余热锅炉的应用、分类及其设计

余热锅炉，一种高效利用能源的锅炉类型，主要依赖于工业过程中产生的废气、废料或废液中的显热，以及可燃物质燃烧后释放的热量。此外，在燃油或燃气的联合循环机组中，它还负责利用燃气轮机排放的高温烟气热量。
余热锅炉的工作原理在于其高效利用工业生产中的废气、废料或废液中的热量。这类锅炉的设计是一项复杂的工程，要求设计师具备丰富的经验和高效的设计能力，以应对不断变化的市场需求。余热锅炉主要分为火管式和水管式两种类型，其结构与常规工业锅炉相似。火管式余热锅炉蓄水量大，能有效地缓冲烟气量和用汽量的波动，但受锅筒直径和运行条件限制，其蒸发量和蒸汽压力无法达到较高水平。当烟气温度高于600℃或管板较厚时，由于烟管端和管板的冷却效果不佳，容易产生温度应力，因此不宜采用火管式余热锅炉，而应选择水管式。水管余热锅炉则通过辅助循环或自然循环方式，更有效地吸收并利用热量。
余热锅炉广泛应用于各种工业领域，如冶炼炉、焙烧窑以及燃气轮机和柴油机等动力机械的排气处理。通过安装余热锅炉，可以显著提高全系统的热能利用率。例如，在轧钢加热炉中安装余热锅炉后，全系统的热能利用率可提升约1倍。此外，余热锅炉还能在化工生产的裂解工艺中发挥急冷作用，避免高温裂解气体的重新聚合。
高温含尘废气经过余热锅炉后，不仅温度有所降低，同时还会沉降部分尘粒，这一过程对减轻环境污染以及后续除尘器的选择均大有裨益。在化工生产中，余热锅炉的排气温度需根据下游工艺的具体要求来定。余热锅炉的种类繁多，主要品种包括烧结机余热锅炉、三废混燃炉及吹风气余热锅炉、水泥窑余热锅炉、钢铁余热锅炉、危废余热锅炉、垃圾焚烧余热锅炉等。此外，还有焦化余热锅炉、有色金属冶炼余热锅炉、硫酸余热锅炉、矿热炉行业余热锅炉、玻璃窑余热锅炉、干熄焦余热锅炉、碳素窑余热锅炉、燃气蒸汽轮机余热锅炉以及炼钢余热锅炉等。
若进一步细分，余热锅炉还可按照余热的性质进行分类，主要可分为以下几大类：
高温烟气余热：这类余热主要来源于工业炉窑等高温设备，其特点是温度高、热量集中。
反应热：在化学反应过程中释放的热量，如炼钢过程中的化学反应热。
废气余热：在生产过程中产生的废气中含有的热量，如窑炉排放的废气。
蒸汽及有机物分解热：蒸汽和有机物在分解过程中产生的热量。
通过这些分类，我们可以更清晰地了解不同类型余热锅炉的特点和应用场景，从而选择合适的设备来回收利用这些余热资源。
“余热锅炉”以其独特的设计和运行方式区别于常规锅炉。它通常不配备燃烧器，而是通过充分利用废气余热或固体显热来产生蒸汽。当需要更高参数的蒸汽时，可以安装一个附加燃烧器，通过燃料的燃烧提升烟气温度，从而产生高压高温蒸汽。
例如，某余热锅炉在未装设燃烧器的情况下，入口烟气温度为500℃。一旦装上附加燃烧器，入口烟气温度可提升至756℃。这样，蒸汽的压力和温度都可以相应提升，满足高温高压汽轮机的需求，进而增加电功率输出。其设计灵活，可适应多种工艺需求，其组件包括省煤器及蒸发器等。受热面布置可在自然、强制或直流循环下工作，根据烟尘特性合理选型。
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