热管空气预热器回收窑炉余热.doc

热管空气预热器回收窑炉余热0943014015 王佳伟摘要：利用热管的高效导热性对窑炉的烟气中的余热回收，从而达到减排的效果。同时对传统的钢-水热管与钢-无机物热管在实际应用中的工作数据进行了比较。钢-无机物热管不仅在性能上优于钢-水热管，并且在余热回收方面具有明显的优越性。前沿：窑炉在工业生产中应用比较广泛, 排出的烟气中含有大量的热量, 如对其回收, 不仅节约能源, 而且还能降低热、粉尘等污染。烟道气排放温度,带走大量热量。可利用无机传热及真空热管技术,回收工业窑炉烟道气余热,回收的烟道气余热可用于水的加热如用于热水采暖、洗浴、饮用水、蒸汽或热水锅炉自身补充水的预热等。气的加热如用于热风采暖、热风烘干、炉自身鼓风的预热等。预热器热管示意图1热管工作原理热管是1964年美国洛斯-阿拉莫斯实验室首先命名的换热元件。20世纪80年代我国才开始研究在实际工程中的应用。应用最多的是重力热管。密封的管件内抽真空,达到10-5 10- 4Pa 的负压,往管件内充入少量的液体介质。当热管的下端受热时, 管内的工作液体吸收热量而汽化为蒸汽, 向热管上端流动, 到热管上端放热段, 向外散热后, 凝结为液体, 在重力作用下, 沿管壁流到受热段, 再受热汽化, 反复循环, 将热量由下端传到上端。这个过程是相变传热, 管内热阻小, 这就是热管能以较小的温差传递较大能量的原因。其特点为热效率高、结构简单、无动力单向导热。由于冷热流体间的换热是在管外进行, 强化了传热, 故不受热流体对设备的直接冲刷。2. 热管的优越性由于管内是高效的相变传热，其相当导热系数是铜的几十倍，甚至几百倍，故有超导热体之称。如果将一支热管和一支同样尺寸的铜棒同时插入8090度的热水中，在最初的时刻，如果您敢用手摸一下铜棒，您却不敢触摸烫手的热管，因为热管具有良好的等温性，热管上部的温度几乎与热水相同。每支热管都是一个独立的传热元件，可做成不同的形状和结构，适用于不同的应用场合。热管的加热段和冷却段，都是管外换热，容易处理换热面的积灰和腐蚀。通过改变介质和管材，可用于不同温度下的传热。安装，拆卸，更换，维护方便。3. 钢 - 水热管空气预热器与钢 - 无机物热管空气预热器回收余热对比。无机热管与普通热管相比, 主要有以下特点:启动迅速、传热速度快。自元件一端加热, 数秒钟就可将热量传递到另一端。热阻小、均温性好。无机热传导元件, 主要是通过腔体内部的无机介质来实现传热过程, 传热能力远高于金属材料, 沿传热元件轴向温差趋于零, 从而使元件的表面温度趋于一致。导热系数高。当量导热系数为14MW/m , 是纯银的3. 2万倍。传热能力大。轴向热流密度27.2MW/m2, 径向热流密度158kW /m2。适用温度范围广。介质适用温度范围 -301100。工作压力低。工作时元件内腔压力低,不会发生高温爆管。相容性好。无机传热介质自身能够有效抑制氢、氧的产生,与常用金属材料及非金属材料不发生化学反应, 可保证长期稳定的传热性能。使用寿命长。无机传热介质11万小时内内不会失效,可使元件长期稳定运行。应用安全可靠。由于无机传热元件良好的性能特点, 在将其应用于空气预热器时, 表现出以下优势:传热系数高;可以调节换热元件表面壁温,防止高温过热和低温腐蚀;结构紧凑,体积小,重量轻;换热设备安全可靠;流动阻力小;不易结灰、不易阻塞;无机工质寿命长,且元件相互独立,单个元件损坏或失效,不影响整个装置安全运行,维修费用低。4. 计算Q = M H式中: Q - 热量, kcal/hM -烟气流量, kg/h H - 烟气焓差, kcal/kgM = V/22.4（平均）式中: V - 烟气流量, Nm3/h22. 4 - 气体摩尔常数, Nm3/kmol（平均）- 烟气平均分子量, kg/kmol n（平均）=iyi i=1式中: i - 烟气中i组分的分子量, kg/kmolYi -烟气中i组分的体积分率 H = H1H2 n式中: H1 = Hiy ii=1 n H2 = Hiy ii=2式中: Hi - 烟气中i组分的焓值Yi-烟气中i组分的体积分率经查烟气余热系统引烟机体积流量(V) 为37800Nm3 /h。由表1中数据可算出空气预热器使用钢 - 水热管时回收的烟气余热为:Q水= MH = V /22.4 （平均）H= 37800/22.428.397(83.121-64.396)= 89.74 104 kcal/h由表2中数据可算出空气预热器使用钢- 无机物热管时回收的烟气余热为:Q无机物= MH = V/22.4（平均）H= 37800/22.428.397(82.086-52.426)= 142.15 104 kcal/hQ无机物-Q水= 142.15104-89.74104 = 52.41104 kcal/h若取1kg瓦斯发热值为10000 kcal/h 则空气预热器在使用钢-无机物热管时比使用钢-水热管时节约瓦斯52.41kg/h(合440吨/年节约人民币约44万元/年)。分子筛空气预热器共用热管348根, 按每根20kg算,热管重量约7吨,普通钢-水热管市场价格为15000元/吨, 钢- 无机物热管市场价格为17000元/吨。每吨差价仅2000元, 空气预热器运行约4个月就可收回全部投资。经济效益十分明显。结论：无机传热式空预器是一种高新技术。对传统的热管是一个新的突破, 它不但继承了传统热管的众多优点, 同时弥补了传统热管失效快、易爆管等许多不足之处, 其良好的均温性可有效防止酸露点腐蚀; 良好的耐热性可有效地增加设备的使用寿命。无机热管式同时具备应用温度范围广泛, 介质工作压力低, 无爆管, 启动速度快等优越性能为一体, 是目前其它热管所不能及的。参考文献：1 张红,杨峻,庄骏.热管节能技术M.北京:化学工业出版社,2009.2 靳明聪,陈远国.热管及热管换热器M.重庆:重庆大