成都皓翔节能环保设备有限公司

热管余热锅炉回收烟气余热

热管以超导传热的方式进行热交换，其换热效率很高，是高效传热元件，单根热管如图1所示：

　简单地说，形成负压、密闭的单根热管分为加热段与冷凝段，重力式热管的加热段吸收烟气等热源释放的热量，将热管内的液体工质蒸发成蒸汽，蒸汽向压力较低的冷凝段移动，到达冷凝段的蒸汽向管外释放热量，并自身凝结成液体。凝结成的液体在重力作用下，重新返回加热段，如此往复循环，烟气等热源中的热量就源源不断地通过众多的热管传送到空气、水等需加热升温的物流之中去。热管不仅用于气—气换热，还可以用于气——液换热的余热锅炉之上。
　　热管余热锅炉具有突出的优点。主要之点不仅仅换热效率很高，还因为每根热管是独立的换热元件，而不象通常的余热锅炉那样各回流管与管箱联系在一起，这样，即使个别热管由于积污垢等方面的原因破损或内部工质失效，对整个设备的换热效果影响较小。同时，每根热管根据情况在检修中可以较方便地拆卸出来或装配进去，便于保养维修。还可以将热管余热锅炉做得十分紧凑等。
在能源相当紧张的今天，在节约能源等方面，热管余热锅炉象热管空气预热器等其它热管设备一样具有较强的竞争力，可以较广泛地用于焚烧炉、冶炼炉、化学工业炉等工交企业与生活用排气（液）余热的回收，产生可观的具有一定压力的蒸汽或热水。
　　立式热管余热锅炉的基本结构如图2所示。它由圆筒形汽包、方形烟箱、中间隔板和穿过中间隔板的热管管束组成。烟气侧热管装配有高频焊接翅片，热管水侧为光管。可单支装拆的热管元件与中间隔板之间可采用特殊的密封结构。如在热管热端的分界处焊带螺纹的热套，热管就可螺紧在压力容器（如余热锅炉）的隔板上，如图3。
　　这样，使烟气与蒸汽双重隔离，保证压力水不会向烟气渗漏。此处热管还起着隔开热管向承压隔板的高热流密度的传热作用。同时热套做得长点，可以减少水中管道连接处的缝隙腐蚀。热管两端沿轴向可以自由膨胀或收缩。于是，可有效地减少热应力。
　　根据需要可以选择合适的吹灰装置。如超声波吹灰器及固定式或移动式管排吹灰装置等。还可以配置自动进水装置和报警设施。这样一来，不仅操作简捷容易，且运行安全可靠。

发布日期：2006-8-26

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热管换热器在工业锅炉及工业窑炉中的应用

一、工业锅炉中热管换热器的应用

我国工业锅炉的运行效率普遍较低，通常比设计效率低8~10%，主要原因是排烟温度高，过量空气系数过大，灰渣含碳量过高；另有一类小型工业锅炉，主要是指容量2t／h以下的小锅炉，尾部未设受热面，排烟温度更高，可250℃。因此，采用热管换热气余热，降低排烟温度以提高锅炉效率，有很好的前景。

1、热管换热器与常规换热器的匹配
除了小型工业锅炉没有尾部受热面外，大多数小型工业锅炉尾部状有铸铁省煤器，大型工业锅炉尾部装有钢管省煤器及钢管空气预热器。热管换热器可与常规换热器在应用时匹配在一起，它们各有特点。例如铸铁省煤器应用广泛，其优点是：耐用、承压（给水泵可装在省煤器入口），价格低；缺点是：重量大、外形尺寸较大、容易堵灰、结构复杂（由肋片管及铸铁弯头连接而成）。热管省煤器耐低温腐蚀性能好，在同样烟气温度条件下，壁温较高，结构紧凑、体积小、重量轻，烟气侧阻力可以设计得较小；其缺点是：价格较高，通常水侧为常压。铸铁省煤器与热管省煤器是各有优缺点，如果原来是没有省煤器的锅炉，我们主张安装热管省煤器；如果原来是已有铸铁省煤器的锅炉，我们主张安装热管换热器（空气预热器或省煤器），与已有铸铁省煤器匹配使用，而不拆除然铁省煤器，具体应用形式根据实际情况确定。我们特别管空气预热器在然铁省煤器之后，它适合用于具有然铁省煤器的小型工业锅炉改造。
对于4t／h以上的工业锅炉，尾部已装有钢管省煤器及钢管空气预热器，如果排烟温度大于180℃时可以在其后加装热管换热器。

2、热管换热器特点

气—气型热管换热器即热管空气预热器在工业锅炉中应用，可在冷热流体两侧布置肋片，热工性能优良，结构紧凑，最能体现出热管换热器的优点。气——水型热管换热器即热管省煤器在工业锅炉中应用，其主要的优点是耐低温腐蚀性能好，因为它在水侧的热阻比铸铁或烟管省煤器大，而它在气侧的热阻比后两者为小，所以在同样条件下，壁温较高，不易腐蚀与堵灰；然铁省煤器易腐蚀堵灰。
3、热管开水器的应用

热管开水器结构独特，体积紧凑，不大的换热量，例如9.36万KJ／h（2万Kcal／h）可供2000人以下工厂全厂职工饮水的需求。也可设计成开水——热水两用的形式，在供应开水时，冷水自动进入，开水自动流出，不需供开水时，转换至另一出口，即供应热水。
由于热管开水器换热量不大，一般均与各种型式的省煤器或各种型开的空气预絷器组合在一起。
4、各种组合装置
在工业锅炉中，余热回收时往往采用组合装置，已如前述。我们在推广中最为常用的方式是同时加热空气和水的方式，它具有明显的优点：采用热空气肋燃对改善着火及燃烧有很大的好处，热空气温度不必过高，大于50℃即可见效果；此外，热水进锅炉或是热水供生活动应用也是工厂所迫切要求的。应用组合式换热器中很好的方案，大体上一半热管用于加热空气，另一半热客用于加热热水，气—气与气—水的组合有并联及串联两种。

二、工业窑炉（冶炼炉）中热管换热器的应用

工业窑炉（冶炼炉）是耗能大户，且窑炉的种类十分繁多，炉子的热效率国内平均水平为国外先进水平的一半，总计年耗标准煤一亿多吨，有很大的节能潜力，其排烟温度较高，往往超过300℃，有的达到500~600℃甚至更高，作为余热回收方案而言，较多采用空气预热器（当然也可采用余热锅炉），对于烟气温度在400℃以下的中低温余热，主要采用空气预热器，热管换热器在此能够大显身手。我国机械工业部标准“机械工业节能设计技术规定”中提到：工业炉窑排烟温度为400℃以下时，宜采用热管换热器。
工业炉窑中有相当大一部分没有装引风机，要求余热设备阻力小，同时因地位狭小，而要求设备紧凑，特别适合应用热管空气预热器。

我们应用下列各种布置方式：
⑴窑炉＋热管空气预热器
⑵窑炉＋热管热水器＋热管空气预热器（适用于排烟温度很高时）
⑶窑炉＋喷流或渗铝管空气预热器＋热管空气预热器（适用于较高的预热空气温度时）
⑷窑炉＋各种型式空气预热器＋热管热水器或热管开水器与热水器复合装置
⑸窑炉＋热管余热锅炉
⑹窑炉＋其它换热器＋热管余热锅炉
⑺窑炉＋热管余热锅炉＋其它换热器

1、空气预热器或余热锅炉
热管换热器型式的确定，应当从以下几个方面考虑：
①根据企业的需要，如果工业窑炉需要助燃，应尽可能选用空气预热器。工艺需要蒸汽时，用余热锅炉。
②根据余热回收的可能性，余热锅炉只有在排烟温度大于300℃的工业炉中才有可能。
③可靠性，如果采用碳钢一水热管，其管内工质最高工作温度为300℃，以保证安全；热管外侧最低壁面大于酸露点，以避免腐蚀。/这些限制对换热器式的选择也会有直接的影响。
④经济性，型式的选择在有多种方案可能时，需进行经济性比较，（根据具体情况）选用上述形式⑴、⑵、⑶、⑷、⑸、⑹、⑺。

2、气—气及气—水组合型热管换热器
由于工业窑炉的排烟温度往往较高，有时超过400℃，可达到500~600℃，甚至更高。作为气—气型热管换热器，最高允许的烟气入口温度在一般情况下仅为350~400℃，此时采用气—水及气—气组合型热管换热器是一种很好的方案，即为烟气温度高于350~400℃的区域应用气—水式换热器，而在烟气温度较低的区域应用气—气型热管换热器。以上的划分温度是以应用碳钢一水热管为依据的，其工质的最高允许温度为300℃，具体属于上述形式⑵。

3、热管换热器的匹配
工业窑炉有时需要300~400℃或更高温度的热空气助燃。当热空气温度超过250℃时，只用热管空气预热器会使碳钢一水热管的最高工作温度超过300℃，因此空气从进口温度加热到250℃时采用热管空气预热器，而从250℃上升到更高值时采用常规空气热器，这是一种合理的布置方式，如上述形式⑶。
常规空气预热器可以选用渗铝钢管式或喷流式，因为它们可以与热管空气预热器很好地匹配在一起。
4、热管余热锅炉的不同类型
热管余热锅炉可以分为二大类型：单管型及联箱型，前者适用于小容量的余热锅炉，热管放段直接插入汽包内，我们研制的最大容量为2t／h（蒸发量）；后者适用于大容量的余热锅炉，热管放热段插入垂直的大直径管中，这些大直径管由联箱再引出管子通至汽包，我们研制的容量为1—10t／h（蒸发量）。这二种形式蒸汽侧的结构是不同的。
由于受至碳钢－水热管工质最高工作温度为300℃的限制，余热锅炉蒸汽工作压力不会超过1MPa，烟气入口温度一般也不能太高，如450~500℃为最高值。当烟气进口温度很高时，可采用上述形式⑹。

5、工业窑炉中的气—水型热管换热器
在工业窑炉中，由于生活的需要或生产工艺的需要，有时需要应用上述形式⑷，不少情况下，为热管热水器与开水器复合装置，它有相当广泛的应用前景，特别是在乡镇企业。

三、结论

热管换热器在工业锅炉及工业窑炉中均可发挥不可替代的巨大作用，在对现有锅炉、窑炉进行技改，及新建锅炉、窑炉中可广泛采用该设备。

发布日期：2006-8-26

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