１８ 文章编号：１００４．８７７４（２０１８）０５—００１８—０３ 工业锅炉 ２０１８年第５期（总第１７１期） ＤＯＩ：１０．１６５５８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎｌＯ０４—８７７４．２０１８．０５．００５ 利用废气焚烧炉高温烟气的 有机热载体余热锅炉研制 陈杭生 （杭州富蓝锅炉容器有限公司，浙江杭州３１１４０２） 摘要：通过对废气焚烧炉产生的高温烟气进行分析，制定有机热载体余热锅炉设计方 案，介绍了锅炉整体结构组成、结构特点，为余热回收利用技术提供借鉴和参考。 关键词：废气焚烧炉；高温烟气：有机热载体余热锅炉；结构组成 中图分类号：ＴＫ２２９．９２ ９ 文献标识码：Ａ 作者简介：陈杭生 （１９７５一），男，大学本 科，工程师，长期从 事锅炉设计工作。 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｂｏｉｌｅｒ ｗｈｉｃｈ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｆｌｕｅ Ｇａｓ ｆｒｏｍ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｉｎｃｉｎｅｒａｔ０ｒ ＣＨＥＮ Ｈａｎｇ—ｓｈｅｎｇ （Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｒｉｃｈ Ｂｌｕｅ Ｂｏｉｌｅｒ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１１４０２，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｆｒｏｍ ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｏｒ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒ— ｇａｎｉｃ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｂｏｉｌｅｒ ｗａｓ ｍａｄｅ，ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂｏｉｌｅｒ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒ— ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ，ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｏｒ；ｈｉｇｌＩ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｆｕｅ ｇａｓ；ｏｒｇａｎｉｃ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｂｏｉｌｅｒ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ０前言 塑胶生产过程中会产生甲苯、苯乙烯及非甲烷 总烃等有害可燃气体（有机废气），废气直接排放会 对空气造成严重污染．因此，大部分企业用废气焚烧 保公司合作研发了一种蓄热式焚烧系统（ＲＴＯ），该 系统具有废气净化效率高、能耗低、无二次污染、余 热回收利用率高的特点。 １蓄热式焚烧系统（ＲＴＯ）介绍 ＲＯＴ系统由焚烧炉、有机热载体余热锅炉、节 能器及风机等组成（如图１）。有机废气经收集后通 过引风机抽入焚烧炉燃烧，运行时采用天然气、液化 气等作为助燃燃料，把燃烧温度提高到有机废气发 炉对有机废气进行处理．让废气充分燃烧分解后再 排人大气。废气焚烧炉能耗大，排烟温度高，但是， 一般情况下余热回收利用率只有３０％，甚至有些焚 烧炉根本就没有配置余热回收系统。我公司与某环 图１蓄热式焚烧系统（ＲＴＯ） 收稿日期：２０１８—０２—０３ ·研究与开发· 利用废气焚烧炉高温烟气的有机热载体余热锅炉研制 １９ 生氧化分解反应的温度，废气被分解成ＣＯ，、Ｈ，Ｏ。 焚烧炉运行时产生大量９５０ ｑＣ左右的高温烟气，高 温烟气进人有机热载体余热锅炉进行换热后，烟温 锅炉保温采用浇筑管箱和高密度折叠模块组合 布置方式，既防止高温烟气泄漏，又使表面温度降至 ５０ ｃ【二以下。 降至２８０ ｃＩ＝左右，除少量烟气作为补风回送至焚烧 炉外．大部分烟气再进入节能器换热后降至１７０℃ 余热锅炉主要由进油集箱、出油集箱、热电偶、 鳍片管受热面、光管受热面、框架、浇筑管箱、硅酸铝 以下，然后通人烟囱排向大气。 保温等组成，如图２所示。 ２锅炉容量及锅炉结构的确定 ２．１锅炉容量的确定 出 根据锅炉设计参数（如表１）计算得出： 进口烟气温度９５０℃时．烟气焓值为 １ ４３２．９ ｋＪ／ｍ。：出口烟气温度２８０ ｏＣ时，烟气焓值为 ４０４．７ ｋＪ／ｍ。。烟气放热量为：Ｑ曲：（１ ４３２．９—４０４．７） ×１５ ０００＝１５ ４２３ ０００ ｋＪ／ｈ ４ ２８４ ｋＷ。 考虑到漏风、散热等因素确定锅炉容量（供热 量）为４ ２００ ｋＷ。 进 Ｕ 有机热载体循环流量 ＝ｐ×３ ６００／［（ｔ＂－ｔ）Ｘ Ｃ Ｉ／ｏ＝４ ２００ｘ３ ６００／ｌ（２５５－２３０）×２．６４７ ８｝／８１７．４ ＝２８０ ｍ ／ｈ 烟气出口 １一鳍片管２一进油集箱３一光管４一出油集箱 ５一热电偶６一框架 ７一浇筑管箱 ８一硅酸铝保温 式中ｐ——锅炉供热量，ｋＷ 图２有机热载体余热锅炉总装图 ￡——有机热载体回油温度（２３０℃） ｆ”——有机热载体出油温度（２５５℃） Ｃ ——有机热载体介质比热容（２．６４７ ８ ｋＪ／ｋｇ·ｏＣ） ２．３有机热载体循环系统 有机热载体通过循环油泵从￣ｂ２１９进油集箱进 入，再依次进入 ６０换热光管和 ６０换热鳍片管， 最后汇集于咖２１９出油集箱。通过安装在集箱上的 热电偶温度信号调节循环油泵流量，使有机热载体 温度达到用户使用的要求。有机热载体的设计流速 为４．０６ ｍ／ｓ，满足了ＧＢ／Ｔ １７４１０（（有机热载体炉》中 对流受热面炉管内热载体的流速不低于１．５ ｍ／ｓ的 ｐ——有机热载体介质密度（８１７．４ ｋｇ／ｍ ） 表１锅炉设计参数 要求。 ３锅炉结构特点 ３．１光管烟气换热段 废气焚烧炉产生的９５０ ｃｃ高温烟气进入余热锅 炉后，先与 ６０光管横向冲刷换热，管子横向节距 ０．１０１ ６ ｍ，纵向节距０．０８８ ｍ，管子之间采用Ｒ５０的 小半径弯管连接，光管受热面积为５８ ｍ 。烟气流速 为１７．７ ｍ／ｓ，高温烟气与光管有机热载体充分换热 后，使出口炯气温度降低到６００ ｑＣ以下，再进人鳍片 ２．２锅炉结构的确定 管段进行换热。光管换热段结构如图３所示。 ３．２鳍片管烟气换热段 ＋６０鳍片管横向节距０．１０１ ６ ｍ，纵向节距 ０．０８８ ｎｑ，螺旋鳍片采用Ｏ．００５ ＩＴＩ节距密排布置，鳍 片高度为０．０１６ １３１，鳍片管受热面积为３５２ ｉｎ ，烟气 流速为９．８ ｍ／ｓ，烟气与鳍片管内有机热载体充分换 热后，出口烟气温度可降至２８０℃以下。鳍片管布 因用户场地受限．要求余热锅炉结构紧凑、占地 面积小。另外，考虑到烟气进口温度较高，受热面采 用光管与鳍片管组合布置方式．高温段采用光管．低 温段采用鳍片管，以提高鳍片管的寿命。结构上采 用小半径弯管减少横向节距。提高烟气流速，使结构 布置更加紧凑，使换热效果达到较佳状态。 ２０ 工业锅炉 ３．３锅炉保温 ２０１８年第５期（总第１７１期） 置在低温段，既可以延长鳍片的使用寿命，又可以提 高烟气流速，加强换热效果。鳍片管换热段结构如 图４所示。 略 在换热管两端各采用０．１５ ｍ深度浇筑管箱，管 箱预留孔为＋６２ ｍｉｌｌ，管箱与换热管装配后达到可 靠密封无泄漏，另外上下炉墙及烟气进出口两端采 用密度为１９２ ｋｇ／ｍ 的折叠硅酸铝保温模块（如图 ５所示），换热管弯头两侧塞满硅酸铝保温层后用盖 板盖实。整台余热锅炉外表面温度在５０℃以下。 图３光管烟气换热结构图 图５保温模块 ４锅炉热力计算 余热锅炉热力计算采用２００３年中国标准出版 社《层状燃烧及流化床燃烧工业锅炉热力计算方 法》进行计算，热力计算结果汇总见表２。 网４鳍片管烟气换热段流程图 表２余热锅炉主要受热面热力计算结果汇总表 ５实际运行效果 有机热载体余热锅炉实际运行时，选用ＹＤ一 ３４０有机热载体，仪表显示锅炉出口排烟温度为 ２８５ ｃＩＣ，有机热载体进口温度２３０℃，有机热载体出 口温度２５５ ｃＣ。循环油泵选用ＷＲＹ１２５—１００—２６０ 布置比较合理，运行性能指标均已达到设计参数要 求；锅炉余热利用率较高，满足了用户对设备经济性 和紧凑性的各项要求。隧 参考文献 『１］工业锅炉设计计算方法编委会．： 业锅炉设计计算方法 『Ｍ］．北京：中国标准出版社，２００３． 型热油泵，循环流量为３００ ＩＴＩ ／ｈ。余热锅炉运行热 效率为６８％。实际运行状况表明：余热锅炉受热面 ［２］林宗虎，徐同模．实用锅炉手册［Ｍ］．北京：化学工业出版 社．２００９．