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备案号:0001-1994 2100433B
水泥窑余热锅炉设计
毕业设计(论文)说明书 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 摘 要 目前,我国水泥工业中存在大量的中低温余热资源, 这部分余热资源的热量占水 泥生产工艺系统总热量的三分之一左右, 若直接将其排放会造成能源的严重浪费。 应 用水泥窑低温余热发电技术将这部分余热资源回收加以利用, 产生蒸汽进入汽轮机做 功发电,可以大大地提高水泥企业的能源利用率。 本文主要阐述水泥窑余热发电的发展历程和发展现状, 介绍水泥窑余热发电技术 所存在的一些问题, 同时对水泥窑纯低温余热发电技术的工艺流程和发展现状做一些 阐述。最后根据国家的一些政策对水泥窑余热发电技术的发展前景作了一些展望。 首先,本次设计是设计一个 32t/h 水泥窑余热锅炉的设计。然后,按方案设计时 的选型进行热力计算、结构计算和校核,为各个部分选取正确的参数并确定结构形式。 最后,
水泥窑余热锅炉的设计
主要介绍了水泥窑余热锅炉的设计过程,并阐述了锅炉的技术特点,提出了有效的解决方案。
AQC余热锅炉:即窑头锅炉为立式,自然循环.由于冷却机废气中粉尘粘附性不强, 所以不设置清灰装置.同时换热管采用螺旋翅片管,大大增加了换热面积,使得锅炉体积大幅下降,降低了投资成本.同时,在AQC余热锅炉前端设置了高效沉降室,大大减轻了废气对AQC余热锅炉的磨损.
SP余热锅炉:即窑尾锅炉;它的设计有独特之处:立式布置,机械振打,自然循环.整个锅炉的振打形式为连续式,清灰较为均匀,同时设计有合理的灰斗,避免了因清灰原因造成废气中含尘浓度突然增大而引起风机跳停,.该锅炉最具特点的地方是采用自然循环方式,省掉了二台强制循环热水泵,降低了运行成本,提高了系统可靠性.立式的结构形式,在节约了占地面积的同时,也方便了废气管道的布置。2100433B
截至2016年2月,广泛采用余热锅炉对例如碳黑生产行业、玻璃纤维生产行业、冶金钢铁行业、石油行业、制酸制碱行业以及水泥行业等行业在生产制造过程产生的废气中的余热进行回收。现以水泥行业中能够回收水泥生产窑的废气中的余热的余热锅炉为例,对余热锅炉进行说明。与水泥生产窑配套使用的余热锅炉主要包括AQC锅炉(Air Quenching Coolerboiler)、PH锅炉(Pre heater boiler)等。余热锅炉的导热性能和能耗率主要取决于导热管。导热管包括无翅片导热管(裸管)和带翅片导热管(带翅片管)两种类型。裸管的外表面光滑,导热迅速,废气流动阻力小、能耗低,被广泛应用于PH锅炉等。PH锅炉中的废气,温度为300℃—400℃,粉尘浓度较高约为100克/标准立方米,该浓度的粉尘在300℃—400℃的该温度区域下不融化粒径极细(平均粒径为10微米以下的粉尘占80%),并且粉尘质地柔软,因此采用裸管。如果采用格子配置的话,则粉尘会堵塞在流动方向的导热管之间,导热性能降低。在交错布置的情况下,气流进入时会引起紊乱,因此能够避免粉尘堵塞,因此采用交错布置,但是粉尘仍然极易附着于导热管表面。因此,PH锅炉通常设置振打装置或吹灰装置来清除导热管表面附着的粉尘。一种振打装置采用锤击竖直排列的导热管下部的方式。另一种振打装置对固定于水平排列导热管的下部的配件进行振打。然而,这两种振打结构中,导热管与安装配件为固定连接,二者不能发生相对运动,振动不充分,且安装导热管的安装配件会受到来自振打装置的冲击力,余热锅炉的耐久性被削弱;此外,在2016年2月以前的振打装置中,在对全部导热管的管束整体进行振打的情况下,不能充分发挥振打作用,安装配件易受振打冲击力影响;在针对每根导热管配置一个振打装置的情况下,成本变高。 另外,虽然存在吹灰装置作为除尘手段,但是水泥废气中的PH塔的废气,灰尘量大且附着性高,所以需要频繁的运转因而核算性差,因此吹灰装置并不被广泛采用。
带翅片管在AQC锅炉中被采用。带翅片管换热面积大幅增加,在获得同等换热性能的情况下,导热管数量少、锅炉体积大幅下降、成本降低。AQC锅炉的带翅片管的翅片通常为螺旋形翅片。AQC锅炉之所以采用带翅片管,原因是:进入AQC锅炉之前的废气先经集尘器过滤,废气温度为300—400℃,粉尘浓度降低至数克/标准立方米以下,并且主要包括粒径200微米以下的较大、较硬的粉尘,即粉尘具有不容易附着到导热管表面的特性。对于AQC锅炉,由于粉尘的附着性较低,所以通常采用交错布置通常不需设置振打装置。
比较裸管和带翅片管,裸管虽然导热迅速、能耗低,但如需增加传热面积,则只能增加导热管体积或数量,这必然会导致导热管乃至整个锅炉的成本增加;带翅片管虽然能大幅提升换热性能,却因导热管表面光滑性受损而使粉尘极易附着,附着的灰尘容易堵在翅片之间而导致锅炉不能进行稳定的运转,同时废气流动阻力大、能耗高。截至2016年2月,普遍的设计思维是,将裸管配合振打装置、吹灰装置等除尘装置,应用于针对温度适中、粉尘浓度大、粉尘粒径较细且附着性高的废气的余热锅炉中;带翅片管应用于针对温度高、粉尘浓度小、粒径大、附着性低的废气的、且不必配置振打装置、吹灰装置等除尘装置的余热锅炉中。然而,在这一设计思维之下,截至2016年2月,存在的以上各式余热锅炉,将无法对高温、粉尘粒径极细附着性高的废气例如硅铁制造电气炉的废气进行高经济效益地回收,原因是:硅铁制造电气炉的废气,废气温度为400℃—450℃,粉尘浓度低为10克/标准立方米,粉尘粒径极其微小(60%为1微米以下),附着性高。该硅铁制造电气炉的废气的温度较高,如采用设置裸管的余热锅炉进行回收,则不能经济性地充分确保裸管的导热面积,废气从余热锅炉排出后仍然维持较高温度,不能充分地回收热量;同时,该硅铁制造电气炉的废气中的粉尘附着性高,如采用设置带翅片管的AQC余热锅炉结构进行回收,则粉尘在导热管之间的堆积加剧,此外,这是因为通常未配置振打装置,所以,随着粉尘的不断附着,将会导致余热锅炉的换热性能不断恶化。 也就是说,市面上包括PH锅炉、AQC锅炉在内的各种余热锅炉,均不能对温度在300℃—500℃、粉尘浓度在10—100克/标准立方米、粉尘附着性高的废气余热进行有效回收。2016年2月以前已有技术当中不存在将导热管的翅片结构和除尘装置结合从而能够对温度为300℃—500℃、粉尘浓度为10—100克/标准立方米、粉尘附着性高的各类品位废气进行有效回收的、兼具高导热性能、低成本的余热锅炉。
余热锅炉按燃料分为燃油余热锅炉、燃气余热锅炉、燃煤余热锅炉及外媒余热锅炉等。按用途分为余热热水锅炉、余热蒸汽锅炉、余热有机热载体锅炉等。