其中，三院子气体的辐射系数求法：<1>求烟气中三院子气体的分压力对于非正压运行的等于容积份额；(3-1-7<2>冷却室有效辐射层厚度；<3>冷却始终烟气的平均温度；℃(3-1-8<4>查图附录B、附录C、附录D，查出辐射系数，，；<5>（2）烟气的辐射系数；经验值：当含尘量为0～50g/Nm3；当含尘量为50～100g/Nm3；当含尘量为100～200g/Nm3；当含尘量为200～300g/Nm3；当含尘量为>300g/Nm3。（3）有效辐射面积m2(3-1-9)（4）水冷壁的积灰系数先计算干净管子的辐射放热系数，再查管壁对蒸汽的放热系数图。kcal/m2.h.℃(3-1-10)温度系数K4/℃(3-1-11)1、计算速度m/s(3-1-122、烟气流通面积m2(3-1-13式中：a、b——所求断面尺寸，m；——每排管字数；、——管子长度及外径。3.1.2热力计算1、初始值：（1）烟气量34000Nm3/h（2）烟气温度锅炉入口1100℃锅炉出口360（3）烟气成分（湿基）SO22.01%CO216.2%N270.65%O25.04%H2O6.0%（4）烟气压力锅炉入口-5~-10毫米水柱（5）烟尘量50g/Nm32、锅炉参数（1）锅炉的形式户外式强制循环（2）锅炉压力最高30kg/cm2常用28kg/cm2（3）蒸汽温度（过热器出口）410℃（4）给水温度1053、锅炉结构特性设计锅炉为纵向冲刷强制循环锅炉，由四个烟道组成，辐射冷却室为第一烟道，过热区构成第二烟道，第三烟道与第四烟道是对流蒸发区。绘制烟气的焓—温图以下计算中烟气各组分的平均比热由表3-说明：由于高温烟尘和烟气在迅速冷却过程中，大颗粒的惰性很大，冷却速度比烟气缓慢，因而形成的烟气和烟尘之间存在温差。表3-1-3Tab.3温度项目焓值300烟气的焓烟尘的焓kcal/Nm3600烟气的焓烟尘的焓kcal/Nm3900烟气的焓烟尘的焓kcal/Nm31100烟气的焓烟尘的焓kcal/Nm3绘制出图如下：图3-1-1Fig.3-1表3-1-4Tab.3-1-4序号项目符号单位依据或计算数值（1）热平衡计算1入锅炉烟气量VNm3/h给定340002锅炉入口烟温t'℃给定11003锅炉出口烟温t”℃给定3604入锅炉烟气的焓I'kcal/Nm3结构计算428.365入锅炉烟气的热量Q1kcal/h34000×428.361456.4×1046出锅炉烟气的焓I"kcal/Nm3结构计算1267出锅炉烟气的热量Q2kcal/h34000×1264.286×1068锅炉散热损失q%选用[8]29锅炉散失热量Q5kcal/h34000×428.36×0.022.91×10510锅炉吸收热量kcal/h145.64×105－42.86×105－2.91×10599.87×10511给水温度tgs℃给定10512过热蒸汽的焓hgzkcal/kg29绝对压力；410777.913产气量Dt/h14.8414除氧用气D1Kg/h163715进过热器蒸汽量D'T/h14.84－1.613.24(2)冷却室的计算1入口烟气温度t’℃给定11002出口烟气温度t”℃假设6603平均烟气温度typ℃8804平均烟气量Vpm3/s39.9续表3-1-4Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值5烟气通道断面Fm24.85×6.0296平均烟气速度Wm/s1.387管壁温度tb℃229+152448边界层平均温度tbj℃5629辐射层厚度Sm4.85:6:12=1:1.24:2.48（长：宽：高）查表3-1（1:1:1）~（1:1:3）4.710SO2的吸收能力PSO2×SPa﹒m0.0201×4.70.09411CO2的吸收能力PCO2×SPa﹒m0.162×4.70.76112H2O的吸收能力PH2O×SPa﹒m0.06×4.70.28213SO2的辐射系数KSO2查附录D0.1914CO2的辐射系数KCO2查附录B0.18515H2O的辐射系数KH2O查附录C0.1816三原子气体辐射系数KS0.19+0.18+0.1850.55517积灰系数Φ’取用[8]0.5618实际辐射系数C’Kcal/m2﹒h﹒k44.88×0.555×0.561.5219辐射受热面积Hfm2给定25420冷却室吸热量QxKcal/h650.8×104续表3-1-4Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值21冷却室出口烟气含I”Kcal/Nm3查焓-温图66024022烟气的放热量Qw’Kcal/h34000×（435－240）6.63×10623冷却室散热损失Q5Kcal/h34000×460×0.0115.6×10424冷却室应吸收热量QwKcal/h663×104－15.6×104647.4×10425比值Qx/Qw1.02在1～1.15之间合格（3）一次过热器1辐射受热面Hfm2272实际辐射系数C’取与冷却室相同1.523过热器吸收热量QxKcal/h68.1×1044蒸汽增加的焊ΔiKcal/kg44.55过热蒸汽焊igzKcal/kg669.7+44.5712.66过热蒸汽温度tgz℃28kg/cm2的工作压力310（4）二级过热器1入口烟气温度t’℃6602出口烟气温度t”℃4803烟气的平均温度typ℃5704平均烟气量Vpm3/s29.2续表3-1-4Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值5烟气流通断面Fm24.85×1.8596烟气平均速度Wm/s3.247管壁平均温度tbp℃3908边界层平均温度tjb℃4809受热面曝光长度Lm按结构7.710当量直径ddm0.72411烟气的导热率b查表[8]0.09412对流放热系数αdKcal/m2﹒h﹒℃23.7×L-0.05×dd-0.16×W0.79×b=23.7×7.7-0.05×0.724-0.16×3.370.79×0.0945.4813辐射层厚度Sm0.45：1.85：7.7=1：4.1：17.1表3-1-2属于（1：3：3）~（1：6：6）S=0.45×1.80.8114SO2的吸收能力PSO2×SPa﹒m0.0201×0.810.016315CO2的吸收能力PCO2×SPa﹒m0.162×0.810.13116H2O的吸收能力PH2O×SPa﹒m0.06×0.810.048817SO2的辐射传热量QSO2Kcal/m2﹒h查图附录F1500-65085018CO2的辐射传热量QCO2Kcal/m2﹒h查图附录E2600-1100215019H2O的辐射传热量QH2OKcal/m2﹒h查附录E3800-1700150020总辐射传热量QRO？Kcal/m2﹒h850+1500+21004450续表3-1-4Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值21对数平均温差Δt℃；，查附录A，得（2）；。，查附录A，得204.522烟气对管壁的放热系数a1Kcal/m2﹒h﹒℃27.2823蒸汽入口比容Υ’m3/kgP=30；t=310查表[8]0.084924蒸汽出口比容Υ”m3/kgP=29；t=410查表[8]0.106825蒸汽平均比容υpm3/kg0.095926蒸汽平均容积Vpm3/kg0.408续表3-1-4Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值27蒸汽流通面积fm20.022628蒸汽平均速度Wm/s18.129管壁对蒸汽的放热系数a2Kcal/m2﹒h﹒℃查图[8]70030烟尘的附着厚度δm取用[8]0.00531烟尘的热传导率λKcal/m﹒h﹒℃0.532总传热系数KKcal/m2﹒h﹒℃20.833过热器受热面积Hm2按结构21034受热面吸热量QxKcal/h210×20.8×204.589.3×10435过热蒸汽需要的热量QqKcal/h15300×（777.8－722.8）84.2×10436比较1.06在1～1.15之间合格（5）第二通道本体管束1入口烟气温度t’℃同前6602出口烟气温度t”℃同前5003烟气的平均温度typ℃同前5804平均烟气量Vpm3/s同前30.35烟气流通断面Fm2同前96烟气平均速度Wm/s同前3.377管壁温度tb℃299+152448边界层平均温度tjb℃412续表3-1-4Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值9对流放热系数αdKcal/m2﹒h﹒℃23.7×L-0.05×dd-0.16×W0.79×b=23.7×0.891-0.05×1.05×2.6×0.0945.7710辐射层厚度Sm同前0.8111SO2的吸收能力PSO2×SPa﹒m同前0.16212CO2的吸收能力PCO2×SPa﹒m同前0.048613H2O的吸收能力PH2O×SPa﹒m同前0.13214SO2的辐射传热量QSO2Kcal/m2﹒h查附录F15000-3001100CO2的辐射传热量QCO2Kcal/m2﹒h查附录E3800—8003100H2O的辐射传热量QH2OKcal/m2﹒h查附录E2600—400220015总辐射传热量QRO？Kcal/m2﹒h1100+3100+2200640016对数平均温差Δt℃；。，查附录A，得344.917积灰系数Φ'取0.8续表3-1-4Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值18实际传热系数KKcal/m2﹒h﹒℃19.6719受热面积Hm218120吸收热量QxKcal/h181×19.67×344.9122.79×10421第二通道吸热量合计∑QKcal/h122.79×104+89.3×104212.1×10422烟气放热量Qw’Kcal/h34000（235－175）204×10423散热损失Q5Kcal/h34000×460×0.0057.82×10424应吸收热量QwKcal/h212.1×104－7.82×104204×10425比较在1~1.15之间合格(6)第三及第四管道1入口烟气温度t’℃5002出口烟气温度t”℃3603烟气平均温度typ℃4304平均烟气量Vpm3/s24.35烟气流通断面Fm25.56烟气平均速度Wm/s4.427管壁温度tbp℃229+152448边界层平均温度tjb℃3379对流放热系数adKcal/m2﹒h﹒℃23.7×L-0.05×dd-0.16×W0.79×b=23.7×0.902×1.18×3.3×0.1068.8续表3-1-4Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值10辐射层厚度Sm0.2：1.6：7.8=1：8：39;S=0.2×1.80.3611SO2的吸收能力PSO2×SPa﹒m0.0201×0.360.007212CO2的吸收能力PCO2×SPa﹒m0.162×0.360.058313H2O的吸收能力PH2O×SPa﹒m0.06×0.360.021614SO2的辐射传热量QSO2Kcal/m2﹒h﹒℃查附录F500—20035015CO2的辐射传热量QCO2Kcal/m2﹒h﹒℃查附录E1200—50075016H2O的辐射传热量QH2OKcal/m2﹒h﹒℃查附录E1250—35090017对数平均温差Δt℃；。，查附录A，得192.4918总传热系数K'Kcal/m2﹒h﹒℃18.6719积灰系数Φ'取[8]0.8520实际传热系数KKcal/m2﹒h﹒℃18.67×0.8515.8721受热面积Hm2按结构560续表3-1-4Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值22受热面吸热量QxKcal/h560×15.87×192.49171.07×10423烟气放热量Qw'Kcal/h34000（175－128）159.8×10424散热损失Q5Kcal/h34000×460×0.0057.82×10425应吸收热量QwKcal/h159.8×104－7.82×104151.98×10426比较1.125在1～1.15之间合格3.1.3构架的选择支承式构架图3—1—2支承式构架Fig.3—1—2Supportingframestructure1—水冷壁；2—对流受热面3.2通风阻力计算说明：但对于余热锅炉，由于其热源来自工艺生产的余热，一般来说不设置燃烧设备，因侧不需要有送风系统，而今有烟气系统。烟气总通风阻力由以下式子计算kg/m2(3-2-1)式中：——烟气的摩擦阻力，kg/m2；——烟气的局部阻力，kg/m2；——烟气横向冲刷管束阻力，kg/m2。3.2.1摩擦阻力计算应用公式及相关字符意义一般应用于有有水冷壁的通道计算：摩擦阻力的计算摩擦阻力按下式计算kg/m2(3-2-2)式中：——通道的计算长度，m；——烟气密度，m3/kg。1、通道的当量直径的计算（1）非圆形断面的通道：m(3-2-3)式中：F——通道的有效断面面积，m2；U——受烟气冲刷的断面的全周长，m。（2）对于矩形断面的通道：m(3-2-4)（3）烟气纵向冲刷布置在举行烟道内的管束时：m(3-2-5)式中：Z——烟道中管束的管子纵向排数；——管子的外径，m。说明：阻力计算中的当量直径的计算与热力计算中当量直径的计算的有所不同。阻力计算中的当量直径计算是考虑全部受烟气冲刷的周长称为湿周，而热力计算中当量直径的计算则仅仅考虑其受热面的周长，称为热周。2、烟道阻力系数的确定[8]与通道壁面的相对粗糙度（即，为避免的绝对粗糙度），以及延期流的雷诺数有关。表3-2-1当粗略计算时摩擦阻力系数Tab.3-2-1Whenaroughcalculationfrictioncoefficient通道形式值1、纵向冲刷的光滑管束2、平时受热面3、无衬的刚烟风道4、有衬的刚烟风道，砖或混凝土烟道当>0.9米时当<0.9米时5、砖烟囱、钢筋混凝土烟囱或钢烟囱0.030.040.020.030.040.033、烟气在通道中的计算流速，按下式计算：m/s(3-2-6)式中：Q——延期在计算温度下的流量，m/s；F——烟气流道的有效断面积，m2。（1）烟气流道的有效断面积m2(3-2-7)式中：a、b——矩形烟道的两个边长，m；——管束的管子外径，m；Z——管束的管子总数。（2）Q由热力计算提供表3-2-2Tab.3-2-2序号项目符号单位依据或计算数值1管子外径m设计值0.0512纵向排数Z排设计值803烟气重度Kg/m3已知0.3994宽am设计值3.4225深bm设计值11.376计算长度m热力计算7.3477平均烟气温度℃热力计算8808平均烟气速度m/s热力计算1.489当量直径m3.6510烟道阻力系数查表[8]0.0311摩擦阻力kg/m20.00273.2.2局部阻力计算应用公式及相关字符意义kg/m2(3-2-8)式中：——局部阻力系数；——烟气在发生局部阻力处断面上的流速，m/s。局部阻力系数通常与雷诺数无关，因为一般烟气的通道断面积比较大，雷诺数也比较大，而且由于局部扰动很强，流动多半已进入自模区。余热锅炉的烟气通道上的局部阻力一般分为四个部分考虑：a，通道形状改变引起的局部阻力损失；b，通道方向改变引起的局部阻力损失；c，内部设有弯头而产生的局部阻力损失；d，三通管道引起的局部阻力损失。由于本设计锅炉的烟气走的室炉膛，所以只计算第一个局部阻力。(3-2-9)式中：——直边与壁齐平的通道入口为0.5；——通道形状改变引起的局部阻力系数；——辐射冷却室烟气流通断面m2；——第二烟道本体烟气流通断面m2。3.2.3横向冲刷管束通风阻力计算应用公式及相关字符意义此种计算一般被视为一种特殊形式的阻力来考虑。就其阻力的表现形式，接近于局部阻力，因此二者的计算公式形式相同。kg/m2(3-2-10)的确定：与管束的排数、布置方式、烟气流动的雷诺数有关。顺列管束的局部阻力系数：计算公式：(3-2-11)式中：——单排管子的局部阻力系数，求法见下面；——管子沿气流方向的排数。单排管子的局部阻力系数的求法：（1）当时（）：(3-2-12)式中：及——管束宽度及深度方向上的节距，m；——比值，；——管子外径，m；——雷诺数。（2）当时（）：(3-2-13)其中：(3-2-14)式中：W——烟气计算流速，m/s；——运动粘度，m2/s。表3-2-3二级过热器横向冲刷管束通风阻力计算Tab.3-2-3序号项目符号单位依据或计算数值1管子外径m设计值0.0382高度hm设计值7.83流通截面宽度bm设计值31.54烟气流通断面Fm2设计值9.05横向屏数Z1排设计值86纵向排数Z2排设计值127横向节距S1m设计值0.458纵向节距S2m设计值0.159烟气平均流速Wm/s热力计算3.2410平均烟气温度℃热力计算57011系数3.712运动粘度m2/s查表[8]1.2×10-413当量直径m0.0514烟气雷诺数155515单排管子阻力系数0.2216局部阻力系数2.61续表3-2-3Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值17烟气密度Kg/m30.33618烟气动压头kg/m20.1819横向冲刷阻力kg/m20.47表3-2-4第二烟道本体管束通风阻力计算Tab.3-2-4Thesecondflueontologybundleair序号项目符号单位依据或计算数值1管子外径m设计值0.0512高度hm设计值10.153流通截面宽度bm设计值4.54烟气流通断面Fm2设计值9.05横向排数Z1排设计值326纵向屏数Z2排设计值17横向节距S1m设计值0.1518纵向节距S2m设计值0.759烟气平均流速Wm/s热力计算3.2410平均烟气温度℃热力计算57011系数0.1412运动粘度m2/s查表[8]5.7×10-513当量直径m0.02314烟气雷诺数130715单排管子阻力系数0.38续表3-2-4Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值16局部阻力系数0.3817烟气重度kg/m20.51518烟气动压头kg/m20.2819横向冲刷阻力kg/m20.106表3-2-5三四烟道横向冲刷管束通风阻力计算Tab.3-2-5序号项目符号单位依据或计算数值1管子外径m设计值0.0382高度hm设计值7.83流通截面宽度bm设计值4.544烟气流通断面Fm2设计值5.55横向屏数Z1排设计值46纵向排数Z2排设计值247横向节距S1m设计值0.28纵向节距S2m设计值0.1349烟气平均流速Wm/s热力计算4.4210平均烟气温度℃热力计算43011系数1.1712运动粘度m2/s查表[8]3.0×10-513当量直径m0.13614烟气雷诺数2003.7续表3-2-5Renewaltable序号项目符号单位依据或计算数值15单排管子阻力系数0.12416局部阻力系数317烟气密度Kg/m30.61718烟气动压头kg/m20.61519横向冲刷阻力kg/m21.844结论本设计34000Nm3/h铜反射炉余热锅炉，第二章主要是进行了余热锅炉的辐射冷却室、顶棚过热器、第二通道过热器、二三烟道隔墙、第三及第四通道进行了设计。经过第三章的热力计算，热力计算校核，以及通风阻力计算证明设计是合格的。由于设计时间有限，并且结构设计中的很多数值在热力计算时进行了多次的调整，所以设计的并不并不够精细。经过查实国内余热锅炉近几年才兴起，所以较国外比较上有一定的提升空间。本设计设计相比针对想较强，为我国铜反射炉余热锅炉广泛利用，贡献了一份力量。致谢火红的时节，万物度过了成长，全力的释放者自我的光芒，正如即将走出校园的我们。历经了大一的懵懂，大二的实践，大三的滋养，以及大四的选择，我们即将走出校门，在新的环境中展示自我，发挥才能，张扬个性。然而，也正是我的老师、朋友们，才使我有了一个如此丰富，如此硕果累累的大学。首先要感谢的是谆谆教导我的毕业设计导师纪俊红老师。我在做毕业论文期间的所有工作自始至终都是在纪老师全面、具体、悉心的指导下进行的。纪老师严谨的治学、勤恳的工作以及对教育事业的孜孜不倦，教会了我很多，她以自身的一言一行默默地教育我为人做事的道理，她给我树立了一个做人做事的好榜样，她的精神激励着我刻苦学习、奋发向上，她教给我的一切将使我受益终身，谨此向导师致以衷心的感谢和崇高的敬意。再者，我要感谢曾经教导过我的郭仁宁、崔俊奎、孟凡英、纪俊红、于静梅、朴明波、李国威、杨新乐、李文华、郑莹、董金铃、李锐萍等专业老师，是您们的认真教学，厚实的专业知识，教导了我四年，让我有机会在走出校门，进入岗位时，增加了一份信心。老师，你们辛苦了！我还要感谢我的家人给我的帮助和支持，感谢在大学四年的本科学习生活中，给过我关心、帮助、快乐的同学和朋友们，在此向你们致以真诚的感谢！最后，感谢各位评阅论文的教授和老师们，祝你们百事可乐。参考文献[1]北京有色冶金设计研究总院转炉技术改造设计小组.从转炉调查谈转炉改造的必要性[J].Z1期.中国有色冶金出版社,1980年.[2]沈祖志,邓明荣,廖为宏,倪正道,刘金艳.热电生产调度辅助决策系统的研究与开发[A].第七届计算机模拟与信息技术学术会议论文集[C].机械工业出版社,1999年.95~104.[3]叶江明.电厂锅炉原理及设备[J].第二版.中国电力出版社.2007年8月.[4]耿寿年,马英江.利用技术改造实现节能挖潜—20吨锅炉系统改造之探讨[A].设备维修与改造技术论文集[C].冶金出版社,2000年.19~28.[5]原国家经贸委行业规划司.我国特殊钢产业竞争力亟待提高[J].世界金属导报,2003年.4(3):89~93.[6]刘志达.热电厂热力系统改造与优化调度:[D].清华大学:清华大学电机工程系,2003年.[7]北京有色冶金设计研究总院.余热锅炉设计与运行[M].冶金工业出版社,1987年.[8]全国能源基础和管理标准化技术委员会任泽霈,蔡睿贤.热工手册[M].机械工业出版社,2002年11月.[9]李灿.有色冶金炉余热锅炉设计原则及应用:[D].株洲职业技术学院:株洲职业技术学院,2000年.[10]莫晓华.有色冶金炉余热锅炉设计探讨:[D].长沙有色冶金设计研究院:长沙有色冶金设计研究院,2001年.[11]M.Ya.Khinkis1,PolyakandL.I.Zingman.Usingcomputationalfluiddynamicstomodifyawaste-heatboilerdesign[D].SpringerNewYork,1999年.附录A对数平均温差辅助用表Logarithmicmeantemperaturedifferencewithauxiliary附录BCO2的辐射系数CO2coefficientofradiation附录CH2O的辐射系数H2Ocoefficientofradiation附录DSO2﹒NH3﹒CO的辐射系数SO2﹒NH3﹒COcoefficientofradiation附录ECO2、H2O的辐射传热量CO2、H2Oradiationheattransfer附录FSO2的辐射传热量SO2radiationheattransfer附录G译文太阳能利用的发展太阳能（Solar）一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应，可以维持几十亿至上百亿年的时间。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为23kW的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率为800000亿kW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。平均在大气外每平米面积每分钟接受的能量大约1367w。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、