熱管技術(shù)在鍋爐余熱回收中的應(yīng)用終稿

1、熱管技術(shù)在鍋爐余熱回收中的應(yīng)用李建輝（郴州鉆石鎢制品有限責(zé)任公司，湖南郴州，423037）摘要：本文介紹了熱管的基本原理，對(duì)鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)施，對(duì)余熱理論回收效果進(jìn)行了分析并與實(shí)際效果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：熱管換熱器在鍋爐煙氣余熱綜合回收利用效果好，降低了燃料消耗，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益。關(guān)鍵詞：熱管；鍋爐；余熱；節(jié)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引言節(jié)能減排是建設(shè)“兩型”社會(huì)的要求，也是企業(yè)發(fā)展的必然。我公司為鎢濕法冶煉企業(yè)，年消耗標(biāo)準(zhǔn)煤一萬(wàn)噸以上。生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)如加溫浸出、硫化與APT結(jié)晶工序

4、均需要大量的熱能，能源消耗主要為煙煤。熱能供應(yīng)系統(tǒng)主要由一臺(tái)蒸汽鍋爐及一臺(tái)燃煤有機(jī)熱載體鍋爐組成。兩臺(tái)鍋爐均配備了空氣預(yù)熱器，改造前空氣預(yù)熱器后的煙氣溫度達(dá)到200以上。為減少煤耗，降低單位產(chǎn)品能耗，促進(jìn)節(jié)能減排，針對(duì)公司能源消耗結(jié)構(gòu)，我們重點(diǎn)探索了鍋爐煙氣余熱的綜合回收利用節(jié)能措施。1方案與實(shí)施1.1熱管的工作原理熱管的工作原理就是利用蒸發(fā)制冷，使熱管兩端形成大溫差，從而使熱量快速傳導(dǎo)1。熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部被抽成負(fù)壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊后w，這種液體沸點(diǎn)低，容易揮發(fā)。熱管一段為蒸發(fā)端，另一段為冷凝端，當(dāng)熱管一段受熱時(shí)，吸液芯的毛細(xì)管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸汽在微小的壓力差下流向另

5、外一端，并且釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)管力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)不止，熱量由熱管一端傳至另外一端2。熱管的正常工作過(guò)程是由液體的蒸發(fā)、蒸汽的流動(dòng)、蒸汽的凝結(jié)和凝結(jié)液的回流組成的閉合循環(huán)（見(jiàn)圖1）。熱管采用了液氣液的相變傳熱，具有極高的傳熱效率，導(dǎo)熱系數(shù)極高，比銀、銅、鋁等金屬熱導(dǎo)體高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。有關(guān)資料表明一根直徑為20mm的銅水熱管，其導(dǎo)熱能力是同直徑紫銅棒的1500 倍3。 圖1 熱管結(jié)構(gòu)示意圖 Fig.1 Schematic diagram of Heat pipe1.2改造前鍋爐給水與煙氣系統(tǒng)配置圖2 改造前鍋爐給水與煙氣系統(tǒng)流程圖Fig.2 The or

6、iginal boiler water supply and exhaust gas system diagram公司的生產(chǎn)需要大量的熱能，熱能介質(zhì)為蒸汽與導(dǎo)熱油兩種，分別由一臺(tái)蒸汽鍋爐（型號(hào)：SZL10-1.25-WIIAI）及一臺(tái)燃煤有機(jī)熱載體鍋爐（型號(hào)：YLL-9500（800）A）供應(yīng)，兩臺(tái)鍋爐均為24小時(shí)運(yùn)行。蒸汽鍋爐系統(tǒng)原設(shè)計(jì)沒(méi)有省煤器，兩臺(tái)鍋爐均配備空氣預(yù)熱器，鍋爐送風(fēng)溫度均可達(dá)140以上，蒸汽鍋爐空氣預(yù)熱器前的煙氣溫度約260，燃煤有機(jī)熱載體鍋爐空氣預(yù)熱器后的煙氣溫度達(dá)到240，改造前鍋爐給水與煙氣系統(tǒng)如圖2。由于公司生產(chǎn)能力不斷擴(kuò)大，對(duì)蒸汽的需求也不斷增加，但對(duì)鍋爐系統(tǒng)的改造

7、卻受多種因素的制約不能立即實(shí)施。在現(xiàn)有條件下提高鍋爐熱效率4，提升鍋爐出力保證生產(chǎn)需求變得迫在眉睫。 1.3方案設(shè)計(jì)與實(shí)施眾所周知，根據(jù)鍋爐熱效率的反平衡法，熱效率=100%（q2 + q3 + q4 + q5 + q6）% 式中q2是排煙熱損失。這是鍋爐的一項(xiàng)主要熱損失(占到總損失的90%以上)。排煙溫度越高，排煙熱損失就越大，有資料表明一般排煙溫度每升高1215，排煙熱損失就將增加1%5。余熱利用設(shè)計(jì)方案過(guò)程中我們認(rèn)真分析了管殼式空氣預(yù)熱器、熱管式空氣預(yù)熱器6、熱管式省煤器7等換熱器的使用效果，將熱管式省煤器1#替代蒸汽鍋爐的空氣預(yù)熱器，變加熱空氣為加熱水；在燃煤有機(jī)熱載體鍋爐的空氣預(yù)熱器

8、后增加熱管換熱裝置2#加熱水，使兩臺(tái)鍋爐的最終排煙溫度控制在120140左右。1#熱管換熱裝置加熱的水直接供蒸汽鍋爐，2#熱管換熱裝置產(chǎn)生的熱水通過(guò)自動(dòng)三通閥門控制可以供車間生產(chǎn)工序用熱水，也可作為1#熱管換熱裝置的供水，以便通過(guò)二次加熱方式提高鍋爐給水溫度。余熱回收利用系統(tǒng)見(jiàn)圖3。圖3 改造后余熱綜合回收系統(tǒng)流程圖Fig.3 Exhaust gas heat recovery system diagram熱管換熱裝置的熱管采用獨(dú)立的普通型碳鋼水熱管8，熱管規(guī)格為22，錯(cuò)位布置設(shè)計(jì)?？紤]煙氣側(cè)積灰，在煙氣側(cè)熱管加裝吹灰壓縮空氣管，定期吹灰。經(jīng)測(cè)試，熱管換熱裝置風(fēng)壓損失約為280Pa，有機(jī)熱載體

9、鍋爐的引風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓余有較大富余，增加該裝置后不會(huì)對(duì)該鍋爐的爐膛負(fù)壓造成影響，也不會(huì)對(duì)現(xiàn)有鍋爐設(shè)備經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行帶來(lái)不良影響。蒸汽鍋爐的引風(fēng)機(jī)偏小，通過(guò)更換引風(fēng)機(jī)后解決風(fēng)壓不足問(wèn)題。2效果與分析2.1改造后的效果 改造后鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，最直觀的效果就是蒸汽鍋爐的蒸汽產(chǎn)量大了。通過(guò)檢測(cè)儀表顯示，原來(lái)蒸汽鍋爐的產(chǎn)汽量只有67T/h，通過(guò)余熱回收后蒸汽鍋爐的產(chǎn)汽量基本上達(dá)9T/h。熱管換熱裝置回收的熱量可提高水溫約60，二次加熱后給水溫度高于95，且給水量能保證鍋爐需求。熱效率測(cè)試數(shù)據(jù)顯示兩臺(tái)鍋爐改造后較改造前提高了10%15%。2.2效果分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀表顯示熱管熱交換裝置進(jìn)出口的煙氣溫度分別為220

10、及140。熱管換熱裝置的熱效率達(dá)90%，我們據(jù)此進(jìn)行節(jié)能效果分析計(jì)算。換熱節(jié)能回收的主要熱能為鍋爐煙氣帶走的熱量，主要包括干煙氣帶走的熱量、煙氣中水蒸汽帶走的熱量、過(guò)量空氣帶走的熱量和飛灰?guī)ё叩臒崃克膫€(gè)部分。即：Ipy= Ipyg+ IpyS+ Ipygk+ I pyfhIpy：鍋爐煙氣帶走的熱量Ipyg：煙氣中水蒸汽帶走的熱量IpyS：煙氣中水蒸汽帶走的熱量Ipygk：煙氣中過(guò)量空氣帶走的熱量I pyfh：煙氣中飛灰?guī)ё叩臒崃勘硪?1M3的氣體與1Kg的飛灰在不同溫度下的焓Table 1 The enthalpy of the gas 1M3 and 1Kg of fly ash at di

11、fferent temperatures排煙溫度(CtPy)RO2KJ/M3(CtPy)N2KJ/M3(CtPy)O2KJ/M3(CtPy)H2OKJ/M3(CtPy)kKJ/M3(CtPy)fhKJ/Kg140245182186212186116220398286295336293188不同氣體與飛灰在不同溫度下的焓見(jiàn)表一9。據(jù)煤分析結(jié)果，發(fā)熱量為QY 5000Kcal/Kg，CY 58%，SY 2%，HY 1.5%，AY 30%，WY 3.6%，NY 1.1%，OY 4.8%（1）回收干煙氣帶走的熱量Ipyg主要指RO2與N2，其他成分在煙氣中的含量小，忽略其影響。Ipyg=VRO2（Ct

12、py）RO2+ V0N2（Ctpy）N2理論完全燃燒空氣需要量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）回收煙氣中水蒸汽帶走的熱量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）回收過(guò)量空氣帶走的熱量Ipygk空氣過(guò)量系數(shù)根據(jù)蒸汽鍋爐的實(shí)際蒸發(fā)量、鼓風(fēng)量與相關(guān)資料，=1.7Ipygk=（-1）V0k（Ctpy）k=409 KJ/Kg（4）回收飛灰?guī)ё叩臒崃縄pyfhIpyfh=0.01AYafh（Ctpy）fh=4.32 KJ/Kg(其中afh為鏈條鍋爐飛灰的系數(shù)，參考有關(guān)資料afh=0.2)綜上：Ipy= Ipyg+ IpyS+ Ipygk+ Ipyfh=1073 KJ/Kg（5）余熱回收的水加熱效果：有機(jī)熱載體鍋爐熱交換裝置可回收的熱量為：1073 KJ/Kg，按有機(jī)熱載體鍋爐用煤量25T/日計(jì)算，則每天可回收的熱量為：1

14、073×25000=26825000 KJ每天的加熱的水量110T，則可提高水溫：26825000÷110000÷4.18=58蒸汽鍋爐余熱熱交換裝置可回收的熱量為：Q=1073 KJ/Kg，燃煤蒸汽鍋爐用煤量30T/日計(jì)算，則每天可回收的熱量為：1073×30000=32190000 KJ蒸汽鍋爐每天的產(chǎn)汽量約130T，則可提高水溫：32190000÷130000÷4.18=59改造完成后，各余熱綜合回收裝置均能實(shí)際水溫提高約60，效果與理論分析計(jì)算接近。（6）節(jié)能效益：有機(jī)熱載體鍋爐熱交換裝置加熱水體吸收的熱量：Q吸1=cmt=4

15、.18KJ /（kg）×110000kg×58=2.66×107 KJ蒸汽鍋爐熱交換裝置加熱水體吸收的熱量：Q吸2=cmt=4.18KJ /（kg）×130000kg×59=3.21×107 KJ兩套熱管換熱裝置綜合回收的總熱量為：Q吸= Q吸1+ Q吸2=5.87×107 KJ蒸汽鍋爐的熱效率為g=0.7，每天節(jié)約的煙煤量：M節(jié)= Q吸/g QY =5.87×107 KJ÷（0.7×20900KJ/Kg）=4014 Kg一年按300天計(jì)算，全年可節(jié)省煙煤1204T，折合標(biāo)準(zhǔn)煤860T，單位產(chǎn)品

16、標(biāo)準(zhǔn)煤消耗降低7.5%。煙煤價(jià)格按800元/T，則一年可節(jié)省煙煤費(fèi)用：300×4.014×800=963360元通過(guò)兩臺(tái)鍋爐的煙氣余熱回收綜合利用后，使蒸汽鍋爐的蒸汽產(chǎn)能得到了提高，有效緩解了生產(chǎn)蒸汽供應(yīng)緊張的局面，順暢了生產(chǎn)同時(shí)節(jié)約了燃煤。（7）環(huán)保效益通過(guò)鍋爐余熱綜合回收，每年可減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗860T，減少排放二氧化碳378T，二氧化硫42T，減少灰渣量258T。103結(jié)論（1）熱管換熱器體積較小、重量輕，熱傳導(dǎo)系數(shù)高，維護(hù)簡(jiǎn)單，在鍋爐余熱綜合利用的節(jié)能上有良好的作用，經(jīng)濟(jì)效果顯著。（2）熱管換熱器由于具有良好的節(jié)能效果，能有效降低能耗與減少排放，符合節(jié)能降耗與減排的“兩型”社會(huì)要求，具有很好的社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)：.1李永贊，胡明輔，李 勇.熱管技術(shù)的研究進(jìn)展及其工程應(yīng)用J.應(yīng)用能源技術(shù).2008,6;45-482黃問(wèn)盈，金勇杰.熱管與熱管換熱器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M，北京，中國(guó)鐵道出版社.1993.3李洪斌，楊先.熱超導(dǎo)體熱管技術(shù)原理及應(yīng)用J.現(xiàn)代物理知識(shí).2009,3;17-18.4管顯蘭.工業(yè)鍋爐熱效率與節(jié)能技術(shù)J. 應(yīng)用能源技術(shù).2006,4;23-25.5孫海鵬.淺談熱管技術(shù)在工業(yè)鍋爐余熱回收上的應(yīng)用J.鍋爐制造.2011,5;38-40.6陳建平，藏雅林，蓋建堂，曹立新.燃煤鍋爐熱管空氣預(yù)熱器分析J