余熱鍋爐是利用各種工業(yè)過程中的廢氣、廢料或廢液中的顯熱或(和)其可燃物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的熱量的鍋爐。或在燃油(或燃?xì)?的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中，利用從燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫?zé)煔鉄崃康腻仩t。
一、余熱鍋爐的工作原理
節(jié)能余熱鍋爐設(shè)計是一項(xiàng)復(fù)雜繁瑣、可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求很高的大型工 程，目前普遍存在著對有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計師依賴性大、設(shè)計 周期長、知識重用性差等問題，能否快速開發(fā)出客戶所需的新產(chǎn)品，關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展。
余熱鍋爐分為火管式和水管式兩類。其結(jié)構(gòu)與工業(yè)鍋爐相類似。火管式余熱鍋爐蓄水量大，在煙氣量和用汽量波動的條件下汽壓波動較小，但其蒸發(fā)量和蒸汽壓力均受鍋筒直徑和運(yùn)行條件的限制。
此外，煙管端和管板由于冷卻不佳和溫度應(yīng)力較大，在煙的溫度高（高于600℃）、管板厚的情況下不宜采用這種鍋爐,而宜采用水管余熱鍋爐。水管余熱鍋爐有輔助循環(huán)和自然循環(huán)兩種循環(huán)方式。
余熱鍋爐利用工業(yè)生產(chǎn)過程中的氣體或廢氣、廢液，以及某些動力機(jī)械排氣的熱量產(chǎn)生蒸汽或熱水的鍋爐。余熱鍋爐是重要的節(jié)能設(shè)備各種冶煉爐和焙燒窯的排煙溫度為650～1250℃；燃?xì)廨啓C(jī)和柴油機(jī)等動力機(jī)械的排氣溫度為370～540℃。
安裝余熱鍋爐吸收這些排煙中的部分熱量，全系統(tǒng)的熱能利用率可以顯著提高。例如軋鋼加熱爐安裝余熱鍋爐后，全系統(tǒng)熱能利用率甚至可提高1倍左右。
進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣溫度，是決定余熱鍋爐受熱面布置形式的一個重要因素。如進(jìn)口煙氣溫度為400～900℃時，鍋爐內(nèi)主要設(shè)置對流管束，不設(shè)置爐室；但煙塵熔化點(diǎn)低時也有例外，應(yīng)設(shè)置冷卻爐室以控制進(jìn)入對流煙道的入口煙的溫度，避免灰渣在對流管排間搭橋。
在化工生產(chǎn)的裂解工藝中，為避免高溫裂解氣體的重新聚合，需要將高溫裂解氣體急速冷卻到裂解反應(yīng)停止的溫度，這時余熱鍋爐就成為不可缺少的急冷工藝設(shè)備。
高溫含塵廢氣通過余熱鍋爐后，除溫度降低外，還可沉降一部分塵粒，這對減輕環(huán)境污染和選擇除塵器都是有利的。在化工生產(chǎn)過程中，余熱鍋爐的排氣溫度取決于下一道工藝的要求。
工業(yè)爐窯用的余熱鍋爐，一般利用引風(fēng)機(jī)將排氣排往大氣；動力機(jī)械和化工生產(chǎn)過程用的余熱鍋爐，則依靠進(jìn)氣自身的壓力使之通過余熱鍋爐，并排往大氣或進(jìn)入下一道工藝裝置。
當(dāng)進(jìn)口的煙氣溫度或廢氣燃燒溫度在1100℃以上時，其布置形式與一般的工業(yè)鍋爐無多大區(qū)別。當(dāng)高溫廢氣中含有大量堆積性細(xì)灰時，鍋爐的管排應(yīng)垂直布置，并使煙氣以較高煙速(約20米／秒)縱向沖刷管排。
對于含有腐蝕性煙塵的高溫廢氣，流速應(yīng)低(約8米/秒)而均勻，并采取其他防磨措施對于含有二氧化硫(SO2)的腐蝕性高溫廢氣，通常排煙溫度應(yīng)較高，而不采用加熱給水的省煤器，目的是提高金屬壁溫，防止金屬受到硫酸腐蝕。
二、余熱鍋爐分類
主要余熱鍋爐品種有：燒結(jié)機(jī)余熱鍋爐、三廢混燃爐及吹風(fēng)氣余熱鍋爐、水泥窯余熱鍋爐、鋼鐵余熱鍋爐、危廢余熱鍋爐、垃圾焚燒余熱鍋爐、焦化余熱鍋爐、有色金屬冶煉余熱鍋爐、硫酸余熱鍋爐、礦熱爐行業(yè)余熱鍋爐、玻璃窯余熱鍋爐、干熄焦余熱鍋爐、碳素窯余熱鍋爐、燃?xì)庹羝啓C(jī)余熱鍋爐、煉鋼余熱鍋爐等。
(一)按余熱的性質(zhì)可分為以下幾大類：
1.高溫?zé)煔庥酂幔核浅Ｒ姷囊环N形式，其特點(diǎn)是產(chǎn)量大、產(chǎn)點(diǎn)集中，連續(xù)性強(qiáng)，便于回收和利用，其帶走熱量占總熱量的40~50%，該余熱鍋爐回收熱量，可用于生產(chǎn)或生活用熱及發(fā)電。
2.高溫爐渣余熱：如高爐爐渣、轉(zhuǎn)爐爐渣、電爐爐渣等，該爐渣溫度在1000℃以上，它帶走的熱量占總熱量的20%。
3.高溫產(chǎn)品余熱：如焦?fàn)t焦碳、鋼錠鋼坯、高溫鍛件等，它一般溫度.很高，含有大量余熱。
4.可燃廢氣、廢液的余熱：如高爐煤氣、煉油廠的催化裂化再生廢氣、造紙廠的黑液等，它們都可以被利用。
5.化學(xué)反應(yīng)余熱：如冶金、硫酸、磷酸、化肥、化纖、油漆等工業(yè)部門，都產(chǎn)生大量的化學(xué)反應(yīng)余熱。
6.冷卻介質(zhì)余熱：如工業(yè)爐窯的水套等冷卻裝置排出的大量冷卻水，各種汽化冷卻裝置產(chǎn)出的蒸汽都含有大量的余熱，它們都可以被合理利用。
7.冷凝水余熱：各工業(yè)部門生產(chǎn)過程用汽在工業(yè)過程后冷凝減小時所具有的物理顯熱。
(二)由于余熱是與其它生產(chǎn)設(shè)備及工藝密切相關(guān)，故余熱利用又具有以下特點(diǎn)：
1.熱負(fù)荷不穩(wěn)定，主要有工藝生產(chǎn)過程所決定。
2.煙塵的成分、濃度、粒度差別比較大。從而使鍋爐的受熱面布置受影響，必須考慮防磨、堵灰及除塵。
3.煙氣成分的多樣性，使有的煙氣具有腐蝕性。如煙氣中的SO2、煙塵或爐渣中的各種金屬和非金屬元素等都可能對余熱設(shè)備產(chǎn)生低溫或高溫腐蝕和積灰。
4.受安裝物所固有條件的限制。如有的對鍋爐進(jìn)、出煙口標(biāo)高的限制;有的對鍋爐排煙溫度的限制，使其滿足生產(chǎn)工藝的要求。
(三) 由于余熱煙氣性質(zhì)的不同，故使余熱鍋爐的種類、結(jié)構(gòu)形式各不相同。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為管殼式余熱鍋爐和煙道式余熱鍋爐兩大類。按余熱鍋爐進(jìn)口煙氣含塵量和煙氣特性又
可分為以下五類：
1.煙氣中含塵量不大于20g/Nm3的余熱鍋爐為第一類余熱鍋爐;
2.煙氣中含塵量大于20g/Nm3且不大于70g/Nm3的余熱鍋爐為第二類余熱鍋爐;
3.煙氣中含塵量大于70g/Nm3的余熱鍋爐為第三類余熱鍋爐;
4.煙氣中含有粘結(jié)性煙塵的余熱鍋爐為第四類余熱鍋爐;
5.煙氣中含有強(qiáng)腐蝕成分或具有有毒煙氣的余熱鍋爐為第五類余熱鍋爐。
按余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽的壓力等級分類
目前余熱鍋爐采用有單壓、雙壓、雙壓再熱、三壓、三壓再熱等五大類的汽水系統(tǒng)。
1.單壓級余熱鍋爐：余熱鍋爐只生產(chǎn)一種壓力的蒸汽供給汽輪機(jī)。
2.雙壓或多壓級余熱鍋爐：余熱鍋爐能生產(chǎn)兩種不同壓力或多種不同壓力的蒸汽供給汽輪機(jī)。
按受熱面布置方式分類
1.臥式布置余熱鍋爐
2.立式布置余熱鍋爐
按工質(zhì)在蒸發(fā)受熱面中的流動特點(diǎn)(工作原理)分類
1.自然循環(huán)余熱鍋爐：煙氣是水平方向地流過垂直方向安裝的管簇的。管簇中的水汽混合物與下降管中冷水的密度差，是維持蒸發(fā)器中汽水混合物自然循環(huán)的動力。
2.強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐：煙氣通常總是垂直地流過水平方向布置的管簇的。通過循環(huán)泵來保證蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)流量的恒定。
3.直流余熱鍋爐：直流余熱鍋爐靠給水泵的壓頭將給水一次通過各受熱面變成過熱蒸汽。在蒸發(fā)受熱面中，工質(zhì)的流動是由給水泵壓頭來實(shí)現(xiàn)。
三、余熱鍋爐特點(diǎn)
“余熱鍋爐”通常是沒有燃燒器的，如果需要高壓高溫的蒸汽，可以在“余熱鍋爐”內(nèi)裝一個附加燃燒器。通過燃料的燃燒使整個煙氣溫度升高，能夠產(chǎn)生高參數(shù)的蒸汽。
例如某余熱鍋爐不裝燃燒器時，入口煙氣溫度為500℃，裝設(shè)附加燃燒器后，可使入口煙氣溫度達(dá)到756℃。蒸汽的壓力可以從4MPa升到10MPa，蒸汽的溫度可以從450℃升到510℃，蒸汽可以供高溫高壓汽輪機(jī)用，從而增加了電功率輸出。
余熱鍋爐主要是利用廢氣作為熱源，因此不需要燃燒系統(tǒng)(除非有補(bǔ)燃要求)。
余熱鍋爐與常規(guī)鍋爐的區(qū)別：
余熱鍋爐利用已有廢氣余熱或固體顯熱。
余熱鍋爐可在多壓狀態(tài)下產(chǎn)生蒸汽提高了熱回收效率。
余熱鍋爐沒有燃料燃燒裝置。
余熱鍋爐作為余熱利用要適應(yīng)于主工藝的需求，不能影響主工藝的運(yùn)行。
余熱鍋爐受熱面布置形式多樣化。
通常余熱鍋爐由省煤器、蒸發(fā)器、過熱器以及聯(lián)箱和汽包等換熱管組和容器等組成，在有再熱器的蒸汽循環(huán)中，可以加設(shè)再熱器。在省煤器中鍋爐的給水完成預(yù)熱的任務(wù)，使給水溫度升高到接近飽和溫度的水平;在蒸發(fā)器中給水相變成為飽和蒸汽;在過熱器中飽和蒸汽被加熱升溫成為過熱蒸汽;在再熱器中再熱蒸汽被加熱升溫到所設(shè)定的再熱溫度。
四、余熱鍋爐選型
余熱鍋爐設(shè)計時所應(yīng)具備的條件
1、煙氣側(cè)參數(shù)：
煙氣量(標(biāo)況或工況)、煙氣進(jìn)口溫度、煙氣成分、煙氣含塵量、煙氣側(cè)壓力(正壓或負(fù)壓)、鍋爐煙氣側(cè)系統(tǒng)阻力
2、鍋爐參數(shù)：
鍋爐額定蒸發(fā)量、鍋爐額定蒸汽壓力、鍋爐額定蒸汽溫度、鍋爐排煙溫度
3、其它參數(shù)：
主煙氣系統(tǒng)所屬行業(yè)、系統(tǒng)工藝說明、鍋爐安裝形式、鍋爐結(jié)構(gòu)形式、鍋爐安裝地氣象參數(shù)或其它特殊要求。
