熱管式余熱回收器
在鐵合金電爐煙氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)用的說(shuō)明
隨著改革開放的深入進(jìn)行，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，發(fā)展與環(huán)保問(wèn)題的成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之重。冶金領(lǐng)域的鐵合金是煉鋼和機(jī)械鑄造的主要原料，我國(guó)鐵合金企業(yè)有300余家，鐵合金電爐1000余臺(tái)。工業(yè)電爐在冶煉過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵，每臺(tái)每小時(shí)排出尾氣為6000～12000Nm3/h，含塵量8～12g/m3，如不治理將嚴(yán)重污染環(huán)境，鐵合金電爐的環(huán)保治理是我國(guó)目前亟待解決的問(wèn)題。
鐵合金電爐煙氣含塵粒度較小，其直徑為40~300目，這一粒度的灰塵一般采用布袋除塵器收集灰塵。但是電爐尾氣溫度為400～600℃，這一溫度超出了布袋除塵器的許用工作溫度。如果不進(jìn)行降溫處理，布袋很快燒穿，無(wú)法運(yùn)行。這樣電爐煙氣在進(jìn)入除塵器前的降溫顯得*必要。目前，我國(guó)的電爐煙氣降溫一般采用多管降溫器，利用空氣與煙氣換熱來(lái)降低煙氣溫度。這一降溫器存在如下問(wèn)題：一是煙氣余熱未能利用，造成大量的能源浪費(fèi)。二是積灰嚴(yán)重?zé)o法正常運(yùn)行，F(xiàn)階段國(guó)外多采用水管式余熱鍋爐降低煙氣溫度，水管余熱鍋爐灰堵嚴(yán)重，且除灰困難。
天津華能集團(tuán)能源設(shè)備有限公司根據(jù)現(xiàn)行的除塵工藝，通過(guò)研究排煙中灰塵的特性，分析現(xiàn)有降溫器的積灰的原因，結(jié)合熱管技術(shù)設(shè)計(jì)出不易積灰的熱管式余熱回收器代替?zhèn)鹘y(tǒng)除塵系統(tǒng)中的多管降溫器，將煙氣溫度降低到180℃，充分回收煙氣中的余熱產(chǎn)生飽和蒸汽，用于企業(yè)生產(chǎn)和生活，同時(shí)給出較好除灰方案，在回收余熱的同時(shí)，保證煙氣排出溫度滿足布袋除塵器的許用工作溫度。并且長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。2004年在吉林鐵合金401號(hào)煙氣凈化系系統(tǒng)中應(yīng)用，穩(wěn)定運(yùn)行，熱效率高，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，2005年7月又對(duì)501號(hào)爐煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行了試運(yùn)行。
一、.熱管技術(shù)及工作原理
（1）熱管是一種新型高效的傳熱元件，按較*的定義應(yīng)稱之為“封閉的兩相傳熱系統(tǒng)”，即在一個(gè)抽成真空的封閉的體系內(nèi)，依賴裝入內(nèi)部的流體的相態(tài)變化（液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)和汽態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)）來(lái)傳遞熱量的裝置。近幾年來(lái)，熱管技術(shù)得到了迅速發(fā)展，由于其具有傳熱速快、熱效率高、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于余熱回收的多種領(lǐng)域。
（2）熱管的傳熱原理
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(dāng)蒸發(fā)段吸熱把熱量傳遞給工質(zhì)后，工質(zhì)吸熱由液體變成汽體，發(fā)生相變，吸收汽化潛熱。在管內(nèi)壓差作用下，汽體攜帶潛熱由蒸發(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)又由汽體凝為液體，在重力作用下，又回到蒸發(fā)段，繼續(xù)吸熱汽化。如此周而復(fù)始，將熱量不斷地由熱流體傳給冷流體。
（3）熱管的特點(diǎn)
①金屬、非金屬材料本身的導(dǎo)熱速率取決于材料的導(dǎo)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，其值為415W/m.K左右，經(jīng)測(cè)定，熱管的導(dǎo)熱系數(shù)是銀的幾百倍到上千倍，故熱管有超導(dǎo)體之稱。
②由于熱管內(nèi)的傳熱過(guò)程是相變過(guò)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(cè)定：熱管兩端的溫差不超過(guò)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(yīng)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(guān)。目前，熱管能適應(yīng)的溫度范圍一般為-200℃～2000℃，這也是其它傳熱元件所難以達(dá)到的。
④經(jīng)過(guò)熱管進(jìn)行交換的兩種換熱介質(zhì)，中間由一塊管板隔開，換熱介質(zhì)各走各的通道。運(yùn)行中即使有個(gè)別熱管損壞，也不會(huì)造成兩種換熱介質(zhì)相混，不必停車堵漏。因此，熱管設(shè)備具有使用周期長(zhǎng)、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。
⑤由于每一支熱管都是一個(gè)獨(dú)立的換熱元件，因此不論其多大、多長(zhǎng)，每一支熱管均可任意拆換、更換性能強(qiáng)。
二、熱管式余熱回收器的結(jié)構(gòu)和原理
熱管式余熱回收器主要由熱管水加熱器和熱管蒸發(fā)器兩部分組成。熱管放射形焊在內(nèi)筒體上，換熱的水、蒸汽與煙氣均走管外。熱管采用縱向翅片管、叉排。通過(guò)熱管使煙氣與水完成熱量傳遞，產(chǎn)生飽和蒸汽。該結(jié)構(gòu)形式不易積灰。
三、熱管式余熱回收器的除塵方法
由于工業(yè)電爐的煙氣中含有大量的粉塵，例如生產(chǎn)1噸工業(yè)硅就會(huì)產(chǎn)生300kg粉塵，因此設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間，就會(huì)出現(xiàn)積灰現(xiàn)象，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，針對(duì)設(shè)備的具體特點(diǎn)，我們采用了落丸除灰的方法，設(shè)有鋼珠除灰系統(tǒng)，用提升機(jī)將鋼珠（直徑6mm）運(yùn)置設(shè)備頂部落下，在管間彈跳碰撞將灰塵除下，從設(shè)備底部清灰口清出。此方法簡(jiǎn)單實(shí)用，效果明顯。還可以用壓縮空氣進(jìn)行清灰，在外筒體頂部有幾個(gè)壓縮空氣進(jìn)口,垂直向下吹就可以清灰。
四、使用熱管式余熱回收器的經(jīng)濟(jì)效益
以吉林鐵合金401號(hào)爐的煙氣除塵項(xiàng)目為例，安裝一臺(tái)熱管式余熱回收器需200萬(wàn)元，產(chǎn)飽和蒸汽11t/h，蒸汽價(jià)格以外購(gòu)每噸60元計(jì)（實(shí)際生產(chǎn)成本可達(dá)120元），設(shè)備年運(yùn)行10個(gè)月，則：
11噸×60元×24小時(shí)×30天×10個(gè)月==4752000元
由此可以看出，熱管式余熱回收器的直接經(jīng)濟(jì)效益非常巨大。
天津華能集團(tuán)能源設(shè)備有限公司是一個(gè)靠科技發(fā)展起來(lái)的天津市高新技術(shù)企業(yè)，現(xiàn)有員工480人，其中大專以上學(xué)歷的91人，有高級(jí)工程師12人，工程師22人。1990年由中科院引進(jìn)高新技術(shù)——“熱管”，并以此為龍頭，不斷推陳出新，開發(fā)、研制出數(shù)十項(xiàng)新型節(jié)能設(shè)備。其中一項(xiàng)成果獲得*新產(chǎn)品稱號(hào)，四項(xiàng)成果獲天津市科技進(jìn)步一、二、三等獎(jiǎng)，取得了三項(xiàng)國(guó)家專利。2000年天津市科委命名為“天津市高新技術(shù)企業(yè)”，2001年通過(guò)“ISO9001國(guó)際質(zhì)量體系認(rèn)證”。
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