热管余热锅炉在钢管退火炉余热回收中的应用VIP

： ： ； ： ： 一 设备 0 ； ； ： ： ； ! 热管余热锅炉在钢管退火炉余热回收中的应用 李 永 ， 宿新天， 张子禹， 刘 亮， 郭少春 ( 保定市金能换热设备有限公司， 河北 保定0 7 1 0 0 0 ) 摘要：钢管退火炉排 出的烟气带有可观的热量 ， 如不加 以回收利用， 将造成能源的浪 费。如果 以钢管退 火 炉的烟气余热在热管余热锅炉中产 生蒸汽加 以利用， 可使钢 管退火炉的热效率提 高到 7 0 以上。 热管余热锅 炉是一种值得推广应用的节能装置。 关键词 ： 余热； 节能； 热管余热锅炉 中图分类号 ： T K 1 1 5 文献标识码： B 文章编号 ： 1 0 0 8 - 1 6 9 0 ( 2 0 1 3 ) 0 4 - 0 0 6 8 0 3 Ap p l i c a t i o n o f He a t Pi pe W a s t e He a t Bo i l e r t o Re c o v e r y o f W a s t e He a t o f S t e e l Pi p e An ne a l i ng Fur n a c e LI Yo n g，S U Xi n t i a n，ZHANG Zi y u，LI U Li a n g，GUO S h a o c h u n ( B a o d i n g J i n n e n g H e a t E x c h a n g e r C o ，L t d ， B a o d i n g 0 7 1 0 0 0 ， H e b e i C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e f u e l g a s o f s t e e l p i p e a n n e a l i n g f u r n a c e b e a r s a c o n s i d e r a b l e h e a t ，wh i c h， i f n o t r e c o v e r e d a nd u t i l i z e dwi l l c a u s e wa s t e e n e r g y I f t h e s t e a m i s p r o d u c e d b y us i n g t h e wa s t e h e a t o f fl u e g a s o f s t e e l p i p e a n n e a l i n g f u r n a c e i n a he a t p i p e wa s t e h e a t b o i l e r a n d i s u t i l i z e d，t h e h e a t e ffic i e n c y o f s t e e l p i p e a n n e a l i n g f u ma c e c a n b e i n c r e a s e d t o 7 0 a n d a b o v e Th e h e a t p i p e wa s t e h e a t b o i l e r i s a n e n e r g y s a v i n g d e v i c e wo r t h e x t e n s i v e a p p l y i n g Ke y wor ds ：wa s t e h e a t ；e ne r gy s a v i n g；he a t p i p e wa s t e h e a r b o i l e r 利用钢管退火炉烟气的余热产生蒸汽， 可以节 约大量燃料 ， 减少大气污染， 改善劳动条件 ， 提高产 量及降低生产成本 。节能是工业炉发展的关键 ， 能 耗的高低直接反映在产 品的成本 和价值上 ， 也影响 产品的竞争能力和销路 ， 涉及 企业 的发展和生存。 提高企业能源的利用率是解决当前能源供需矛盾的 最有效途径之一。利用烟道气余热产生蒸汽， 可使 钢管退火炉 的热效率达到 7 0 以上。在钢管生产 中， 要对原始状态的钢管进行几次退火 ， 以消除应力 使之成形 ， 并达到要求的钢管尺寸。退火炉排烟温 度一般 为 6 5 03 5 0， 其 热量损失 达到 2 0 2 5 ， 如何有效利用这些余热资源 ， 将产生的蒸汽用 于生产或生活中， 这是退火炉有效的节能措施之一。 例如 ， 将退火炉的排烟温度降至 1 5 0就能节约燃 料 1 5 ， 减少 C O 排放量 1 8 。 1 热管式余热锅炉的特点 热管是依靠自身工作液体的相变来实现传热的 元件。其特点： ( 1 ) 以工作液体的气一 液相变进行传 热 ， 热阻很小 ， 因此具有很高的导热性 。( 2 ) 优 良的 保温性 ， 热管 内腔的蒸汽处于饱和状态 ， 一定的饱和 温度对应于相应的饱和压力 ， 饱和蒸汽从蒸发段流 向冷凝段所产生的压力降和温降很小 ， 因此具有优 良的保温性。部分热管元件 的破损， 不会影响蒸 汽 系统的循环 ， 无须为此停车检修 。 热管余热锅炉 的最大特点是结构紧凑 ， 体积小 ， 安全可靠。其质 量 仅 为一 般 烟管 式余 热 锅 炉 的 1 31 5 ， 外形尺寸仅为后者的 1 21 3 。 烟气通 过 热管 余 热锅 炉 的压 力 损 失一 般 为 2 0 06 0 0 P a ， 故电机的电耗也较低 。 热管式余热锅炉设置在总烟道 口， 可供两 台退 火炉交替使用。 2 设计方案 首先确定余热锅炉的结构形式。采用卧式整体 布置形式， 合理分配辐射、 对流受热面积。设计参数 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 2 0 4 作者简介 ： 李永( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 河北保定人， 长期从事热能研制、 开发工作。 联 系电话 ： 0 3 1 2 - 5 0 1 2 8 2 8 ， E ma i l ： b d j i n n e n g s i n a c o n - 6 8 热处理 2 0 1 3年第 2 8卷第4期 为 ： 退火炉排烟温度约 3 8 5， 蒸气 表压 0 6 M P a ， 蒸气产量6 2 0 k g h ， 这样设计既不影响设备安全运 行 ， 又能得到较理想的热效率。 排烟温度确定后 ， 通过热力计算确定余热锅炉 蒸发量 ： D ： f 1 ) d z 一 g 。 式中 ： D为锅炉蒸发量 ， k g h ； 为锅炉热效率； Q 为 进入锅炉 总热量 ， k J h ； i d 为蒸 汽焓 ， k J k g ； i 为 给 水焓 ， k J k g 。 热平衡计算确定后 ， 就可以根据需要布置受热 面积和结构。 2 1 热管余热锅炉的工作原理 由于传统的 u型管式 、 烟管式余 热锅炉和列 管 式余热锅炉都存在先天不足， 自然循环不够稳定 ， 严 重时形成气阻造成循环恶化 ， 部分 中心管供水不足 还会引起管壁过热而爆 管。采用热管技术 ， 可以使 气一 水循环回路通畅， 结构简单。 热管式余热锅炉 的工作原理是 ， 从退火炉排 出 的烟气经过热管加热段 ， 使热管 内的工作液受热气 化， 向上流到气包内的热管冷却段， 工作液体在冷却 段释放出气化潜热 ， 用于加热气包底部 的饱和水 ， 使 饱 和水变成蒸汽。传热介质释放 出气化潜热后 ， 工 作液沿着热管 内部 向下流动到加热段继续受 热气 化， 工作液体蒸汽再次上升到热管的冷却段， 加热管 外饱和水 ， 使水变为蒸汽进入气包上部 ， 如此反复循 环， 使热管余热锅炉正常运行。 2 2 热管余热锅炉的效率 热管余热锅炉的热效率 由如下公式求出 ： ： ( 2 ) 7 e x L z 式 中： E 为余热锅炉从热流体 中获得的热量 ； E 为 余热锅炉传 给冷流体的热量。上式代入相关公式 ， 1 + + + ， 。 、 x 一 2 5+ 孺 l 0 + 9 + 2 2 16 8 l7 I 一 _ I_ l = 5 6 式 中： T o 为环境 温度 ， ； T 为热 流体温度 ， ； AT 1 为热流体与热管外壁 的温差 ， K； 为热流体侧热 管外壁与内壁之间的温差， K ； 为冷流体侧热管 内壁与外壁之间的温差 ， K； 为冷流体侧热管外 壁与冷流体之间的温差 ， K。 如式( 3 ) 所示 ， 代入 以上各个参 数即可求 得该 台热管余热锅炉的热效率为 5 6 。 2 3热 工设 计 该项 目根据热经济学理论 即能量利用效率 + 投 资成本 +运行经济性 的原则进行热工设计 ， 首先从 下述方面优化传热设计。 ( 1 ) 该热管余热锅炉传热系数较高 ， 其 当量传 热系数 K值 比列管式传热能力可提高 35倍 ， 优 化传热性能也就提高了能量的利用效率 。 ( 2 ) 设备结构紧凑 ， 烟气侧采取带翅片 的热管 元件组合 ， 设备体积小 、 质量轻 ， 材料消耗少 ， 降低了 投资成本。 ( 3 ) 传热元件布置合理 ， 可将介质流速调整到 有 自清灰能力 。流体阻力小， 两种换热介质均走管 外 ， 无需往返 ， 流程可大大缩短 ， 从 而可 以降低 流动 阻力 ， 动力消耗小 ， 降低了设备 的运行成本 。 该项 目采取措施如下 ： ( 1 )受热面采用纵向鳍片管 ， 单位体积受热面 积大 ， 自清灰能力强。 ( 2 ) 烟气流速设计为 91 0 m s 。 ( 3 ) 对受热 面前 两排 焊防护鳍片， 防止烟灰对 鳍片的磨损 。 ( 4 ) 热管与锅体间的连接要密封可靠并能承受 热应力、 压力， 这是保证热管余热锅炉正常运行的必 要条件 。 由于烟气中含有大量灰尘 ， 为减少磨损和堵塞 ， 对流受热面烟气流速要大于 8 m s ，以加强烟气 的 自清灰能力。管束要顺列 布置， 横 向相对节距 s d 要大于 2 5 ，防止灰尘搭桥和便于清灰 J 。 各项