工业锅炉房设计(design of industrial boiler house)

装设燃用矿物燃料或冶金工厂副产燃料的工业锅炉及其辅助设施以生产蒸汽或热水的热力站设计。工业锅炉房不具有将热能转变为电能的功能。设计的主要内容有：校核设计基础资料(热负荷)，锅炉设备选择，确定鼓风和引风系统、烟气除尘系统、给水系统与汽水系统、给水处理系统、运煤和除灰系统，进行锅炉房布置。

设计基础资料   热负荷资料是确定锅炉房规模、机组选型和锅炉房热力系统设计的重要依据，包括冶金厂供热系统设计所确定的工业锅炉房供热量和压力、温度参数，各用户的用热工作制度，热负荷曲线以及工厂用热的发展和区域协作供热的资料。工业锅炉房所用燃料，应根据全厂燃料平衡设计，首先燃用冶金工艺过程中的副产燃料，如高炉煤气、碎焦等。其它设计基础资料见冶金厂热力设施设计。

锅炉设备选择   包括锅炉参数和类型的选择及容量和台数的确定。

工业锅炉一般指为工矿企业提供蒸汽或热水以满足生产工艺、动力以及采暖等需要的锅炉。工业锅炉通常根据锅炉的构造型式、燃烧方式及生产的介质等特征予以分类。设计锅炉房时，锅炉设备选型的主要因素是介质参数和燃烧方式。

国产工业锅炉设备的参数系列范围为：

蒸发量／t•h^–1                    0.2～65

出口蒸汽压力／MPa          0.49～2.45

出口蒸汽温度                      饱和～400℃

在冶金工厂中，绝大多数用户生产所需的蒸汽压力为小于1.27MPa的低压蒸汽，一般选用低压锅炉(1.27MPa及以下)向用户直接供汽。当用户有特殊要求时，如焦化厂需要1.57MPa蒸汽，才选用较高压力的工业锅炉。

在寒冷地区，为改善采暖质量和节约能源，通常以热水作为采暖介质。为此，设计需合理选用热水锅炉。国产热水锅炉的额定出口／进口水温度(℃)为95／70、115／70、130／90、150／90和180／100。冶金厂通常选用的温度参数为130／90及以下。热水锅炉和蒸汽锅炉可装设在同一锅炉房内。

国产工业锅炉的燃烧方式以层燃为主，该方式是煤在炉排上方形成一定厚度的燃料层，空气通过炉排穿过煤层并和燃料进行燃烧反应。燃烧装置常见的有固定炉排、活动手摇炉排、链条炉排、抛煤机、振动炉排、往复推饲炉排等。选择锅炉燃烧装置的决定因素，是使可供应的燃料得到经济有效的利用，以提高锅炉房的设计综合热效率和生产运行的可靠性。因此，设计应选择适合于燃料特性的高效燃烧设备。

冶金厂常用的中、小型锅炉(20t／h及以下)的燃烧设备为链条炉排，它的特点是适用的煤种较广，炉排热负荷强度高，操作简便，运行稳定。但由于着火条件较差，对煤的粒度、灰分和水分有限制要求，不适用于焦结性强和灰熔点低的煤，且炉排重量大。从节能角度看，采用抛煤机与倒转链条炉排相结合的燃烧设备有可取之处，但飞灰损失和排烟含尘量较大。中国大部分燃料煤是热值为12～20MJ／kg的烟煤，经多年使用，链条炉在工厂企业中普遍受欢迎。

除链条炉排外，推动炉排具有良好的燃烧特性，可燃用劣质煤。但由于炉排热负荷强度较低，应用受限制。

沸腾燃烧不同于层燃，是煤在一种象沸腾一样强烈跳动的炽热燃料层—沸腾床中燃烧的。由于床层较厚，热容量大，燃烧煤粒间摩擦碰撞强烈，空气供应和燃烧反应条件好，因此，它的燃烧特性较其它炉型优越。沸腾燃烧适用煤种广，能够有效地燃用高灰分、低挥发分和低热值的石煤、煤矸石以及褐煤、劣质无烟煤等。但也存在着排烟含尘浓度大，飞灰含碳量高，运行电耗大，设备磨损严重等较突出的缺点，应用受到限制，要特别注意解决好消烟除尘。80年代开始研制的循环流化床锅炉，由于具有高燃烧效率和脱硫效果，正在逐步推广使用。

根据冶金厂燃料平衡，当有副产煤气可供锅炉燃用时，设计需选用燃烧煤气(或煤和煤气混烧)的工业锅炉。一般情况下，低热值的高炉煤气是供锅炉燃用的主要气体燃料。煤气燃烧器(烧嘴)可以分为两类：火炬燃烧器和无焰燃烧器。无焰烧嘴是煤气和空气事先在烧嘴中均匀混合，故具有在最小燃烧室容积内，以最小过剩空气使煤气达到完全燃烧的特性，但容易发生“回火”现象。于是设计了介于火炬烧嘴和无焰烧嘴之间的中间型式的烧嘴，它保持了无焰烧嘴的大部分良好性能，消除了容易回火的缺陷，如带有较短的煤气、空气混合段的“半无焰烧嘴”。

确定锅炉的容量和台数与诸多因素有关，主要应掌握以下几点：(1)对用户的负荷变化适应性强。在用户热负荷的昼夜、冬夏季节变化时，使锅炉能经常处于经济负荷下运行。(2)有利于节省人力、物力和基建投资。选用的锅炉容量太小或台数过多，不仅会提高锅炉专的造价，而且会给运行、维护和管理带来不便和麻烦。采用机械加煤锅炉时，新建一般不超过4台，改扩建时，总台数不超过7台；采用人工加煤锅炉时，新建一般不超过3台，改扩建时，总台数不宜超过5台。(3)应保证锅炉房供热的安全可靠。当一台最大容量锅炉检修或事故停运时，其它锅炉仍可满足生产要求和全部用户的低标准采暖需要。(4)尽量选用同容量、同型号的锅炉设备。

鼓风和引风系统   有自然通风和机械通风两种方式，其选择取决于锅炉的容量和结构型式。机械通风是采用鼓风机和引风机来克服风、烟道阻力(包括燃烧设备阻力)。鼓风机和引风机的风量、风压是互相匹配的，使炉膛和烟道处于合理的负压下运行。自然通风则利用烟囱中烟气和外界冷空气之间的重度差所形成的抽力，来克服风、烟道全部阻力，只用于蒸发量小于1t／h的小型锅炉。

鼓风和引风系统的设计，首先是合理布置风、烟道，选择经济流速和计算风烟阻力，然后选择足以克服上述阻力的鼓风和引风系统。设计要力求减少整个风烟系统的阻力，以节省风机运行所消耗的能源。

冶金厂的工业锅炉有燃用低热值煤气的特点，相同蒸发量的锅炉，当燃用或混烧煤气时，燃烧生成的烟气量较烧煤锅炉为大，因之引风机的风量选取也相应增大。

锅炉烟气除尘系统   锅炉燃烧所排出的烟气中，带有由于燃烧不完全而生成的游离碳和因烟气的扰动作用而产生的飞灰，统称为烟尘，严重地污染了环境。为控制烟尘的污染所采取的措施，除改进锅炉的燃烧方式，减少可燃物质的不完全燃烧外，还应设计加装烟气除尘器，以降低所排放烟气中的含尘浓度，使之符合国家规定的锅炉烟气排入大气时最高允许含尘浓度。

工业锅炉常用的两种烟气除尘设备的性能为：旋风式(干式)除尘器，除尘效率为85％左右，捕集粒径大于10μm；离心水膜式(湿式)除尘器，除尘效率大于90％，捕集粒径大于5μm。烟气初始含尘浓度(g／m³)和烟尘分散度(各种粒径重量，％)对选择除尘器有重大影响。烟气除尘系统设计应考虑以下几个因素：(1)除尘效率高；(2)系统阻力小；(3)负荷适应性强；(4)是否具有脱硫等多种功能；(5)二次污染少；(6)建设投资合理。因此，设计应因炉制宜、因地制宜。为提高除尘总效率，可在主除尘器的前面，加装沉降室或百叶窗式前级除尘器；在环境要求很严格的情况下，可选用静电除尘器。

给水系统与汽水系统   给水系统设计包括锅炉房给水泵台数、容量及传动方式的确定，给水箱有效容积和个数的选择，凝结水与软水系统以及给水管路的设计。给水系统必须保证在任何情况下满足所有运行锅炉安全、正常运行的给水要求。汽水系统包括蒸汽与排汽系统、排污系统、冷却水系统以及汽水取样装置。当工业锅炉房设置蒸汽锅炉且需部分向外供应热水负荷时，则要设计换热装置以制备热水，换热器型式一般有交换式换热器和混合式换热器两种。

锅炉给水处理系统   工业锅炉的给水大多取白天然水源，含有大量可溶物和不溶物，如不加处理，会引起锅炉结垢和金属腐蚀，严重影响锅炉的安全、经济运行，还会污染蒸汽，影响使用。因此，在工业锅炉房设计中，应根据生水水质及冷凝水回收情况，拟定合理的水处理技术方案，使锅炉给水的水质指标符合有关技术法规的规定，并能在经济排污量下，使锅炉炉水符合质量标准。一般，低压(≤2.45MPa)工业锅炉的给水总硬度应达到不大于0.03毫克当量／升。

给水处理有炉外处理和炉内处理。(1)锅炉给水炉外处理包括水的净化、软化、除盐和除氧(气)。净化是为了从生水中除去悬浮物，一般采用凝聚、沉淀和过滤；软化是为了降低给水的硬度(钙、镁离子)，一般采用离子交换，移动床离子交换是新型的连续式处理方法，与较固定床离子交换(顺流再生和逆流再生)相比，具有节省树脂40％～60％和水质稳定的优点；除盐是为了降低水的碱度和含盐量，只在工业锅炉排污率过大时采用；除氧(气)是为了除去溶解于水中的具有腐蚀性的气体(氧和二氧化碳)，一般采用热力除氧，对单层布置的锅炉则可采用解吸除氧等方式。(2)锅炉给水的炉内处理主要是向炉内加入防垢剂和校正剂。

运煤和除灰系统   在燃煤的工业锅炉房中，运煤系统设计是指煤从煤场到炉前的输送系统设计，包括煤的转运、破碎和筛选。除灰系统设计是指燃烧残余物(灰渣)从锅炉下面的渣斗和除尘器下面的灰斗到锅炉房外灰渣堆放场的输送系统设计。

除小容量的锅炉房外，运煤除灰都采用机械化系统。系统的选择主要是根据锅炉房的耗煤量、灰渣量和地形情况、自然条件等，经技术经济比较后确定。在容量较大的工业锅炉房设计中，胶带机运煤和低压水力除灰系统得到较广泛采用。

锅炉房布置   锅炉房可分为锅炉间、辅助间、风机间及运煤层等部分。锅炉间装设锅炉主机设备，其面积、层高、平台、通道以及采光、通风等条件，要保证锅炉的运行、维修需要，一般设单独的控制室。管道系统应使汽、水、风、烟、煤气等介质的流程简短、通畅。辅助间设有水处理设备、给水泵、维修间、化验室以及生产服务设施，布置在锅炉房固定端，可设计为多层建筑。较大容量的锅炉房，除尘和引风设备可露天布置。在锅炉房区域内，还布置有运煤、除灰设旌和烟道烟囱。机械化运煤系统与锅炉房固定端的运煤层相连，除灰系统与锅炉房底层的灰渣排放装置相连。锅炉房的位置应符合有关环境卫生标准的要求，避免和减少烟尘、有害气体对周围环境的影响，并位于主导风向的下风向。锅炉房应靠近热负荷大和热负荷集中的地区，并有利于合理布置热力管道和燃料、灰渣的运输及存放。

双层布置的锅炉房剖面见示意图。