熱管在工業中的應用

2022-10-15 14:18:03 字數 4018 閱讀 9359

使用熱管進行餘熱**

效能特點

應用範圍廣——適用於氣-氣(汽),氣液或液-液等等多介質間熱交換;

換熱效率高——熱管換熱器當量傳熱系數k比列管式換熱器要提高5~10倍,換熱效率高;

流動阻力小——兩種介質均在管外流動,流程短且介質流動方向與散熱片方向一致,降低了

流動阻力;

結構簡單緊湊——由加肋片的熱管製成的換熱器結構緊湊,裝置體積小,質量輕,節省鋼材和安裝空間;

不易產生**腐蝕——可通過調節冷熱介質間的換熱面積比來調節熱管表面溫度,避免發生**腐蝕和低溫腐蝕;

不易結垢、阻塞——設計時可將介質流速調整到自清灰以上,並調整熱管的安裝位置即可達到自清灰的目的,且結灰後便於清理;

良好的可拆卸性——熱管間彼此獨立工作,並可與裝置使用法蘭連線,適於分別拆卸和單獨更換;

使用壽命高——熱管使用壽命在10年以上,單根熱管破壞,不影響整體執行,保證裝置長期穩定執行;

維護費用低——無需傳動部件,裝置正常操作期間不需維護。

適用範圍

化工及石油化工

合成氨工業—— 上、下行煤氣餘熱**流程;吹風氣燃燒氣餘熱**流程;一段轉化爐空氣預熱器;變換工段氣-氣換熱器;二段轉化爐高溫高壓蒸汽發生器;絕熱化學反應器級間熱管換熱器及其它換熱、餘熱**裝置。

硫酸工業 —— 沸騰焙燒爐沸騰層內的餘熱**;沸騰焙燒爐礦渣餘熱**;so2爐氣餘熱**;so3氣體冷卻器;熱管so2轉化器;熱管開工預熱器及其它換熱、餘熱**裝置。

鹽酸、硝酸工業——鹽酸爐餘熱**;氨氧化爐熱管蒸汽發生器及其它換熱、餘熱**裝置。

石油化工——熱管裂解爐;熱管乙苯脫氫反應器;環己醇脫氫化學反應器;熱管氧化反應器;催化裂化再生取熱器;熱管化學反應釜;苯酐熱熔冷凝箱;加熱爐餘熱**及其它換熱、餘熱**裝置。

建材及輕紡工業

高嶺土噴霧乾燥熱風爐;十二醇硫酸鈉噴霧乾燥熱風爐;玻璃窯爐的餘熱**;水泥工業中窯尾冷卻機的餘熱利用及窯尾廢氣的餘熱利用;紡織工業中熱定型機、沙漿機烘乾機等餘熱**裝置。

冶金工業

加熱爐和均溫爐、燒結工序、高爐熱風爐等裝置的餘熱**。

動力工程

油、汽混燒電站鍋爐、劣質煤料鍋爐空氣預熱器;工業鍋爐;柴油機排氣餘熱**等。

餘熱**的幾種流程

用熱管換熱器從工業爐的排氣中**餘熱以加熱空氣,餘熱後的空氣返回工業爐為助燃空氣使用。流程如圖1所示:

圖1:加熱爐空氣預熱器

用熱管散熱器從排氣中**餘熱以加熱空氣,使之成為熱風可作為供房的熱源。流程如圖2所示:

圖2:熱管熱風爐

將熱管換熱器**的餘熱用來加熱水,使之成為鍋爐給水,或使水產生蒸汽供其他方面使用。其流程如圖3、圖4所示:

圖3:熱管餘熱鍋爐

圖4:熱管省煤器

將熱管換熱器從排氣中**來的餘熱再次加熱排氣自身,使得經洗滌過的氣體溫度公升高,以免腐蝕排煙裝置。流程如圖5所示:

圖5:熱管換熱器餘熱**流程

圖6:熱管在工業中的應用現場**

熱管在工業鍋爐中的運用

工業鍋爐容量較小,引數低,故此執行效率較低,一般為65%左右,其節能潛力較大。除了改善燃燒、降低灰渣含碳量以外,降低排煙溫度減少熱量損失是提高工業鍋爐效率的重要措施。工業鍋爐的省煤器和空氣預熱器的效率不高,因之熱管技術在工業鍋爐尾部的應用顯得非常重要。

我們在國內數百家單位使用熱管餘熱**起到很好的效果。

表1列出了工業鍋爐改裝熱管空氣預熱器前後的引數對比,可以看出改裝後鍋爐的效率提高了10%,表2列出了工業鍋爐尾部熱管空氣預熱器的引數。

表1. kzl4-13-a型鍋爐熱工對比試驗表

表2. 熱管換熱器主要引數

應用例項:某化工廠一台6.5t/h的蒸汽鍋爐,由於省煤器及空氣預熱器效率不高,鍋爐出口排煙溫度在220℃左右。**這部分低溫餘熱可以獲得較大的經濟效益。其流程如下:

餘熱**流程圖

在鍋爐出口的煙道中裝設熱管蒸汽發生器,出鍋爐溫度為220℃左右的煙氣經過熱管的蒸發段,降至140℃以下,經引風機送入煙筒。給水溫度為90℃左右,產生0.25mpa(絕壓)飽和蒸汽送給工藝工段使用。

執行6個月後,檢查熱管基本無積塵、無腐蝕現象,由於鍋爐操作負荷的變動,該蒸汽發生器進口溫度一直在180~220℃之間波動,但出口溫度始終在140℃以下。執行3個月、6個月的測試結果如表3:

由此可見:在長期執行過程中,煙氣的出口溫度始終保持140℃左右,該裝置的平均熱負荷(以產生蒸汽量計)為7.15ⅹ105kj/hr,相當於節約標準煤35kg/h(標準煤按104kj/kg,鍋爐效率按70%計),年節省標準煤277.

2噸,每噸150元計,年收益為4.158萬元。

熱管蒸氣發生器應用例項

表3. 應用熱管的餘熱鍋爐熱負荷測試結果

熱管在水泥、陶瓷、冶金工業中的運用

工業窯爐(冶煉爐)是耗能大戶,且窯爐的種類十分繁多,爐子的熱效率國內平均水平為國外先進水平的一半,總計年耗標準煤一億多噸,有很大的節能潛力,其排煙溫度較高,往往超過300℃,有的達到500~600℃甚至更高,作為餘熱**方案而言,較多採用空氣預熱器(當然也可採用餘熱鍋爐),對於煙氣溫度在400℃以下的中低溫餘熱,主要採用空氣預熱器,熱管換熱器在此能夠大顯身手。我國機械工業部標準《機械工業節能設計技術規定》中提到:工業爐窯排煙溫度為400℃以下時,宜採用熱管換熱器。

工業爐窯中有相當大一部分沒有裝引風機,要求餘熱裝置阻力小,同時因地位狹小,而要求裝置緊湊,特別適合應用熱管空氣預熱器。

主要應用以下幾種布置方式:

⑴、窯爐+熱管空氣預熱器

⑵、窯爐+熱管熱水器+熱管空氣預熱器(適用於排煙溫度很高時)

⑶、窯爐+噴流或滲鋁管空氣預熱器+熱管空氣預熱器(適用於較高的預熱空氣溫度時)

⑷、窯爐+各種型式空氣預熱器+熱管熱水器或熱管開水器與熱水器復合裝置

⑸、窯爐+熱管餘熱鍋爐

⑹、窯爐+其它換熱器+熱管餘熱鍋爐

⑺、窯爐+熱管餘熱鍋爐+其它換熱器

一、空氣預熱器或餘熱鍋爐

熱管換熱器型式的確定,應當從以下幾個方面考慮:

1、根據企業的需要,如果工業窯爐需要助燃,應盡可能選用空氣預熱器。工藝需要蒸汽時,用餘熱鍋爐。2、根據餘熱**的可能性,餘熱鍋爐只有在排煙溫度大於300℃的工業爐中才有可能。

3、可靠性,如果採用碳鋼一水熱管,其管內工質最高工作溫度為300℃,以保證安全;熱管外側最低壁面大於酸**,以避免腐蝕。這些限制對換熱器式的選擇也會有直接的影響。

4、經濟性,型式的選擇在有多種方案可能時,需進行經濟性比較,根據具體情況選用上述幾種方式。

二、氣-氣及氣-水組合型熱管換熱器

由於工業窯爐的排煙溫度往往較高,有時超過400℃,可達到500~600℃,甚至更高。作為氣—氣型熱管換熱器,最高允許的煙氣入口溫度在一般情況下僅為350~400℃,此時採用氣—水及氣—氣組合型熱管換熱器是一種很好的方案,即為煙氣溫度高於350~400℃的區域應用氣—水式換熱器,而在煙氣溫度較低的區域應用氣—氣型熱管換熱器。以上的劃分溫度是以應用碳鋼一水熱管為依據的,

其工質的最高允許溫度為300℃,具體屬於上述形式⑵。

三、熱管換熱器的匹配

工業窯爐有時需要300~400℃或更高溫度的熱空氣助燃。當熱空氣溫度超過250℃時,只用熱管空氣預熱器會使碳鋼一水熱管的最高工作溫度超過300℃,因此空氣從進口溫度加熱到250℃時採用熱管空氣預熱器,而從250℃上公升到更高值時採用常規空氣熱器,這是一種合理的布置方式,如上述形式⑶。

常規空氣預熱器可以選用滲鋁鋼管式或噴流式,因為它們可以與熱管空氣預熱器很好地匹配在一起。

四、熱管餘熱鍋爐的不同型別

熱管餘熱鍋爐可以分為二大型別:單管型及聯箱型,前者適用於小容量的餘熱鍋爐,熱管放段直接插入汽包內,我們研製的最大容量為2t/h(蒸發量);後者適用於大容量的餘熱鍋爐,熱管放熱段插入垂直的大直徑管中,這些大直徑管由聯箱再引出管子通至汽包,我們研製的容量為1—10t/h(蒸發量)。這二種形式蒸汽側的結構是不同的。

由於受至碳鋼-水熱管工質最高工作溫度為300℃的限制,餘熱鍋爐蒸汽工作壓力不會超過1mpa,煙氣入口溫度一般也不能太高,如450~500℃為最高值。當煙氣進口溫度很高時,可採用上述形式⑹。

五、工業窯爐中的氣—水型熱管換熱器

在工業窯爐中,由於生活的需要或生產工藝的需要,有時需要應用上述形式⑷,不少情況下,為熱管熱水器與開水器復合裝置,它有相當廣泛的應用前景,特別是在鄉鎮企業。

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