废热锅炉是指利用工业生产过程中的余热来生产蒸汽的锅炉。它属于一种高温、高压的换热器。废热锅炉较早是用来产生一些低压蒸汽,回收的热量有限,只是作为生产的一般辅助性设备。随着生产技术的发展,废热锅炉的参数逐渐提高,废热锅炉由生产低压蒸汽的工艺锅炉转变为生产高压蒸汽的动力锅炉。废热研究的新成果不断涌现研究的新成果不断涌现得在废热锅炉设计、制造、使用、安全管理等领域的研究的新成果不断涌现。

废热锅炉根据应用场合分为电站废热锅炉和化工废热锅炉。

1、电站废热锅炉

电站废热锅炉是IGCC电站系统气化岛中的关键设备，与化工用废热锅炉有很大不同。采用废热锅炉对IGCC煤气化后的合成气显热进行有回收能够提高IGCC电站机组的发电效率。合成气显热的利用分为高温段、中温段、低温段三部分，分别由辐射式废热锅炉、对流式废热锅炉、回热加热器利用。因此，电站废锅可分为辐射式和对流式，其中对流式废锅又分火管式和水管式，火管式已经不再使用。另外，将辐射废锅和对流废锅结合为一个整体进行设计，称为辐射对流一体废锅，这可以大大降低投资成本，但国内技术尚不成熟。

当今世界IGCC电站技术是前景最广的发电技术，IGCC商业化的关键是气化岛技术，而废热锅炉正是其关键设备。因此，电站废热锅炉技术的是解决IGCC商业化应用瓶颈的最关键技术之一。

2、化工废热锅炉

利用生产过程中的高温物流作为热源来生产蒸汽的换热器，它既是工艺流程中高温物流的冷却器，又是利用余热提供蒸汽的动力装置。如在乙烯装置中，将从管式炉出来的裂解气(温度高达800～900℃)直接送入急冷废热锅炉，在0.1s内温度降到350～600℃，这样既可以防止因过度裂解而降低乙烯收率，又可生产10MPa以上的高压蒸汽，对提高整个工厂的热效率和经济效益起着重要作用。在硝酸、酸、合成氨及石油炼制工业等许多生产过程中都普遍使用废热锅炉，使生产过程所需的动力和热能得以全部或部分自给。

根据结构形式，废热锅炉可分为管壳式和烟道式以及双套管式废热锅炉。

管壳式废热锅炉的结构与管壳式换热器无多大区别，并同样有固定管板式、浮头式及U型管式等。烟道式废热锅炉的结构与普通锅炉相似，由耐火砖砌成炉膛，炉膛内装设管束，高温气体通过炉膛，将管束内流动的水加热汽化。

根据高温气体通过管内还是管外，废热锅炉分为火管废热锅炉和水管废热锅炉。火管废热锅炉是高温气体在炉管内流动。沸水从汽包经下降管流入锅炉底部，在管壁受热，变为汽水混合物，由上升管返回汽包。火管废热锅炉结构简单，因壳体承受蒸气压力，适用于生产压力不高的蒸汽。水管废热锅炉是沸水流过管内，高温气体流经管外。因锅炉壳体不承受蒸气压力，适用于生产高压蒸汽。

根据沸水的流动形式，水管废热锅炉又可分为：①自然循环式，管内沸水流动的推动力是下降管内的水与上升管内的汽水混合物之间的重度差。为保证一定的循环量，汽包需有足够的安装高度。②强制循环式，在下降管路中安装循环泵，借以提高管内沸水流速，防止气泡停滞恶化传热。因这种锅炉在运转、维修、投资等方面有许多不利因素，仅在特殊场合采用。

1、传统废热锅炉结构

传统废热锅炉总体结构见图1， 汽包与废热锅炉本体之间通过4根上升管及2根下降管联结， 利用汽水密度差及汽包的高位实现自然循环， 使系统安全运行。图1中捕集器设置在废热锅炉本体出口管箱内， 冷却后的过程气流经捕集器使液态收集后经冷却后排出并收集。由于传统废热锅炉结构原因， 必须在反应器前后布置两套废热锅炉才能实现充分回收。

2、新型废热锅炉结构

新型废热锅炉结构上最突出的创新点是减少了低温过程气冷却器II (低温废热锅炉)。根据废热锅炉设计工艺参数， 取消了低温废热锅炉后， 必须在高温废热锅炉本体或汽包中增设能使过程气再次冷却的换热器， 以便使经反应器反应后的含过程气冷却并产生蒸汽和回收资源。通常废热锅炉主要由废热锅炉本体、汽包及上升管和下降管组成。废热锅炉本体其实质是一台蒸发换热设备， 热源为高温过程气， 被加热介质为接近饱和的锅炉水; 汽包应具有足够的蒸汽容积和水容积， 主要作用是使本体中换热管在热负荷作用下能持续得到适当的水量， 并由汽包的高位系统及汽水密度差获得一定的循环动力， 以满足水循环可靠性的各项要求; 汽包内部设置汽水分离装置， 使汽水混合物在汽包内充分分离， 得到含水及杂质少的蒸汽;锅炉给水在进入废热锅炉本体前在汽包内加热到饱和， 提高了循环动力; 饱和的锅炉水经下降管流入废热锅炉本体进行加热蒸发， 本体中的汽水混合物经上升管流入汽包， 如此循环达到废热锅炉系统的安全运行; 根据汽包的独特作用， 一般汽包内不能设置蒸发换热管， 以免影响水循环和废热锅炉本体的安全可靠性。

对废热锅炉设计参数作了多种方案进行比较，并通过传热计算、流阻计算及水循环计算， 提出了两种一体化设计方案。即在汽包筒体下半部储水部分直接增设一组蒸发器的方案以及在废热锅炉本体中直接增设一组蒸发器的方案。经传热计算、流阻计算及设备强度计算， 在废热锅炉本体中直接增设一组蒸发器存在两大缺陷， 一方面造成设备结构极为复杂; 另一方面废锅本体管板由于两组蒸发器介质温差的不同而引起的管板上下两部分的温差应力较大， 管板的设计困难， 甚至很难确保废锅运行过程中的安全可靠性。而在汽包筒体下半部储水部分增设一组蒸发器， 虽然有别于传统汽包的设计， 但根据设计参数进行详细计算， 其结果完全可行， 并能确保系统水循环正常工作。最终设计的新型废热锅炉系统总体结构见图2。

与普通锅炉相比，废热锅炉的主要特点是：

①高温高压，如合成氨生产中重油气化炉后的废热锅炉，进口气温为1350℃，压力为3.2～4.0MPa；

②急冷，在某些工艺过程（如石油烃裂解制乙烯）中，为减少副反应，须尽快地将气体降温，因而废热锅炉应具有高的传热速率；

③严格控制气体出口温度，高温气体（如裂解气）冷却时，若温度低于高沸点组分的露点，这些组分将冷凝析出。如果其中含有腐蚀性气体（如SO3），还会形成酸雾，腐蚀设备；

④粉尘含量高，某些高温气体含有粉尘（如酸厂沸腾炉出口炉气含尘量约200g/m，石油裂解气则含有炭黑等微粒），必须在结构上充分考虑粉尘堵塞和冲刷磨蚀；

⑤低的压力降，气体的压力降必须控制在工艺条件许可的范围内；

⑥密封，有些高温气体是易燃、易爆或有毒的，这时密封常成为废热锅炉生产设计中的难题。

1、水质处理对废热锅炉使用寿命的影响

（1）废热锅炉外的水处理

水是影响废热锅炉使用寿命与安全正常运行的重要因素之一， 加入炉内水质的好坏与否常常直接决定着废热锅炉能否正常操作。所以在水加入废热锅炉之前要经过软化、除盐 、热力除氧等一系列的良化措施， 以达到改善水质的目的

（2）废热锅炉内的水处理

要充分地延长废热锅炉的使用寿命， 最大限度地发挥其热功效率， 保证锅炉安全而正常的生产仅仅靠炉外的水处理工作是不够的， 还应在重视炉外水处理质量的同时， 控制好炉内水的各项品质指标，注重加强锅炉内的水处理工作。诸如：在新安装的锅炉投产前要进行煮炉， 煮炉后应进行酸洗， 投产后在对锅炉进行定期排污的同时还要保持锅炉的连续排污， 以及向锅炉内定时添加化学药剂等。

2、水质输送对废热锅炉使用寿命的影响

水是废热锅炉正常生产的命脉， 如果锅炉一旦发生缺水而造成干锅现象， 就势必会打乱正常的生产， 造成严重后果。因此在注重锅炉内水处理的同时， 还要强化对输送水的设备-多级离心水泵的操作， 使其能连续而稳定的运转， 从而为废热锅炉的高效生产提供水源保证。此外在多级式离心水泵本体特性一定的情况下， 要多重视给水泵出口的再循环管路， 给水泵出口管上安装的逆止阀及与泵出口管上逆止阀上的旁路阀等管道与阀门的工作特性和工作情况。

（1） 多级离心泵出口再循环管的影响

为了将给水送入锅炉， 并使给水调节阀具有良好的调节特性， 锅炉给水泵出口的压力除了要克服汽包的工作压力外， 还要克服给水管路的流动阻力及给水泵出口至汽包高度差形成的静压差， 并要保持给水调节阀前后一定的压差。通常给水泵的出口压力比汽包工作压力高30%~40%。

（2） 多级离心泵出口管逆止阀的影响

为了使备用泵处于随时可以启动的状态和启动后能立即正常供水， 备用泵的入口和出口阀必须处于全开位置。为了防止给水泵出口母管内压力很高的水经备用给水泵返回到处理槽内， 造成备用给水泵倒转和出口母管压力降低， 不能向锅炉正常供水，因此每台给水泵的出口均应安装逆止阀。

影响废热锅炉的使用寿命与正常安全生产的其它因素还有许多， 只有将影响其生产的各项指标调控在一定范围之内， 才能充分发挥其良性作用， 让使用寿命延长。锅炉的设计、制造、安装、运行和检修涉及流体力学、传热学、金属学、锅炉原理、物理、化学、自动控制和测量等多种学科， 切实提高锅炉操作人员的理论与实际水平， 对于节约燃料， 保护环境和安全生产都有着重要的意义。

（1）锅炉用软水质量问题 锅炉用软水水质差， 导致换热列管结垢， 影响产汽量。软水中含盐量高， 在换热列管外管壁形成水垢， 水垢对传热过程有很大阻碍。

（2）列管、中心管焊接质量引起的故障 这类故障大都集中于一些角焊缝， 及在焊后不能用X射线探伤检查的焊道上， 多为夹渣、气孔、未熔合、未熔透等缺陷， 其强度难以适应设备在生产运行中的热胀冷缩而产生裂漏。

（3）设计安装上存在的问题 不能忽视了设备运行中热胀冷缩的变化。

（4）使用过程中存在的问题 未严格按工艺指标操作， 超温、锅炉缺水、“干锅”等异常情况引起故障。未按要求对废热锅炉内部耐热衬里进行烘炉， 该锅炉在更换下来后发现内部耐热衬里有大量裂纹。

首先要从锅炉制作质量抓起。一定要选有制作III类容器资格的厂家去制作， 在制作过程中，不允许有违反焊接要求的缺陷存在。一定要严格控制耐热衬里浇注材料的配比，制作专用模具， 密实浇注， 要充分养护， 万不可图快。要按设计要求装配锅炉各部件， 并由技师指导监督完成。如耐热衬套、衬板和各列管的保护小套管的组装要严格、认真、规范、牢固。特别是气体出口中心调节阀的组装更要规范， 测量好尺寸， 调整好阀头行程， 保证该阀灵活、可靠。列管、中心管裂漏的检修。对管板焊缝裂漏的处理方法首先要通过着色检查， 确定裂纹后，再进行打磨开坡口， 并按焊接工艺要求进行补焊。对列管与管板内焊口出现裂纹， 尽量避免堵管， 运用在管内沿焊缝重新补焊的方法， 尽量保持换热面积。

操作人员应具备熟练操作的能力， 使设备正常运转中避免超温、锅炉缺水、“干锅” 等事故。同时在升温、降温过程中严格控制升温、降温速率。锅炉在运转过程中易形成水垢。对有加药设备的系统， 注意药的配比。加药后应严格按要求进行排污， 避免形成新的垢层。对没有加药设备的系统， 定期洗炉是必要的。

（一）水压试验

锅炉安装，修理后，必须进行水压试验，其方法如下；

1、检查上、下炉筒内是否有工具和杂物，然后装好入孔。将安全阀用盲法兰密封，水压试验后拆除。

2、检查压力表和导管，确认性能良好。注入淡水，试验用水温度最好20℃左右。

3、打开上部放气阀，将空气排出，排空后关闭排气阀。逐渐升压，大约每分钟0.35MMPa。

4、达到试验压力3.0Mpa后，保持30分钟，检查各部位，特别是上、下炉筒连接水管有否泄漏等，如有进行修理，然后再重新试验直到合格。

5、如没有问题，渐渐打开下排污阀，注意避免炉筒内出现真空。

6、锅炉内有余热，不得做水压试验。

（二）起动前的准备

1、检查炉筒所有部件连接是否正确，松紧是否合适，确认炉内无人和遗留杂物，然后上好入孔盖，并检查密封垫有否损坏。

2、检查水位表功能是否正常，将主蒸汽阀打开一点，然后关闭。

3、检查给水阀、排污阀、水位表阀、管路阀件的安装情况，用手操作一次，放到正常位置。

4、打开上炉筒放气阀。

5、用给水泵上水，检查排污阀漏泄，当水位到水位上限时，停止给水泵，检查各部件接头密封有无漏泄。

（三）升温和升压

1、检查炉体上的仪器、仪表、吹灰器、入孔等有无松动。

2、检查压力表的性能，确认表阀是否打开。

3、检查水位，使水位稍高于正常水位。

4、将蒸汽截止阀打开一点，再轻轻关上，否则升气后打不开。

5、燃焚烧炉，逐渐升温、升压，当温度、压力上升时，为防止蒸汽阀卡住，轻轻拧动阀的手柄，当蒸汽压力达到0.1—0.2Mpa时，关闭放气阀。

6、逐渐升压，每小时不超过0.2-0.3Mpa，进一步检查，紧固入孔、手孔盖、炉体阀件和法兰，当压力达1.0Mpa时，再做一次。

7、当水位超过上限时，逐渐地排污，水位回到正常。

8、排出一部分低压蒸汽对蒸汽管系进行暖管。

（四）供汽

1、打开蒸汽管系放水阀，供汽并充分排放残水。

2、逐渐打开主停开汽阀，向空气加热器和冷凝器供汽，此时应检查管系的噪声和避免水击。如正常，完全打开停汽阀进行正常操作。

3、当压力控制阀打开后，有蒸汽进入冷凝器时，向各用气单元供汽。

（五）运行中的操作

1、监视水位表，使水位保持在上炉筒中心上100毫米，水位表显示的水位应在此上下的一个小范围内；当使用自动水位控制装置时，不要过于依赖，必须仔细观察四个水位表的水位，以判别真假水位，并经常保持水位表的清洁。

2、确认压力表阀保持开启，当灵敏度下降时，必须进行检查，冬季停炉时注意防冻。

3、保持受热面的清洁，根据产生的蒸汽量，排烟温度、排烟压力损失来决定是否使用吹灰器，以保证热效率（一般每天至少吹灰一次）。