熱管式換熱器在鍋爐煙氣余熱回收中的應(yīng)用

陳超

摘 要 ：介紹了熱管與熱管換熱器技術(shù)，并分析了其傳熱機(jī)理及熱管換熱器獨(dú)特的優(yōu)點。重點介紹了熱管換熱器在電廠循環(huán)流化床鍋爐余熱回收中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：熱管；熱管換熱器；煙氣；余熱回收

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.161

電廠鍋爐各項熱損失中，排煙熱損失一般占鍋爐輸入熱量得5%～ 10%。也就是說，排煙損失占電廠煤耗量的5%～ 10%。由此可見，對這部分熱量得回收利用是非常有必要的。

1 鍋爐排煙損失主要因素分析

電廠鍋爐中，影響排煙熱損失的主要因素有：煙氣容積和排煙溫度。煙氣容積取決于燃料的水分、爐膛過量空氣系數(shù)及鍋爐各處的漏風(fēng)量。爐膛過量空氣系數(shù)在保證不低于推薦值且能使燃料完全燃燒的前提下，可盡量取小，這樣不僅可以減少附機(jī)耗電率，同時在減少煙道各處漏風(fēng)量的基礎(chǔ)上可以降低排煙損失。

排煙溫度的高低是排煙損失的直接決定量。一般情況，排煙溫度每增加10-15鍋爐熱效率下降1%?？梢?，降低排煙溫度可以減小排煙損失提高鍋爐效率。但是，排煙溫度過低將引起空氣預(yù)熱器的金屬耗量增加、煙氣的流動阻力增大，如果低于露點，將引起尾部受熱面的低溫腐蝕。這也就決定了排煙溫度不能過低，所以排煙損失減小量不會太大。

2 熱管技術(shù)及熱管換熱器

2.1 熱管工作原理

熱管利用工質(zhì)相變，以潛熱傳遞熱量。如圖1，蒸發(fā)段被加熱時，真空管內(nèi)工質(zhì)吸熱，變成蒸汽，產(chǎn)生壓差，流向另端，蒸汽在冷凝段接觸到冷的吸熱芯表面，冷凝成液體并放出潛熱。冷凝后的工質(zhì)在管芯毛吸力或重力作用下返回蒸發(fā)段繼續(xù)吸熱蒸發(fā)。如此循環(huán)往復(fù)，熱量不斷地從熱端傳遞到冷端。另外，熱管還具有較高的等溫性和熱流密度可以變換等優(yōu)點，因此在許多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

2.2 熱管換熱器

熱管換熱器由熱管管束組成，中間有隔板，保證隔板兩側(cè)流過熱管參與換熱的流體互不串通（如下圖2），熱量通過熱管內(nèi)部工質(zhì)傳遞。在換熱器當(dāng)中，每根熱管是一個獨(dú)立的傳熱單元。

熱管換熱器的特點：

（1）熱管換熱器是典型近于等溫工作的逆流換熱，因此具有較高的換熱效率。比常規(guī)換熱器的傳熱系數(shù)大10～20倍。

（2）熱管完全獨(dú)立，某根被腐蝕穿透，不影響其它熱管工作。

（3）冷熱流體的換熱均是在管表面進(jìn)行?？杉友b翅片以強(qiáng)化傳 熱，增大換熱系數(shù)，提高傳熱效率。

（4）對于熱管換熱器，在設(shè)計中可根據(jù)鍋爐工況調(diào)整熱管加熱段和冷凝段長度，及調(diào)整低溫處熱管冷、熱兩段翅片的間距、數(shù)量來調(diào)整煙氣側(cè)與空氣側(cè)的熱阻比，可達(dá)到控制熱管壁溫的目的。使煙氣側(cè)壁溫高于工況結(jié)露點溫度，避開硫酸蒸氣結(jié)露，有效防止煙氣低溫腐蝕。

（5）由于煙氣的擾動性強(qiáng)和流體通道簡單、阻力小，熱管壁溫高且管外始終呈干燥狀態(tài)。因此，熱管不會結(jié)膜不易黏附煙灰，因而能有效地防止堵塞。

（6）熱管換熱器無任何運(yùn)轉(zhuǎn)部件，因而無動力消耗，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，工作安全可靠。

2.3 熱管式換熱器在電廠鍋爐回收余熱的可行性

上述討論了熱管式換熱器的技術(shù)特點，考慮到鍋爐煙氣低溫腐蝕，下面討論利用熱管式換熱器回收煙氣余熱的可行性。

對于循環(huán)流化床鍋爐，設(shè)計排煙溫度都在135～150之間，但是由于空氣預(yù)熱器入口風(fēng)溫的問題，實際上運(yùn)行絕大部分都在150～180之間，個別鍋爐達(dá)到了200左右。又因為循環(huán)流化床鍋爐的脫硫率達(dá)達(dá)90%—97%，所以煙氣的含硫率很低，尾部煙氣的酸露點就會下降很多，這樣就不容易造成低溫腐蝕，可以考慮利用熱管式換熱器回收尾部煙氣的余熱。

對于大中型機(jī)組的煤粉爐，脫硫方式一般為干法或濕法脫硫，兩種方式均為燃燒后煙氣脫硫，如果在鍋爐尾部加裝換熱器回收余熱會造成較嚴(yán)重的低溫腐蝕，所以不能利用換熱器回收尾部煙氣的余熱。

3 熱管式換熱器在循環(huán)流化床鍋爐余熱回收中的設(shè)計

以上海能源股份有限公司發(fā)電廠#6爐（440循環(huán)流化床鍋爐）為例，鍋爐主要參數(shù)：

3.1 尾部煙氣酸露點的確定

機(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行時，尾部煙氣水蒸氣和硫酸蒸汽含量分別為10%、 0.001%，由下圖3可確定尾部煙氣的酸露點為70—75之間。

3.2 熱管換熱器設(shè)計

擬利用熱管換熱器回收煙氣余熱來提高新空氣溫度，從而提高空氣預(yù)熱器前風(fēng)流溫度，提高鍋爐效率?？紤]到煙氣在除塵設(shè)備的溫降及防止煙氣對煙囪造成低溫腐蝕（煙囪入口煙溫應(yīng)75），換熱器設(shè)計煙氣出口溫度控制在110。

3.3 鍋爐排煙余熱回收利用流程圖

4 小結(jié)

根據(jù)上述計算采用3.6 、25熱管，共2603根，如圖所示，制成煙側(cè)與氣側(cè)完全隔離的臥式氣一氣換熱器，用來加熱鍋爐用新空氣。輸入、25 空氣，輸出溫度64 的空氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器。

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