余熱鍋爐是利用各種工業(yè)過(guò)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(jì)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(duì)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師依賴性大、設(shè)計(jì) 周期長(zhǎng)、知識(shí)重用性差等問(wèn)題，能否快速開(kāi)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(dòng)的條件下汽壓波動(dòng)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(guò)程中的氣體或廢氣、廢液，以及某些動(dòng)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(dòng)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(gè)重要因素。如進(jìn)口煙氣溫度為400～900℃時(shí)，鍋爐內(nèi)主要設(shè)置對(duì)流管束，不設(shè)置爐室；但煙塵熔化點(diǎn)低時(shí)也有例外，應(yīng)設(shè)置冷卻爐室以控制進(jìn)入對(duì)流煙道的入口煙的溫度，避免灰渣在對(duì)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(shí)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(guò)余熱鍋爐后，除溫度降低外，還可沉降一部分塵粒，這對(duì)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(guò)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(dòng)力機(jī)械和化工生產(chǎn)過(guò)程用的余熱鍋爐，則依靠進(jìn)氣自身的壓力使之通過(guò)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(shí)，其布置形式與一般的工業(yè)鍋爐無(wú)多大區(qū)別。當(dāng)高溫廢氣中含有大量堆積性細(xì)灰時(shí)，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(duì)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(duì)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?jiàn)的一種形式，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(guò)程用汽在工業(yè)過(guò)程后冷凝減小時(shí)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(guò)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(duì)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(duì)鍋爐進(jìn)、出煙口標(biāo)高的限制;有的對(duì)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(jí)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(jí)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(jí)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(dòng)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(guò)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(dòng)力。
2.強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐：煙氣通?？偸谴怪钡亓鬟^(guò)水平方向布置的管簇的。通過(guò)循環(huán)泵來(lái)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(guò)各受熱面變成過(guò)熱蒸汽。在蒸發(fā)受熱面中，工質(zhì)的流動(dòng)是由給水泵壓頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。
三、余熱鍋爐特點(diǎn)
“余熱鍋爐”通常是沒(méi)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(gè)附加燃燒器。通過(guò)燃料的燃燒使整個(gè)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(shí)，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(méi)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(guò)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(guò)熱器中飽和蒸汽被加熱升溫成為過(guò)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(jì)時(shí)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(shuō)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。
