煤矸石隧道窯余熱回收方案

一、煤矸石窯爐基本情況

年產(chǎn)3000萬(wàn)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(jiǎn)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(guó)，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(guó)科學(xué)家的高度重視，并展開(kāi)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(kāi)始主要用于航天航空領(lǐng)域，我國(guó)自二十世紀(jì)70年代開(kāi)始對(duì)熱管進(jìn)行研究，自80年代以來(lái)相繼開(kāi)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(jiǎn)單、價(jià)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(dòng)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(shí)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(gè)數(shù)量級(jí)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?yàn)闊峁苡幸陨系慕Y(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(guò)換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開(kāi)，在運(yùn)行過(guò)程中即使單根熱管因?yàn)槟p、腐蝕、超溫等原因發(fā)生泄露，也只是單根熱管失效，而不會(huì)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(chǎng)合具有很高的可靠性。

熱管換熱器的冷、熱流體完全分開(kāi)流動(dòng)，可以比較容易的實(shí)現(xiàn)冷、熱流體的完全逆流換熱，獲得較大的對(duì)數(shù)溫差。同時(shí)冷熱流體均在管外流動(dòng)，由于管子對(duì)流體擾動(dòng)的作用使得管外流動(dòng)所具有的換熱系數(shù)遠(yuǎn)高于管內(nèi)流動(dòng)所具有的換熱系數(shù)，并且管外流動(dòng)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(duì)于含塵量較高的流體，熱管換熱器可以在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)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(wèn)題。

熱管換熱器用于帶有腐蝕性的煙氣的余熱回收時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積來(lái)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(kāi)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(jiǎn)述幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域以作說(shuō)明。

在動(dòng)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(jí)空氣預(yù)熱器，解決低溫預(yù)熱器腐蝕、堵灰、磨損問(wèn)題。熱管式空氣預(yù)熱器相對(duì)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(wèn)題。②可以減輕腐蝕。原因是壁溫可調(diào)，可使之避開(kāi)嚴(yán)重腐蝕的溫度區(qū)域（壁溫與腐蝕速度的關(guān)系見(jiàn)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(gè)定值，而管式空氣預(yù)熱器的每根管子的壁溫都是一個(gè)范圍，這樣在鍋爐運(yùn)行工況變化時(shí)，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?yàn)楦g和堵灰是兩個(gè)緊密相關(guān)的問(wèn)題，腐蝕問(wèn)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(yàn)，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(jì)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(shí)

采暖直接熱負(fù)荷=1500X180=270千瓦/時(shí)

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(shí)

四、換熱器

熱水方案熱力參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)

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(zhǎng)，溫降大，體積小，檢修工作量小的特點(diǎn)。

需要換熱器臺(tái)數(shù)=310.5/160=2臺(tái)

換熱器需要臺(tái)數(shù)為2臺(tái)。

蒸汽方案熱力參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)

三臺(tái)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(wàn)

以余熱換熱器預(yù)期壽命8年計(jì)算，總共可以節(jié)約571.2萬(wàn)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