一、煤矸石窯爐基本情況
年產(chǎn)3000萬塊標(biāo)磚的隧道窯生產(chǎn)線2條,煤矸石窯爐冷卻段溫度排煙在200-600℃,本方案采用熱管換熱器回收冷卻段的煙氣余熱用于廠房采暖。
二、熱管技術(shù)及應(yīng)用情況的簡介
(一)、熱管技術(shù)介紹
1.熱管及熱管換熱器工作原理和基本特性
熱管起源于二十世紀(jì)六十年代的美國,1967年一根不銹鋼-水熱管被送入地球衛(wèi)星軌道并運(yùn)行成功。熱管理論一經(jīng)提出就得到了各國科學(xué)家的高度重視,并展開了大量的研究工作,使得熱管技術(shù)得以很快發(fā)展。熱管技術(shù)開始主要用于航天航空領(lǐng)域,我國自二十世紀(jì)70年代開始對熱管進(jìn)行研究,自80年代以來相繼開發(fā)了熱管氣-氣換熱器、熱管余熱鍋爐、高溫?zé)峁苷羝l(fā)生器、高溫?zé)峁軣犸L(fēng)爐等各類熱管產(chǎn)品。由于碳鋼-水兩相重力式熱管結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、制造方便、碳鋼-水相容性的基本解決,使得此類熱管在動力、化工、干燥、建材等領(lǐng)域內(nèi)得以廣泛應(yīng)用。
重力式熱管的基本工作原理如圖表1所示,典型的熱管由管殼、外部擴(kuò)展受熱面、端蓋組成,將管內(nèi)抽成1.3×(10-1~10-4)Pa的負(fù)壓后充入適量的工作液體,然后加以密封。
當(dāng)熱管的蒸發(fā)段受熱時熱管內(nèi)的工質(zhì)蒸發(fā)汽化,蒸汽在微小壓差下流向冷凝段放出熱量凝結(jié)成液體,在重力的作用下流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不已,熱量就由一端傳到了另一端。熱管的傳熱原理決定著熱管有以基本特性:
很高的軸向?qū)嵝?,熱管?nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱,熱阻很小,因此具有很高的導(dǎo)熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比,單位重量的熱管可以傳遞幾個數(shù)量級的能量。
優(yōu)良的等溫性,熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài),飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度,飽和蒸汽由蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓力差很小,因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。
因為熱管有以上的結(jié)構(gòu)和特性,所以由熱管組成的熱管換熱器具有以下優(yōu)點(diǎn):
熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開,在運(yùn)行過程中即使單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發(fā)生泄露,也只是單根熱管失效,而不會發(fā)生冷熱流體的混雜。所以熱管換熱器用于易然、易爆、腐蝕等流體的換熱場合具有很高的可靠性。
熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動,可以比較容易的實現(xiàn)冷、熱流體的完全逆流換熱,獲得較大的對數(shù)溫差。同時冷熱流體均在管外流動,由于管子對流體擾動的作用使得管外流動所具有的換熱系數(shù)遠(yuǎn)高于管內(nèi)流動所具有的換熱系數(shù),并且管外流動兩側(cè)受熱面均可獲得充分的擴(kuò)展。這樣換熱器可以做的非常緊湊,用于品位較低的熱能的回收非常經(jīng)濟(jì)。
對于含塵量較高的流體,熱管換熱器可以在設(shè)計時對熱管的排布尺寸較容易的進(jìn)行調(diào)整,解決換熱器的磨損問題。
熱管換熱器用于帶有腐蝕性的煙氣的余熱回收時,可以通過調(diào)整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積來調(diào)整冷、熱兩側(cè)的熱阻,從而達(dá)到調(diào)整熱管管壁溫度的目的,使熱管能避開的腐蝕區(qū)域。
2.重力式熱管換熱器的應(yīng)用范圍
由于重力式熱管換熱器本身的優(yōu)良特性使得該種熱管換熱器的應(yīng)用范圍非常廣泛,下面簡述幾個應(yīng)用領(lǐng)域以作說明。
在動力工程中的應(yīng)用。主要的應(yīng)用是熱管換熱器用作鍋爐的低溫級空氣預(yù)熱器,解決低溫預(yù)熱器腐蝕、堵灰、磨損問題。熱管式空氣預(yù)熱器相對于管式空氣預(yù)熱器有以下優(yōu)點(diǎn):①可以解決漏風(fēng)問題。②可以減輕腐蝕。原因是壁溫可調(diào),可使之避開嚴(yán)重腐蝕的溫度區(qū)域(壁溫與腐蝕速度的關(guān)系見下圖)。第二由于熱管具有優(yōu)良的等溫性,所以每根熱管的壁溫基本上都是一個定值,而管式空氣預(yù)熱器的每根管子的壁溫都是一個范圍,這樣在鍋爐運(yùn)行工況變化時,管式空氣預(yù)熱器的所有管子都有可能處于嚴(yán)重腐蝕區(qū),而熱管式空氣預(yù)熱器只有部分管子可能處于嚴(yán)重腐蝕區(qū)。③具有良好的防堵灰性能。因為腐蝕和堵灰是兩個緊密相關(guān)的問題,腐蝕問題的解決就防止了管壁上的結(jié)露,從而也就防止了嚴(yán)重積灰的發(fā)生。根據(jù)經(jīng)驗,熱管式空預(yù)器可以比管式空預(yù)器管壁溫度高30℃,這就可以大大減少堵灰和腐蝕。
圖表 1腐蝕速度與壁溫的關(guān)系
三、 爐窯參數(shù)及設(shè)計依據(jù)
窯爐參數(shù):冷卻段引風(fēng)機(jī)流量72000M3/h,全壓1321MP,功率55KW。
采暖面積:1500M2.
采暖熱負(fù)荷按:180瓦/時
采暖直接熱負(fù)荷=1500X180=270千瓦/時
管道熱損失及熱負(fù)荷余量取15%
設(shè)備換熱量=270*1.15=310.5千瓦/時
四、換熱器
熱水方案熱力參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)
換熱器入口煙氣溫度 | 400℃ |
換熱器出口煙氣溫度 | 150℃ |
換熱器換熱量(千瓦) | 160 |
熱水水量 | 6t/h |
冷水入口溫度 | 60℃ |
熱水水出口溫度 | 80℃ |
換熱器臺數(shù) | 1 |
換熱管材質(zhì) | 螺旋肋片管熱管式 |
外形尺寸 | φ1.5×0.8×1.3(高) |
方案特點(diǎn):于常規(guī)省煤器及管式空預(yù)器相比,熱管式具有壽命長,溫降大,體積小,檢修工作量小的特點(diǎn)。
需要換熱器臺數(shù)=310.5/160=2臺
換熱器需要臺數(shù)為2臺。
蒸汽方案熱力參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)
換熱器入口煙氣溫度 | 400℃ |
換熱器出口煙氣溫度 | 170℃ |
產(chǎn)氣量 | 0.2噸 |
蒸汽壓力 | 0.3Mp |
換熱器臺數(shù) | 1 |
換熱管材質(zhì) | 螺旋肋片管熱管式 |
外形尺寸 | φ2.3×0.9×2.7(高) |
三臺換熱器效益分析
節(jié)煤量約為102KG/H
全年節(jié)煤量為714噸
全年效益為:714X1000=71.4萬
以余熱換熱器預(yù)期壽命8年計算,總共可以節(jié)約571.2萬元。從以上數(shù)據(jù)可以看出經(jīng)濟(jì)效益是很顯著的。
六.熱力系統(tǒng)圖