径向热管与径向热管省煤器

第十三届磷肥年备交诡材抖泾向热管与径向热管省媒器南京4乜-v-大学-江苏科圣高温热管设备制造公司肖文割刘伯军牟楷一、前言热管技术是自七十年代术以来，在热能利用、余热回收等方面得以广泛使用的一项高新技术。热管换热元件具有独特的高导热性、高安全可靠性、壁温可调、结构组合灵活、阻力损失小、安装方便等优点。目前，常用的热管换热器主要有热管空气预热器、热管软水加热器(俗称“热管省煤器”)、热管蒸汽发生器(俗称“热管余热锅炉”)等类型。这些热管换热器所使用的热管换热元件一般都是轴向热管，虽然其优点很多，但是由于其传热机理和结构上的局限性，影响了热管技术应用领域和场合的进一步拓展，主要表现于以下几个方面：1、 轴向热管，是靠重力沿着管子轴向实现传热工质蒸发冷凝一蒸发周而复始的循环工作过程。在工作时热管的下部是吸热段，上部则是放热段，热管元件一般都必须垂直放置。因而轴向热管多用于水平方向流动的流体换热，存垂直流动的流体中就难予布置。2、轴向热管的轴向导热性，使不凝性气体极易聚集在热管上部放热段的端部，这种不凝性气体的聚集达到一定量时将会严重影响热管元件的传热性能。3、 轴向热管换热时，冷、热流体的流动多为平行错丌异面流动，因而用轴向热管制成的换热器必须将冷、热两侧错丌布置，这将增大设备的体积，占据较大的场地空问。针对轴向热管所存在的这些局限性，我公司成功地研制、开发出一种能克服这些局限性的专利产品径向热管元件与径向热管换热器(专利号：ZL 00 2 194368)。该专利产品的应用实际表明，径向热管元件与径向热管换热器不仅能克服轴向热管所存在的局限性，而且很好地满足了用户提出的安全、可靠、占地面积小、现场容易布置和安装、使用与检修方便等要求。二、径向热管元件工作原理第十三届磷肥年套交魄材料典型的径向热管元件如图一所示。在高达1210叫Pa真空的密闭管腔内充入适量的工质。工质充满在紧贴外管内壁的吸液芯中，通过外管管壁吸收流过管外的热流体的热量而汽化，在管腔内蒸汽的微小压差作用下，工质蒸汽流向位于径向热管元件中心的内管，在内管的外壁凝结放出热量并通过内管管壁传给内管中流过的冷流体，工质蒸汽凝结成的工质液体在重力场的作用下回到液池，工质又通过吸液芯毛细泵力的作用从液池中迅速提升充满到紧贴外管内壁的吸液芯中，吸液芯中的工质再次吸收通过外管管壁传来的热量而汽化，流向内管放出热量，冷凝后又回到液池，如此，工质在密闭的真空管腔内周而复始地进行着蒸发一冷凝一蒸发往复循环工作过程，通过工质的相变传热连续不断地将热量从管外传递到管内，冷却管外流过的热流体，加热内管中流过的冷流体。热流体 翅片l I I fj?!：?j i：三_：j。_-_-_啊啊冷流体进口：一： 一一二 冷流体出口一：一一一 A二”一二。r、。 一睡置啊_一、一 。，一 管腔l I I J蒸汽(工质) 国吲9管(受热面)吸液芯蠹管(放热蘑)液池图一：径向热管元件示意图与轴向热管相比，径向热管的主要特点有：1、更高的等温性能热管元件径向传热，其工质蒸汽流通截面大，蒸汽流速低，摩擦损失小，加上蒸汽流动距离短，热管元件的受热面等温性能非常好，基本上等于管腔内工质的饱和蒸汽温度；而热量沿轴向传递，受管子横截面的影响i I质蒸汽受到压缩且流速高、流摹十三届磷耙耳奎盘巍材抖动距离长，其等温性明显地低于径向热管。2、更大的传热功率热管元件径向传热时，其径向流通截面要远远大于轴向流通截面，流动的压头损失非常小，热量传递的温差损失也非常小。因此，在相同的长度、传热面积、工况条件下，径向热管元件的传热毛细极限、声速极限、携带极限要比轴向热管元件高得多，相应地也就能够传递更多的热量。3、更好的启动性能径向热管元件启动时，所有的受热面(外管)立即受热，全部冷的工质亦能同时受热。管腔处于负压状态，工质流动距离极短，只需要很小压头，就能达到热管元件的启动温度，大大缩短了启动时间，而且不会出现轴向热管元件启动时常出现的受热段过热、放热段温度脉冲的现象。4、较大的径向热阻现象径向热管元件中装有吸液芯后，其径向热阻要远远大于无吸液芯的热管元件。利用径向热管元件的径向热阻较大现象，可以大幅度调高热管元件的外管(受热面)管壁温度，有效地解决了热管元件在实际使用中的露点腐蚀问题。5、较大的不凝性气体适应量，使用寿命长碳钢一水热管元件虽然在制造过程中经过特殊的处理，防止管腔旱不凝性气体的产生，但在实际使用过程中或多或少地都会产生一些不凝性气体，从而影响热管的使用寿命。径向热管元件由于是径向传热，热管的径向流动空间大，容纳不凝性气体的管内空间要比轴向热管元件大得多，所以径向热管元件的使用寿命必然比轴向热管元件长得多，完全能够满足用户对热管设备使用寿命年限的要求。三、径向热管省煤器工作原理当径向势管的管外热流体为烟气，管内冷流体为软水时，径向热管的应用设备就是典型的焦囱垫簦筮查加垫墨，也就是用户俗称的“径回垫篮省攫昼”。其结构主要形式见“图二”(该产品为我公司专利产品，专利号：zL oo 2 194368)，设备外形示意图见“图三”。将若干径向热管元件的两端水平置于换热器的左右管板上，使径向热管元件的外管(受热面)完全置于烟气通道中；其内管完全置于烟气通道之外，软水管道绝对不会与烟气发生任何接触。当烟气掠过热管元件的外管(受热面)，软水流过其内管时，热管迅速启动工作，不断地将烟气热量传递给软水。烟气被冷却，软水被加热。第十三届磷肥年套交流材料214=二- 兔；二一1?t-、三J I “、，叫膨胫杉 主侧管西图二：径 ， l 厶o， ， 一一同热首移水刀：7飘-a：嚣口萋j软承送：软水出口佳葺：弓冈一j卜少j，=凹图三：径向热管软水加热器外形示意图四、径向热管省煤器在硫酸工业中应用的特点蚕一一剥宫第十王届磷E年会交流材料近几年硫酸工业中，采用硫磺制酸的生产工艺逐渐成为主流。硫磺制酸是一个强放热反应，其三转两吸的工艺中，有大量的余热需要被利用。其余热利用装置一般由蒸汽发生器和省煤器组成。稀硫酸的强烈的腐蚀性，要求在余热利用的过程中，绝不允许发生软水、燕汽泄漏到sO!烟气和sO；烟气的通道中，否则设备很快就会被腐蚀掉，引起生产系统紧急停车检修，甚至导敛生产系统蠛痪，造成重大经济损失。这就要求硫磺制酸的余热利用设备必须安全可靠，不发生酸露点腐蚀，并且要方便维护和检修。径向热管省煤器由于采用径向热管作为传热元件，具有许多独特的优点，主要表现在以下几个方面：1、为工艺设计提供了极大的方便径向热管元件的工作原理决定了在径向热管省煤器中烟气通道既可以是水平的，也可以是垂直的。这就为工艺设计提供了极大的方便。三转两吸硫磺制酸工艺设计希望s仉烟气最好能呈垂直方向流过软水加热设备，以达到占地少，节省投资，设备中无空J询死角，不发生残液和残渣聚集等目的。径向热管省煤器完全可以满足这些要求。2、有更高的加工质量，真正实现了设备的安全可靠性将给水侧与烟气通道隔绝丌来，是热管式省煤器与其他非热管式省煤器相区别的一个最重要的特征，这也是热管式省煤器比其他非热管式省煤器具有更高的安全可靠性的原因所在。在研制、丌发径向热管省煤器的过程中，一直把解决换热设备的安全可靠惶作为重点，焊缝质量是其难点，在我们的专利产品中，径向热管省煤器的给水侧只有两道焊缝，而且都是可进行100射线探伤的对接焊缝，圆满地解决了这个问题。单支径向热管元件水铡焊缝示意图见下面的“图四”：写共 膨胀毂 营)|i 热营 管橱图四：单支径向热管水侧焊缝示意图第十王届磷肥年奎交流材料3、设备运行安全可靠径向热管省煤器的热管元件呈水平状念，立式布置，烟气通道下部不可能形成硫酸残液或含酸残渣的聚集，给水也无法穿过管板进入烟气侧。所以，设备运行绝对安全可靠。4、设备检修方便同样，由于径向热管省煤器给水侧的连接焊缝均是布置于烟气通道即设备壳体外侧的对接焊缝，设备需检修维护的工作全在设备壳体的外部进行，为设备的正常巡检、维护、或检修等提供了方便。径向热管省煤器在运行过程中即使万一发生意想不到的情况造成单根或数根热管元件的失效或损坏，也不会造成烟气与水相混合而形成硫酸的厄运，不会影响系统F常运行，根本毋须系统停车检修。5、传热性熊好，效率高，使用寿命长径向热管元件的外管采用高频螺旋电阻焊翅片强化传热，有效地克服了管外烟气(SO：、SO。)传热系数低的限制，管内的软水给热系数大。所以，径向热管省煤器传热性能好，具有较大的传热功率量。径向热管元件具有较大的不凝性气体的适应量，使用寿命长。6、壁温可调，有效控斜了露点腐蚀运用热流密度变换原理调整热管元件冷热两面的传热面积柬控锘：管内蒸汽温度，使其固定在所需要的范围内，从而有效地将热管管壁温度控制在S 0l烟气的露点温度以上，达到防止露点腐蚀的目的，同时径向热管元件具有较大的径向热阻现象、更高的等温性、更快的启动性，使得径向热管省煤器具有更佳的精确控制露点腐蚀温度，防止露点腐蚀的效果。而且径向热管省煤器的热管元件与s o烟气相接触的结构简单，使sO，烟气流动稳定、均匀，不存在死角，也消除了产生局部的露点腐蚀的可能性。7、设备热应力小在径向热管省煤器中热管元件一端受热后可以自由伸缩，有效地减少了设备的热应力，消除由热应力带来的设备损坏。8、熊达到自清灰径向热管省煤器通过选择适当的烟气流速、热管元件的排列方式、翅片的尺寸，再加上热管元件与S0；烟气相接触的结构简单，S o烟气流动稳定、均匀，无死角，能在一定程度上实现设备的自清灰。9、现场安装简单，安装费用低径向热管省煤器的现场安装只需将在工厂制造完毕的设备就位，然后对接上接管即可。所以，现场安装简单，安装费用低。10、占据空间小，适合老厂旧系统的改造径向热管省煤器设备结构紧凑，体积小，占地少，特别适合老厂旧系统的改造。摹十三届磷电年套交流材料附录：科圣公司产品近几年在硫酸行业的部分业绩烟气参数 水汽参数序 设备名称 用 户 流量 进口 出口 给水量 进口 出口号 温度 温度 产汽量 温度 温度_m+h Kgh 富戏霎低温段 孟扣柱缓赛四化学育暖盎司 1 4224 93n0 t04 L372 省蠓嚣高温段 孟加拉侯寡固化学有隈公司 I 4 22 4 380 9，00 t 3 7 t92省煤嚣I 贵州怠烽重钙厂 B2 5 38 1 70 36400 5 14 5省煤器1I 贵州邑峰重钙厂 691 99 240 180 36400 1 4 5 1 815 省煤墨 云南碡肥厂 卦5 57 1 90 5l 4， 92 1546 宙堞器 锦州西洋特肥厂 35631 350 1 8D 】7000 1 0 21 27 省煤器I低温段 山东鲁西化工股份有限公司 7091S 2 40 41 5 00 l 4 5吉煤嚣1高温段 山东鲁西化工腔份有限公司 7 091 8 362 2 d0 4l 5 00 1 79 240日 考堞嚣It 山东善硬化工般份有限公司 ，9 318 232 41500 145 ”91 0 崇热锅l户 临沂化工总厂 9039 4 30 248 1 000 1 47 1 70省燥器 临沂化工总厂 9039 248 1 78 4500 1 04 1 47余拣锅炉 枣庄泉头化工厂 3646 440 250 450 150 1 70l 3 告藻器 枣庄泉头化工厂 3646 25e 180 2000 104 1 5S省煤器 福州玩酸化工总厂 l 665 7 510 350 6 D00 1 04 1 70l 5 余搀锅炉 江苏末海矿化有限公司 11 234 280 1 000 1 04 1，O1 6 省煤器 江苏车海矿化有限公司 11 234 280 t90 5 500 1 0。 1 60” 余热锅炉 江苏东海矿化有限台司 14064 437 224 ”B8 1751 8 省煤器 江苏车海矿化有限公司 1 4064 22D 169 6500 104 1 37亲热锅炉 湖北监利磷化工总厂 590 449 2092 1 04 1 6420 余热锅炉 湖北监利碡化工总厂 lS 738 446 2407 1 04 16421 雷蠖墨 湖北鉴利磷化工总厂 t9738 24l 193 9000 1n j 3S2 2 采热锅炉 连云巷锦屏磷矿硫酸厂 12 534 57 3 d 42 5I 1 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