煤矸石隧道窯余熱回收方案

一、煤矸石窯爐基本情況

年產3000萬塊標磚的隧道窯生產線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、熱管技術及應用情況的簡介

（一）、熱管技術介紹

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)星軌道并運行成功。熱管理論一經(jīng)提出就得到了各國科學家的高度重視，并展開了大量的研究工作，使得熱管技術得以很快發(fā)展。熱管技術開始主要用于航天航空領域，我國自二十世紀70年代開始對熱管進行研究，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、高溫熱管蒸汽發(fā)生器、高溫熱管熱風爐等各類熱管產品。由于碳鋼－水兩相重力式熱管結構簡單、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、建材等領域內得以廣泛應用。

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、外部擴展受熱面、端蓋組成，將管內抽成1.3×（10^-1～10^－4）Pa的負壓后充入適量的工作液體,然后加以密封。

當熱管的蒸發(fā)段受熱時熱管內的工質蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小壓差下流向冷凝段放出熱量凝結成液體，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：

很高的軸向導熱性，熱管內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構和特性，所以由熱管組成的熱管換熱器具有以下優(yōu)點：

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)遠高于管內流動所具有的換熱系數(shù)，并且管外流動兩側受熱面均可獲得充分的擴展。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。

對于含塵量較高的流體，熱管換熱器可以在設計時對熱管的排布尺寸較容易的進行調整，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，可以通過調整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積來調整冷、熱兩側的熱阻，從而達到調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用范圍非常廣泛，下面簡述幾個應用領域以作說明。

在動力工程中的應用。主要的應用是熱管換熱器用作鍋爐的低溫級空氣預熱器，解決低溫預熱器腐蝕、堵灰、磨損問題。熱管式空氣預熱器相對于管式空氣預熱器有以下優(yōu)點：①可以解決漏風問題。②可以減輕腐蝕。原因是壁溫可調，可使之避開嚴重腐蝕的溫度區(qū)域（壁溫與腐蝕速度的關系見下圖）。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，而管式空氣預熱器的每根管子的壁溫都是一個范圍，這樣在鍋爐運行工況變化時，管式空氣預熱器的所有管子都有可能處于嚴重腐蝕區(qū)，而熱管式空氣預熱器只有部分管子可能處于嚴重腐蝕區(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的問題，腐蝕問題的解決就防止了管壁上的結露，從而也就防止了嚴重積灰的發(fā)生。根據(jù)經(jīng)驗，熱管式空預器可以比管式空預器管壁溫度高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系

三、 爐窯參數(shù)及設計依據(jù)

窯爐參數(shù)：冷卻段引風機流量72000M3/h,全壓1321MP，功率55KW。

采暖面積：1500M2.

采暖熱負荷按：180瓦/時

采暖直接熱負荷=1500X180=270千瓦/時

管道熱損失及熱負荷余量取15%

設備換熱量=270*1.15=310.5千瓦/時

四、換熱器

熱水方案熱力參數(shù)及結構參數(shù)

方案特點：于常規(guī)省煤器及管式空預器相比，熱管式具有壽命長，溫降大，體積小，檢修工作量小的特點。

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)及結構參數(shù)

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)濟效益是很顯著的。

六.熱力系統(tǒng)圖