熱管式余熱鍋爐在蒸汽管網(wǎng)中的應用

熱管式余熱鍋爐在蒸汽管網(wǎng)中的應用

0余熱回收及氣調(diào)與除塵鋼鐵產(chǎn)業(yè)是我國的一項主要經(jīng)濟技術。它不僅是一個能源嚴重的家庭，也是一個污染嚴重的家庭。我國鋼鐵企業(yè)噸鋼綜合能耗比國際先進水平高出很多,其燒結(jié)、高爐及煉鋼工序有相當數(shù)量的余熱未能回收利用。因此,鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗對企業(yè)自身、環(huán)境保護和國民經(jīng)濟都有非常重要的意義。目前國內(nèi)冶金行業(yè)中,電弧爐、轉(zhuǎn)爐煉鋼等冶煉過程的余熱均未得到有效的利用,該部分的煙氣降溫均采用循環(huán)水激冷,不僅浪費了大量高品位的能源,而且消耗電力和水資源,造成極大的能源和資源的浪費及環(huán)境污染。對這部分能量的回收,其主要困難在于:煙氣溫度高(最高時可達1000℃以上);溫度交變幅度大(每40～45分鐘一個周期,溫度在200～800℃之間變化);粉塵含量高,灰塵在降溫降速過程中會存在沉積和腐蝕。傳統(tǒng)的管式、板式換熱器不但難以承受如此大幅度的熱應力,同時對高含塵也束手無策。采用熱管作為傳熱元件的余熱鍋爐,可以通過熱管內(nèi)部性能的改善以及靈活排列和冷熱段長度的調(diào)整,控制一定的流速和管壁溫度,減低和避免灰塵的沉淀,同時換熱元件熱管的兩端處于自由狀態(tài),避免了熱應力的問題,有利于實現(xiàn)高溫、交變、高含塵的煙氣余熱的有效回收,并產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的蒸汽供生產(chǎn)使用。1管道技術和工作原理(1)從汽態(tài)到液液熱管是一種新型高效的傳熱元件,按較精確的定義應稱之為“封閉的兩相傳熱系統(tǒng)”,即在一個抽成真空的封閉的體系內(nèi),依賴裝入內(nèi)部的流體的相變(液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)和汽態(tài)變?yōu)橐簯B(tài))來傳遞熱量。近幾年來,熱管技術得到了迅速發(fā)展,由于其具有傳熱速度快、熱效率高、運行和維護費用低等優(yōu)點,被廣泛應用于余熱回收的多種領域。(2)冷端/熱端汽化將一根封閉的管殼抽成真空,內(nèi)部充裝一定比例的液體工作介質(zhì)(工質(zhì)),即構(gòu)成了熱管。熱管放在熱源部分的稱之為蒸發(fā)段(熱端),放在冷卻部分的稱之為冷凝段(冷端)。當蒸發(fā)段吸熱把熱量傳遞給工質(zhì)后,工質(zhì)吸熱由液態(tài)變成氣態(tài),發(fā)生相變,吸收汽化潛熱。在管內(nèi)壓差作用下,氣體攜帶潛熱由蒸發(fā)段流到冷凝段,把熱量傳遞給管外的冷流體,放出凝結(jié)潛熱,管內(nèi)工質(zhì)又由氣態(tài)凝為液態(tài),在重力作用下,回到蒸發(fā)段,繼續(xù)吸熱汽化。如此周而復始,將熱量不斷地由熱流體傳給冷流體。(3)熱管及蒸汽溫度①金屬、非金屬材料本身的導熱速率取決于材料的導熱系數(shù)、溫度梯度,正交于溫度梯度的截面面積。以金屬銀為例,其導熱系數(shù)為415W/(m·K)左右,經(jīng)測定,熱管的導熱系數(shù)是銀的幾百倍到上千倍,故熱管有超導體之稱。②由于熱管內(nèi)的傳熱過程是相變過程,而且工質(zhì)的純度很高,因此熱管內(nèi)蒸汽溫度基本上保持恒溫,經(jīng)測定:熱管兩端的溫差不超過5℃,與其它傳熱元件相比,熱管具有良好的等溫性能。③熱管能適應的溫度范圍與熱管的具體結(jié)構(gòu)、采用的工作流體及熱管的環(huán)境工作溫度有關。目前,熱管能適應的溫度范圍一般為-200～2000℃,這也是其它傳熱元件所難以達到的。④運行中即使有個別熱管損壞,也不會造成兩種換熱介質(zhì)相混,不必停車堵漏。因此,熱管設備具有使用周期長、安全可靠的優(yōu)點。⑤由于每一支熱管都是一個獨立的換熱元件,因此不論其多大、多長,每一支熱管均可任意拆換。2單根熱管受到破壞熱管式余熱鍋爐與常規(guī)余熱鍋爐相比具有明顯的優(yōu)越性,其體積緊湊,結(jié)構(gòu)簡單,傳熱效率高,每支熱管都是一個獨立的傳熱元件,可根據(jù)不同的溫度水平而設計,熱管徹底隔離了熱源和冷源,因而單根熱管受到破壞不影響整個設備的運行,提高了設備長期運行的可靠性。為了節(jié)約能源,減少環(huán)境污染,我公司為某鋼廠110t電弧爐煙氣余熱系統(tǒng)設計了一臺熱管式余熱鍋爐,余熱鍋爐為一個獨立的汽水自然循環(huán)系統(tǒng),由汽包、蒸發(fā)器、省煤器、上升管、下降管等設備和元件組成,配套設備有清水泵、給水泵、除氧器等,回收電弧爐煙氣余熱產(chǎn)生飽和蒸汽供生產(chǎn)使用。(1)圓弧爐和空氣參數(shù)電弧爐及煙氣參數(shù)見表1。(2)余熱鍋爐入口煙氣溫度蒸汽壓力2.3MPa蒸汽溫度222℃蒸發(fā)量22t/h給水溫度104℃煙氣流量190000m3/h(標態(tài))余熱鍋爐入口煙氣溫度≤800℃余熱鍋爐出口煙氣溫度<200℃3剩余鍋爐的工作性能(1)余熱鍋爐入口煙道電弧爐出來的煙氣溫度為200～800℃,瞬間高溫達1000℃,通過內(nèi)襯磚墻的煙氣通道從上端進入余熱鍋爐入口煙道,然后依次流經(jīng)四級蒸發(fā)器、省煤器。煙溫降到200℃以下后,沿水平方向從省煤器下方煙道引出。(2)蒸發(fā)汽蒸系統(tǒng)余熱鍋爐給水進入省煤器,在省煤器中給水被加熱后進入汽包和汽包中已有的水混合成爐水。余熱鍋爐為自然循環(huán)方式,鍋筒中的水從下降管中流出,進入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中受熱蒸發(fā)形成汽水混合物回到鍋筒。在鍋筒內(nèi)汽水被分離,分離出來的水從鍋筒底部出來流向熱交換面,熱交換面和鍋筒之間形成一個封閉的回路,而分離出來的蒸汽在鍋筒上部空間(汽空間)引出。在鍋筒內(nèi),水和蒸汽相位界限的劃分靠水位線來實現(xiàn)。相位界限內(nèi)的水始終處于沸騰狀態(tài),蒸汽壓力(分壓力)的任何變化都會引起蒸汽產(chǎn)量的變化,隨之也必然引起水位線的波動,蒸汽在離開鍋筒前,要通過汽水分離,以濾出蒸汽中剩余的水分。4減少煙氣排放量余熱鍋爐投入運行以后,年產(chǎn)2.3MPa飽和蒸汽158400t,可節(jié)約標煤17914t/a。由于減少了鍋爐房相應的供汽量,故可減少煙