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热管换热器在工业锅炉及工业窑炉(冶炼炉)中的应用

作者: 来源: 发布时间:2018-2-11 16:12:47  点击数:356
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,采用热管换热器回收烟气余热,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9.36×104kj/h(2×104kcal/h)诃供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。

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