热管技术在余热回收上的应用

热管简介热管是一种高效传热元件，工业上普遍采用的热管形式是结构简单、成本低廉、工作可靠的重力热管（简称热管）。其工作原理是：在一密闭的容器内（例钢管）有一定数量的工质，由于热管内腔有很高的真空度，壳体内的工质处于饱和的气液二相共存状态。管内工质在加热段（蒸发段）接受热流体（例烟气）的热量使工质受热汽化变成蒸汽，由于存在微小压差，故蒸汽在腔中上升通过绝热段到达热管上部的放热段（冷凝段），并向管外冷流体（例空气）放出潜热，重新凝结于内壁面。由于重力作用，液滴沿壁往下流动到达热管下部的加热段一端，从而完成了一个循环，这样反复地、不断地循环，热管就把热量从热流体（例烟气）侧源源不断地传到了冷流体（例空气）侧。热管特点传热高效工作安全耐腐蚀性壁温可调热管具有极高的导热能力，其导热系数是金属的几百到上千倍，所以又被称之为热超导体。热管传热属于二次间壁传热，可减少因管壁泄漏造成整个系统的停车热管可通过设计具有热流变换和自清灰能力，增加了对腐蚀性气体的适应性。改变热管冷热两端的设计，可以获得不同的热流密度，从而调整热管的管壁温度，增加热管适用范围。热管用途热管余热回收保持温度均温热管冷热两端都可以进行强化传热处理，比普通高效管式换热器具有更大的传热系数，往往用于余热回收领域。热管具有单向传热能力，可让物体保持一定温度。青藏高原铁路就应用了热管技术保持冻土温度。热管具有极佳的均温性能，可以使设备获得很好的温度均匀性。某些高要求的加热炉就适用热管。焦炉生产现状现代焦炉主要由炭化室、燃烧室、斜道区、蓄热室和炉顶区组成，蓄热室以下为烟道与基础。炭化室与燃烧室相间布置，蓄热室位于其下方，内故格子砖以回收皮热，斜道区位于蓄热室顶和燃烧空底之间，通过斜道使蓄热室与燃烧室相通，炭化室与燃烧室之上为炉顶，整座焦炉砌在坚固平整的钢筋混凝土基础上，姻道一端通过废气开闭器与蓄热室连接，另一端与烟囱连接。根据炉型不同，烟道设在基础内或基础两侧。工作的时候，煤气在燃烧室内燃烧，产生的高温通过隔墙加热炭化室内的煤使其高温干馏变成焦炭。燃烧后的废气经过立火道顶部跨越孔进入下降气流的立火道，再经蓄热室，格子砖把废气的部分显热回收后，经过小烟道、废气交换开闭器、分烟道、总烟道、烟囱排入大气。焦炉能耗分布热收入热支出焦炉生产过程中，煤的燃烧热是主要的热收入来源，占97.82%；焦炭显热、煤气显热、废气显热是主要的热支出，分别占37.15%、15.21%、17.31%，降低焦炉能耗，就需要充分利用这三项热支出，提高热收入中煤和空气显热所占比例，或者是替代其它的工艺用能。焦炉余热利用现状利用方式干熄焦利用程度回收70%左右的余热普及程度正在普及利用方式制冷利用程度回收40%左右的余热普及程度尚未普及利用方式燃料利用程度回收100%左右的余热普及程度基本普及利用方式生产蒸汽利用程度回收30～40%左右的余热普及程度尚未普及焦炉废气显热利用焦炉余热目前在煤气显热和废气显热部分未得到有效利用。从它们所占余热比例以及回收难度来看，焦炉废气余热回收是更可行的方法。利用热管技术，回收焦炉废气中的一部分显热，用来产生中低压蒸汽，替代原有的蒸汽锅炉，节约锅炉燃料，实现节能和增收的效果。焦炉废气余热回收烟系统流程焦炉废气余热回收烟系统流程通常二座焦炉并联公用一个烟囱，余热回收系统对原先的烟道做改动：增加旁通烟道，在旁通烟道上增设烟气余热蒸汽发生器、引风机、控制闸板等。在原来的烟道上，安装压力传感器，通过调节引风机和控制闸板的开度，使得原来烟道的压力保持与进行余热回收改造之前的数值一样，并且可随燃烧情况做相应的调节。这样安装余热回收系统之后，对焦炉的燃烧系统没有任何影响。当余热回收系统进行维护时，可通过关闭控制闸板，开启原烟道的闸板，使焦炉工作在原先的状态，不影响正常生产。焦炉废气余热回收水系统流程60万吨/年焦炉废气余热回收系统基本参数焦炉产量60万吨/年×2燃料焦炉自产煤气烟气流量140000Nm3/h温度进250℃，出166℃阻力1000Pa蒸汽压力0.6MPa产量7t/h设备主体尺寸长7m×宽4m×高9m设备主体重量100t90万吨/年焦炉废气余热回收系统基本参数焦炉产量90万吨/年×2燃料焦炉自产煤气烟气流量220000Nm3/h温度进250℃，出162℃阻力1100Pa蒸汽压力0.6MPa产量11t/h设备主体尺寸长9.4m×宽4m×高9m设备主体重量174t项目数量备注热管蒸发器1套包括汽包及其组件热管水预热器1套引风机1台全压＞1500Pa烟道控制闸板3个电动闸板和手动闸板给水加压除氧系统1套不包括水处理控制系统1套PLC、电动执行、传感器钢结构1套包括平台、人梯、雨篷90万吨/年焦炉废气余热回收系统基本参数焦炉废气余热回收系统使用热管的好处系统安全。热管出现故障，不影响蒸汽系统运行。系统阻力小。设备本体阻力＜600Pa。通过风机变频和闸板开度调整，保持焦炉炉压不变，不影响焦炉操作。没有腐蚀。水预热器管壁温度高于120℃，不会形成凝水、凝酸腐蚀维护方便。模块化设计，在不影响生产的情况下可更换热管。焦炉废气余热回收效益简单分析以年产90万吨焦炭二联并列焦炉为例，烟气流量220000Nm3/h，烟气温度250℃计算，效益收入如下：已知：

蒸汽产量： 11t/h，

年生产时间： 7000h

煤气锅炉燃料消耗量： 163m3/(t·h)

煤气价格： 1元/m3

软水价格：

软水10元/t

工业用电价格： 0.8元/度那么：

蒸汽总产量： 11×7000＝77000t

节约煤气量： 163×77000＝12551000m3

节约煤气效益： 12551000×1÷10000＝1255.1万元/年

煤气锅炉折旧： 15万元/年

总收益： 1255.1+15＝1270.