摘 要

我国第二产业占比很大，其中高耗能产业数量庞大，在倡导生态环保的现在，高耗能企业的节能降耗措施显得尤为重要。我国的工业生产产生的余热资源量特别庞大，在许多工业生产中余热的总量占消耗燃料总量的 20%～ 65%。利用产生的余热对于企业的节能降耗极为有效。例如应用广泛的炭素，在其生产过程中煅烧炉产生了大量高温气体，使用余热锅炉来利用这些余热烟气是节能降耗的切实有效的方式。本课题所做的是对年产90万吨/年炭素煅后焦的煅烧炉产生的烟气进行余热锅炉系统设计从而有效利用其中余热资源。

本课题所设计的余热锅炉循环方式为自然循环，利用高温烟气来加热水，使其变成高温蒸汽。余热锅炉系统中主要装置包括蒸发器、省煤器和汽包。烟气流量为110000Nm³/h，烟气进口温度为370℃。回收的余热使104℃的水产生0.8MPaG的饱和蒸汽，同时余热锅炉内烟气阻力降≤800Pa。

所设计的设备考虑了热膨胀、流动和传热的均匀性、内保温等方面的内容，确保余热锅炉水汽循环畅通。为避免省煤器中的低温露点腐蚀，省煤器中换热管采用径向热管，换热管材质均为碳钢。对上述要求的余热锅炉系统进行热力计算，重点对蒸发器和省煤器进行结构布置和施工图设计；对余热锅炉的整个热力系统进行工艺设计（包括配管、保温、阀门选型等），并设计系统流程图。

在装置结构设计时，应该注意的问题有：烟道水平放置、装置的排污、装置的保温、装置及换热管的强度等。

最后，本课题对整个余热锅炉系统进行主要设备的施工图设计，包括总装配图、蒸发器部分、省煤器部分及主要各零部件图。

关键词： 节能降耗 炭素烟气 余热锅炉

Design of Waste Heat Boiler System for The Gas At Medium Temperature from Calciner of Produce Charcoal Element at 900,000 Tons / Year

Abstract

Chinese secondary industry accounts for a large proportion, of which a large number of high-energy-consuming industries, in the promotion of ecological environmental protection, high-energy-consuming enterprises of energy-saving measures are particularly important. The amount of waste heat resources generated by China's industrial production is particularly large, and the total amount of waste heat in many industrial production accounts for 20% to 65% of the total fuel consumed. The use of the generated waste heat is extremely effective for the company's energy saving and consumption reduction. For example, carbon, which is widely used, generates a large amount of high-temperature gas in the calciner during its production. Using residual heat boilers to utilize these waste heat fumes is an effective and effective way to save energy and reduce consumption. What this project has done is to design the waste heat boiler system for the flue gas produced by the calciner with an annual output of 900,000 tons/year carbon calcined coke so as to effectively utilize the waste heat resources.

The waste heat boiler circulation method designed in this project is a natural circulation. High-temperature flue gas is used to heat the water in the heat exchange device to generate high-temperature steam. The main equipment in the waste heat boiler system includes an evaporator, an economizer and a steam drum. The flue gas flow is 110000 Nm3/h and the flue gas inlet temperature is 370°C. The waste heat recovered produces a saturated steam of 0.8 MPaG at 104°C, while the smoke resistance drop in the waste heat boiler is ≤800 Pa.

The designed equipment takes into consideration the thermal expansion, the uniformity of flow and heat transfer, the internal insulation, etc. to ensure the smooth circulation of water and steam in the waste heat boiler. In order to avoid the low-temperature dew point corrosion in the economizer, the heat exchange tube in the economizer adopts a radial heat pipe, and the material of the heat exchange pipe is carbon steel. The above requirements of the waste heat boiler system for thermal calculations, focusing on the convection evaporator and economizer selection and structural design; the waste heat boiler entire thermal system process design (including piping, insulation, valve selection, etc.).

During the design of the device structure, the following issues should be noted: the horizontal placement of the flue gas, the discharge of the device, the insulation of the device, the strength of the device, and the heat exchange tube.

Finally, this project is to design the construction drawings of the main equipment of the entire waste heat boiler system, including the general assembly drawing, the convection evaporator part, the economizer part and the major parts and components drawings.

Key words: Energy saving; the gas from calciner of produce charcoal element

; waste heatboiler

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题的研究背景及目的 1

1.2炭素行业的余热利用 1

1.2.1炭素工艺简介 1

1.2.2炭素工艺生产中余热利用的可能性 1

1.2.3炭素烟气余热利用方式 2

1.2.4炭素烟气的脱硝 3

1.3炭素烟气余热锅炉 3

1.3.1炭素烟气余热锅炉的分类 3

1.3.2炭素烟气余热锅炉的选型 3

1.3.3 余热锅炉内的设备结构形式 4

1.3.4炭素烟气余热锅炉运行时可能面临的问题 4

1.4炭素厂余热锅炉工程实例 5

1.5课题的必要性和意义 6

第二章 90万吨/年炭素烟气余热锅炉系统设计 7

2.1 设计要求 7

2.2 余热回收设计中要考虑的问题 7

2.3 热力计算中遇到的问题 8

2.4 图纸设计所遇到的问题 8

第三章 热力计算书及结构设计 9

3.1 原始设计参数 9

3.2 炭素烟气成分 9

3.3 热平衡计算 9

3.4 对流蒸发器的设计 11

3.4.1 蒸发器的热力计算 12

3.4.2 蒸发器结构计算 14

3.5 省煤器的设计 19

3.5.1 省煤器的热力计算 19

3.5.2 省煤器结构计算 21

3.6 汽包的容积计算 27

第四章 施工图设计 28

第五章 总结 29

参考文献 30

致 谢 32

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及目的

能源是经济发展的基础，正如人身体中的血液一样。能源的可持续发展才能保证血液的不断循环。从能源行业选择的可持续发展道路上,我们更多看到的是国家对环境的责任^[1]。在十九大报告中，总书记强调了生态文明建设的重要性以及取得的成效。在这样的时代背景下，加上政府鼓励、政策利好，节能减排行业如雨后春笋般鲜活复苏^[2]。十八大以来，国家加大节能降耗投入并扎实推进节能减排，高耗能企业余热余能得到有效的回收利用，国家重点关注的行业能源回收能力有着极大提升。余热回收利用成效显著^[3]。

我国的第二产业的余热资源量非常丰富，在企业生产中余热量占所消耗燃料的 20%～ 65%。最让人意外的是，可回收利用的余热资源占余热总资源的60%^[4]。由此可见，高耗能企业的燃料节约、余热资源回收利用在当下非常重要。而解决这个问题的主要方法是通过创建高效的热工工厂和低能耗的新生产工艺来提高热效率^[5]。现今，我国的中高温余热利用技术比较完善^[6，7]。但结合企业实际，总体来看我国的能源利用的效率比较低^[8，9]。

1.2炭素行业的余热利用

1.2.1炭素工艺简介

炭素制品是指将石油焦、无烟煤、天然石墨等炭素材料经过一系列加工得到的具有一定形状及物理化学性质的产品^[10]。炭素制品重点用于冶金，如金属的冶炼、以及生产电石等企业。炭素企业一般以焦炭作为原料，用煤沥青作黏结剂，经原料制备、配料、混捏、压型、焙烧等工艺加工成各种炭素制品^[11]。

1.2.2炭素工艺生产中余热利用的可能性

锻烧是炭素生产过程中耗能最大的环节。在中国，生产炭素制品的企业中一般使用回转窑和罐式锻烧炉锻烧原料^[12，13]。回转窑的优点是产能大^[14] 、企业基础建设的投入比较少、设备的自动化水平比较高。但是缺点也十分显著：炭质损耗高,加上回转窑能耗高,其使得实际工作的理想性非常不佳。锻烧炉具有产品质量稳定、炭质烧损低 ^[14]、操作简单、日常维护工作量小、能耗低等优点。煅烧工序所产生的高温废气具有温度高、流量大的特点^[16]。