热管技术在锅炉余热回收中的应用终稿

1、热管技术在锅炉余热回收中的应用李建辉（郴州钻石钨制品有限责任公司，湖南郴州，423037）摘要：本文介绍了热管的基本原理，对锅炉烟气余热回收系统进行了设计与实施，对余热理论回收效果进行了分析并与实际效果进行了对比。结果表明：热管换热器在锅炉烟气余热综合回收利用效果好，降低了燃料消耗，具有较好的经济效益与环保效益。关键词：热管；锅炉；余热；节能降耗Application of Heat Pipe Technology Recover the Waste Heat of BoilerLI Jian-hui(Chenzhou Diamond Tungsten Products Co.,Ltd, Ch

2、enzhou Hunang 423037)Abstract: In this article, we described the basic principles of heat pipe, completed the design of the boiler exhaust gas heat recovery, and compared the theoretical heat recovery values with actual results. Our study revealed that the usage of the heat pipe exchanger can signif

3、icantly improve the effect of the exhaust gas heat recovery, reduce fuel consumption. Meanwhile it leads to the desirable benefits both economically and environmentally.Key words: heat pipe; boiler, waste heat; energy saving0引言节能减排是建设“两型”社会的要求，也是企业发展的必然。我公司为钨湿法冶炼企业，年消耗标准煤一万吨以上。生产主要环节如加温浸出、硫化与APT结晶工序

4、均需要大量的热能，能源消耗主要为烟煤。热能供应系统主要由一台蒸汽锅炉及一台燃煤有机热载体锅炉组成。两台锅炉均配备了空气预热器，改造前空气预热器后的烟气温度达到200以上。为减少煤耗，降低单位产品能耗，促进节能减排，针对公司能源消耗结构，我们重点探索了锅炉烟气余热的综合回收利用节能措施。1方案与实施1.1热管的工作原理热管的工作原理就是利用蒸发制冷，使热管两端形成大温差，从而使热量快速传导1。热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。热管一段为蒸发端，另一段为冷凝端，当热管一段受热时，吸液芯的毛细管中的液体迅速蒸发，蒸汽在微小的压力差下流向另

5、外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细管力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端2。热管的正常工作过程是由液体的蒸发、蒸汽的流动、蒸汽的凝结和凝结液的回流组成的闭合循环（见图1）。热管采用了液气液的相变传热，具有极高的传热效率，导热系数极高，比银、铜、铝等金属热导体高出几个数量级。有关资料表明一根直径为20mm的铜水热管，其导热能力是同直径紫铜棒的1500 倍3。 图1 热管结构示意图 Fig.1 Schematic diagram of Heat pipe1.2改造前锅炉给水与烟气系统配置图2 改造前锅炉给水与烟气系统流程图Fig.2 The or

6、iginal boiler water supply and exhaust gas system diagram公司的生产需要大量的热能，热能介质为蒸汽与导热油两种，分别由一台蒸汽锅炉（型号：SZL10-1.25-WIIAI）及一台燃煤有机热载体锅炉（型号：YLL-9500（800）A）供应，两台锅炉均为24小时运行。蒸汽锅炉系统原设计没有省煤器，两台锅炉均配备空气预热器，锅炉送风温度均可达140以上，蒸汽锅炉空气预热器前的烟气温度约260，燃煤有机热载体锅炉空气预热器后的烟气温度达到240，改造前锅炉给水与烟气系统如图2。由于公司生产能力不断扩大，对蒸汽的需求也不断增加，但对锅炉系统的改造

7、却受多种因素的制约不能立即实施。在现有条件下提高锅炉热效率4，提升锅炉出力保证生产需求变得迫在眉睫。 1.3方案设计与实施众所周知，根据锅炉热效率的反平衡法，热效率=100%（q2 + q3 + q4 + q5 + q6）% 式中q2是排烟热损失。这是锅炉的一项主要热损失(占到总损失的90%以上)。排烟温度越高，排烟热损失就越大，有资料表明一般排烟温度每升高1215，排烟热损失就将增加1%5。余热利用设计方案过程中我们认真分析了管壳式空气预热器、热管式空气预热器6、热管式省煤器7等换热器的使用效果，将热管式省煤器1#替代蒸汽锅炉的空气预热器，变加热空气为加热水；在燃煤有机热载体锅炉的空气预热器

8、后增加热管换热装置2#加热水，使两台锅炉的最终排烟温度控制在120140左右。1#热管换热装置加热的水直接供蒸汽锅炉，2#热管换热装置产生的热水通过自动三通阀门控制可以供车间生产工序用热水，也可作为1#热管换热装置的供水，以便通过二次加热方式提高锅炉给水温度。余热回收利用系统见图3。图3 改造后余热综合回收系统流程图Fig.3 Exhaust gas heat recovery system diagram热管换热装置的热管采用独立的普通型碳钢水热管8，热管规格为22，错位布置设计。考虑烟气侧积灰，在烟气侧热管加装吹灰压缩空气管，定期吹灰。经测试，热管换热装置风压损失约为280Pa，有机热载体

9、锅炉的引风机的风压余有较大富余，增加该装置后不会对该锅炉的炉膛负压造成影响，也不会对现有锅炉设备经济安全运行带来不良影响。蒸汽锅炉的引风机偏小，通过更换引风机后解决风压不足问题。2效果与分析2.1改造后的效果 改造后锅炉系统运行平稳，最直观的效果就是蒸汽锅炉的蒸汽产量大了。通过检测仪表显示，原来蒸汽锅炉的产汽量只有67T/h，通过余热回收后蒸汽锅炉的产汽量基本上达9T/h。热管换热装置回收的热量可提高水温约60，二次加热后给水温度高于95，且给水量能保证锅炉需求。热效率测试数据显示两台锅炉改造后较改造前提高了10%15%。2.2效果分析现场测试仪表显示热管热交换装置进出口的烟气温度分别为220

10、及140。热管换热装置的热效率达90%，我们据此进行节能效果分析计算。换热节能回收的主要热能为锅炉烟气带走的热量，主要包括干烟气带走的热量、烟气中水蒸汽带走的热量、过量空气带走的热量和飞灰带走的热量四个部分。即：Ipy= Ipyg+ IpyS+ Ipygk+ I pyfhIpy：锅炉烟气带走的热量Ipyg：烟气中水蒸汽带走的热量IpyS：烟气中水蒸汽带走的热量Ipygk：烟气中过量空气带走的热量I pyfh：烟气中飞灰带走的热量表一 1M3的气体与1Kg的飞灰在不同温度下的焓Table 1 The enthalpy of the gas 1M3 and 1Kg of fly ash at di

11、fferent temperatures排烟温度(CtPy)RO2KJ/M3(CtPy)N2KJ/M3(CtPy)O2KJ/M3(CtPy)H2OKJ/M3(CtPy)kKJ/M3(CtPy)fhKJ/Kg140245182186212186116220398286295336293188不同气体与飞灰在不同温度下的焓见表一9。据煤分析结果，发热量为QY 5000Kcal/Kg，CY 58%，SY 2%，HY 1.5%，AY 30%，WY 3.6%，NY 1.1%，OY 4.8%（1）回收干烟气带走的热量Ipyg主要指RO2与N2，其他成分在烟气中的含量小，忽略其影响。Ipyg=VRO2（Ct

12、py）RO2+ V0N2（Ctpy）N2理论完全燃烧空气需要量V0K（M3/kg）：V0K=0.0889（CY+0.375 SY）+0.265 HY-0.333 OY=5.46 M3/kgVRO2=0.01866（CY+0.375 SY）=1.096 M3/kgV0N2=0.79 V0K+0.008 NY=4.323 M3/kgIpyg=VRO2（Ctpy）RO2+ V0N2（Ctpy）N2=616KJ/Kg（2）回收烟气中水蒸汽带走的热量IpySIpyS=V0H2O（Ctpy）H2OV0H2O=0.111 HY+0.0124 WY+0.0161 V0K=0.35 M3/kgIpyS=V0H2

13、O（Ctpy）H2O=44KJ/Kg（3）回收过量空气带走的热量Ipygk空气过量系数根据蒸汽锅炉的实际蒸发量、鼓风量与相关资料，=1.7Ipygk=（-1）V0k（Ctpy）k=409 KJ/Kg（4）回收飞灰带走的热量IpyfhIpyfh=0.01AYafh（Ctpy）fh=4.32 KJ/Kg(其中afh为链条锅炉飞灰的系数，参考有关资料afh=0.2)综上：Ipy= Ipyg+ IpyS+ Ipygk+ Ipyfh=1073 KJ/Kg（5）余热回收的水加热效果：有机热载体锅炉热交换装置可回收的热量为：1073 KJ/Kg，按有机热载体锅炉用煤量25T/日计算，则每天可回收的热量为：1

14、073×25000=26825000 KJ每天的加热的水量110T，则可提高水温：26825000÷110000÷4.18=58蒸汽锅炉余热热交换装置可回收的热量为：Q=1073 KJ/Kg，燃煤蒸汽锅炉用煤量30T/日计算，则每天可回收的热量为：1073×30000=32190000 KJ蒸汽锅炉每天的产汽量约130T，则可提高水温：32190000÷130000÷4.18=59改造完成后，各余热综合回收装置均能实际水温提高约60，效果与理论分析计算接近。（6）节能效益：有机热载体锅炉热交换装置加热水体吸收的热量：Q吸1=cmt=4

15、.18KJ /（kg）×110000kg×58=2.66×107 KJ蒸汽锅炉热交换装置加热水体吸收的热量：Q吸2=cmt=4.18KJ /（kg）×130000kg×59=3.21×107 KJ两套热管换热装置综合回收的总热量为：Q吸= Q吸1+ Q吸2=5.87×107 KJ蒸汽锅炉的热效率为g=0.7，每天节约的烟煤量：M节= Q吸/g QY =5.87×107 KJ÷（0.7×20900KJ/Kg）=4014 Kg一年按300天计算，全年可节省烟煤1204T，折合标准煤860T，单位产品

16、标准煤消耗降低7.5%。烟煤价格按800元/T，则一年可节省烟煤费用：300×4.014×800=963360元通过两台锅炉的烟气余热回收综合利用后，使蒸汽锅炉的蒸汽产能得到了提高，有效缓解了生产蒸汽供应紧张的局面，顺畅了生产同时节约了燃煤。（7）环保效益通过锅炉余热综合回收，每年可减少标准煤消耗860T，减少排放二氧化碳378T，二氧化硫42T，减少灰渣量258T。103结论（1）热管换热器体积较小、重量轻，热传导系数高，维护简单，在锅炉余热综合利用的节能上有良好的作用，经济效果显著。（2）热管换热器由于具有良好的节能效果，能有效降低能耗与减少排放，符合节能降耗与减排的“两型”社会要求，具有很好的社会效益。参考文献：.1李永赞，胡明辅，李 勇.热管技术的研究进展及其工程应用J.应用能源技术.2008,6;45-482黄问盈，金勇杰.热管与热管换热器设计基础M，北京，中国铁道出版社.1993.3李洪斌，杨先.热超导体热管技术原理及应用J.现代物理知识.2009,3;17-18.4管显兰.工业锅炉热效率与节能技术J. 应用能源技术.2006,4;23-25.5孙海鹏.浅谈热管技术在工业锅炉余热回收上的应用J.锅炉制造.2011,5;38-40.6陈建平，藏雅林，盖建堂，曹立新.燃煤锅炉热管空气预热器分析J