热管换热器在余热回收中的应用.docx

热管换热器在余热回收中的应用目录1 .余热资源分类11.1. 按余热资源来源11.2. 按余热资源温度22 .余热回收方式23 .超导热管的原理24 .热管技术的重要特点35 .热管换热器45.1. 整体式热管换热器45.2. 分离式热管换热器75.3. 回转式热管换热器75.4. 组合式热管换热器85.5. 热管换热与其他型式的换热器的比较86 .热管换热器应用案例91. 1.电厂锅炉综合改造工程92. 2.热管式空预器方案93. 3.低温省煤器改进方案96. 4.高温省煤器改进方案107. 5.改后试验结果热力试验结果：108. 6.结论101 .余热资源分类余热资源普遍存在，特别在钢铁、化工、石油、建材、轻工和食品等行业的生产过程中，都存在丰富的余热资源，所以充分利用余热资源是企业节能的主要内容之一。11按余热资源来源余热资源按其来源不同可划分为六类：1、高温烟气的余热2、高温产品和炉渣的余热3、冷却介质的余热4、可燃废气、废液和废料的余热5、废汽、废水余热6、化学反应余热1.2. 按余热资源温度余热资源按其温度划分可分为三类：1、高温余热（温度高于500的余热资源）2、中温余热（温度在200-500°C的余热资源）3、低温余热（温度低于200°C的烟气及低于100的液体2 .余热回收方式余热回收方式各种各样，但总体分为热回收（直接利用热能）和动力回收（转变为动力或电力再用）两大类。而在回收余热时，首先应考虑到所回收余热要有用处和在经济上必须合算，如为了回收余热所耗费的设备投资甚多，而回收后的收益又不大时，就得不偿失了。进行余热回收原则是：1、对于排出高温烟气的各种热设备，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。如预热助燃空气、预热燃料等，以提高本设备热效率，降低燃料消耗；2、在余热余能无法回收用于加热设备本身，或用后仍有部分可回收时，应利用来生产蒸汽或热水，以及生产动力等；3、要根据余热的种类、排出情况、介质温度、数量及利用的可能性，进行企业综合热效率及经济可行性分析，决定设置余热回收利用设备的类型及规模;4、应对必须回收余热的冷凝水，高低温液体，固态高温物体，可燃物和具有余压的气体、液体等的温度、数量和范围，制定利用具体管理标准。3 .超导热管的原理热管技术的应用国际上是在20世纪60年代，主要是应用于太空飞行器，今天我们利用超导热管技术服务于余热回收和热能利用，为企业、社会取得显着的经济效益和社会效益。超导热管是依靠其内部工质在一个抽成一定的真空的封闭壳体中循环相变而传递热量的装置，其工作原理是：当热量自高温热源传入热管时，处于热管加热段内的工质随即被激活，吸热汽化变成蒸汽（汽化段），蒸汽瞬间流向热管另一端（传输段），到达另一端时遇冷放出潜热后凝结成液体（冷凝段），冷凝液体经传输段回流到汽化段，循环相变而实现热量传递。热量输入锻溯热量输出放板隔%7<S<工质段段懒热量输出隔热量输入超导热管的超强导热系数是一般金属的万倍左右,换热效率高达98%以上,是任何一种普通热交换器无法达到的。4 .热管技术的重要特点与常规换热技术相比，热管技术之所以受到工程界欢迎，是因其具有如下的重要特点：1、热管换热设备较常规设备更安全、可靠，可长期连续运行。这一特点对连续性生产的工程，如化工、冶金、动力等部门具有特别重要的意义。常规换热设备一般都是间壁换热，冷热流体分别在器壁的两侧流过，如管壁或器壁有泄漏，则将造成停产损失。由热管组成的换热设备，则是二次间壁换热，即热流要通过热管的蒸发段管壁和冷凝段管壁才能传到冷流体，而热管一般不可能在蒸发段和冷凝段同时被破坏，所以大大增强了设备运行的可行性;2、热管管壁的温度有可调性。热管管壁的温度可以调节，这在低温余热回收或热交换中是相当重要的，因为可以通过适当的热流交换把热管管壁温度调整在低温流体的露点以上，从而防止露点腐蚀，保证设备的长期运行。这在电站锅炉尾部的空气预热方面应用得特别成功，设置在锅炉尾部的热管空气预热器，由于能调整管壁温度不仅能防止烟气结露，而且也避免了烟灰在管壁上的黏结，保证锅炉长期运行，并提高了锅炉效率；3、冷、热段结构和位置布置灵活。由热管组成的换热设备的受热部分和放热部分结构设计和位置布置非常灵活，可适应于各种复杂的场合。由于结构紧凑占地空间小，因此特别适合于工程改造及地面空间狭小和设备拥挤的场合，且维修工作量小。热管换热设备效率高，节能效果显著。5 .热管换热器利用热管导热能力强、传热量大的特点，以多根热管作为中间传热元件，实现冷、热流体之间换热的设备叫热管换热器。按照热流体的状态，热管换热器可分为气一气式、气一液式、气一汽式。从热管换热器结构型式来看，热管换热器又可分为整体式、分离式、回转式和组合式：5.2. 整体式热管换热器热管换热器的典型结构如图所示。热管平行交错排列在换热器内，中间用隔板将每根热管分隔成两部分，一部分与热流体通道相连，为热管的蒸发段；另一部分与冷流体通道相连，为冷凝段。冷、热流体均在热管外部横向流过，通过热管轴向传输热量，将热从热流体传给冷流体。根据热管换热器的传热特点，它最适宜于气一气之间的换热。因为它在冷、热段均可加翅片来扩展传热面积，大大提高以管基为基准的传热系数。它也可作为气一液换热器，此时只需在烟气侧加翅片，以增强传热，但是，对液一液之间的换热，热管换热器并不能显示出它的优点。气一气换热器（热管空预器）下图为气一液热管换热器示意图，它的一个重要特点是气侧热管管壁破坏时，水侧的水不会漏入气侧，增加了设备使用的可靠性。高温软水图1气一液换热器（热管换热器）下图为热管余热锅炉的两种结构型式。冷侧一般均为承压的锅筒（或与锅筒系统相连通）。目前热管余热锅炉产生的蒸汽压力可达12MPa°进入余热锅炉的烟气温度最高可达I1OO热管余热锅炉的最大特点是结构紧凑，体积小，安全可靠。与一般的烟管式余热锅炉相比,其质量仅为烟管式余热锅炉的1/3U/5,外形尺寸只为烟管式余热锅炉的12-13o烟气通过余热锅炉压力损失一般为2060Pa,故引风机的电耗也很小。热管元件的破损，不影响蒸汽系统的循环,无需为此停机检修。图2气一汽换热器（热管余热锅炉）5.2.分离式热管换热器分离式热管换热器如图所示，其蒸发段和冷凝段相互分开，两者这前通过蒸汽上升管和冷凝液下降管连接成一个循环回路。其循环动力为下降管系统（包括冷凝段）与上升管系统（包括蒸发）中工作介质的密度差，即不需要外加动力，但存在着一个最小高度差Hmin,冷凝段与蒸发段的高度差必须大于Hmino分离式热管换热器拥有一些常规换热器不具备的特性：根据现场实际情况，可灵活地布置蒸发段和冷凝段；一种热流体可同时加热两种不同的冷流体（如空气和煤气如图所示）安全而可靠；管排内的蒸气温度可以调整。如图所示，在分离式热管换热器中，改变蒸汽上升管和冷凝液下降管的连接次序，可以调整管排内的蒸气温度，这样可以避免高温侧因管内温度高而造成的压力过高的安全性问题和因低温侧温度过低带来的露点腐蚀问题。图3分离式热管换热器5.3.回转式热管换热器该类换热器有两个显著的优点：一是借助转动的离心力来实现工作液体循环，同时转动促使气流的搅动，增强传热，这结含尘较多的气体更为有效。二是这类换热器兼有送风机的功能。但由于增添了转动机构使结构复杂化，另外还增加了动力消耗。回转热管换热器可分为离心式、轴流式和涡流式，如下图所示。然废气冷空气或工艺气体5.4.组合式热管换热器整体式热管换热器均由同一类型的热管所组成。而组合式热管换热器则是根据换热器中所处的温度段不同，而选用最适宜在该温度区内工作的热管；5.5.热管换热与其他型式的换热器的比较热管换热器与其他型式的换热器相比，有以下特点：(1)传热性能高。尤其对气一一气热管换热器，更能显示出它的优点；(2)传热平均温差大。冷、热流体的通道布置方便，流向可以布置成单纯的逆流形式；(3)结构紧凑。除上述特点可使换热器做的紧凑外，每根热管的传热能力也大，可以用较少热管数目保证热量的传递；(4)布置灵活。热管可以作为通用的传热元件，对于传热量要求不同的换热器，可以用改变热管根数的方法进行任意组合；(5)工作安全可靠。每根热管是独立的传热元件，即使其中一根发生故障，也不影响整个换热器的正常工作。在检修时，可以单独进行更换。6.热管换热器应用案例6.1. 电厂锅炉综合改造工程某电厂1#锅炉系哈尔滨锅炉厂制造的HG4101002型，单汽包自然循环“JI”型布置的半开式液态排渣炉，1970年10月安装。由于锅炉设计本身存在的问题，该炉曾进行过一系列改造，主要有：原回转式空气预热器改为两级管式空气热器预；原平盘中速磨直吹系统改为钢球磨中间储仓式温风送粉系统；炉膛增高15m,总辐射受热面增加91m2；切掉部分高过受热面；重新设计了直流燃烧器等，后来由于管式空预堵塞严重、尾部烟道漏风量增高、炉膛燃烧缺风、省煤器磨损严重等原因，娘子关电厂先后于1997年和2000年对1#炉进行大修改造。改进的主要内容有：将原有置换段管式空预器改为热管式空预器并对冷热风道作相对调整；原有低温级省煤器烟道扩宽、光管改为鳍片管；原有高温级省煤器光管改为鳍片管。6.2.热管式空预器方案热管式空器烟气侧扩展受热面采用鳍片扩展，空气侧受热面采用肋片扩展。热管空预器的参数见下表：表一热管换热器参数表，热管热段长度。1.9r第一组S1及壁温C6mI1oC热管冷段长度。1.4”第二组S1及壁温。12n109p热管入口烟温卡200t>第三组S1及壁温。24ran108*j空气入口温度W30。第四组S1及壁温。4Omm106÷,空气出口温度。108t>第五组S1及壁温。光管/平均烟速“8ms*j平均空速“6.55ms烟气侧阻力。32.5mH20+'空气侧阻力，47,mH20/-Fi%T疗物6.3.低温省煤器改进方案低温级省煤器原烟道尺寸为5300X4500×2，改后尺寸为5300×5175×2,原光管换热面改为鳍片式换热面，纵向排数由原来16排增至24排。改造前后参数对比见下表表:低温省煤器改造前后参数对比项目单位改前数据改后数据笆子直径MnI32X432X4横向节距Mm8090纵向节距Mm40/6050横向排数抹56/5557/57纵向排数排1624受热面积M29302680烟气流通截而M22935.5水流通面枳M20.2020.21烟气流速M/S9.236.826.4.高温省煤器改进方案高温省煤器布置于低温过热器及转向室之后，位于尾部烟道的入口。改造前后参数对比表：表三高温省煤器的结构数据，项目，'单位,改前数据，改后数据，管子形式”P光管，鳍片管管子直径2Hnr132×4532X犷横向节距，Mm，80106B纵向节距QMirr140/6OB50P横向排数一排Q565542/42K纵向排数二排。1616受热面积。睁930小1306。烟气流通截面2睁2步33.45水流通面积一0.202