熱管換熱器在工業(yè)鍋爐及工業(yè)窯爐（冶煉爐）中的應(yīng)用

一、工業(yè)鍋爐中熱管換熱器的應(yīng)用

我國(guó)工業(yè)鍋爐的運(yùn)行效率普遍較低，通常比設(shè)計(jì)效率低8~10%，主要原因是排煙溫度高，過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，灰渣含碳量過(guò)高；另有一類(lèi)小型工業(yè)鍋爐，主要是指容量2t／h以下的小鍋爐，尾部未設(shè)受熱面，排煙溫度更高，可250℃。因此，采用熱管換熱器回收煙氣余熱，降低排煙溫度以提高鍋爐效率，有很好的前景。

1、熱管換熱器與常規(guī)換熱器的匹配

除了小型工業(yè)鍋爐沒(méi)有尾部受熱面外，大多數(shù)小型工業(yè)鍋爐尾部裝有鑄鐵省煤器，大型工業(yè)鍋爐尾部裝有鋼管省煤器及鋼管空氣預(yù)熱器。熱管換熱器可與常規(guī)換熱器在應(yīng)用時(shí)匹配在一起，它們各有特點(diǎn)。例如鑄鐵省煤器應(yīng)用廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是：耐用、承壓（給水泵可裝在省煤器入口），價(jià)格低；缺點(diǎn)是：重量大、外形尺寸較大、容易堵灰、結(jié)構(gòu)復(fù)雜（由肋片管及鑄鐵彎頭連接而成）。熱管省煤器耐低溫腐蝕性能好，在同樣煙氣溫度條件下，壁溫較高，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，煙氣側(cè)阻力可以設(shè)計(jì)得較?。黄淙秉c(diǎn)是：價(jià)格較高，通常水側(cè)為常壓。鑄鐵省煤器與熱管省煤器是各有優(yōu)缺點(diǎn)，如果原來(lái)是沒(méi)有省煤器的鍋爐，我們主張安裝熱管省煤器；如果原來(lái)是已有鑄鐵省煤器的鍋爐，我們主張安裝熱管換熱器（空氣預(yù)熱器或省煤器），與已有鑄鐵省煤器匹配使用，而不拆除然鐵省煤器，具體應(yīng)用形式根據(jù)實(shí)際情況確定。我們特別管空氣預(yù)熱器在然鐵省煤器之后，它適合用于具有然鐵省煤器的小型工業(yè)鍋爐改造。

對(duì)于4t／h以上的工業(yè)鍋爐，尾部已裝有鋼管省煤器及鋼管空氣預(yù)熱器，如果排煙溫度大于180℃時(shí)可以在其后加裝熱管換熱器。

2、熱管換熱器特點(diǎn)

氣—?dú)庑蜔峁軗Q熱器即熱管空氣預(yù)熱器在工業(yè)鍋爐中應(yīng)用，可在冷熱流體兩側(cè)布置肋片，熱工性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)緊湊，最能體現(xiàn)出熱管換熱器的優(yōu)點(diǎn)。氣—水型熱管換熱器即熱管省煤器在工業(yè)鍋爐中應(yīng)用，其主要的優(yōu)點(diǎn)是耐低溫腐蝕性能好，因?yàn)樗谒畟?cè)的熱阻比鑄鐵或煙管省煤器大，而它在氣側(cè)的熱阻比后兩者為小，所以在同樣條件下，壁溫較高，不易腐蝕與堵灰；鑄鐵省煤器易腐蝕堵灰。

3、熱管開(kāi)水器的應(yīng)用

熱管開(kāi)水器結(jié)構(gòu)獨(dú)特，體積緊湊，換熱量不大，如9.36×10⁴KJ／h（2×10⁴Kcal／h）可供2000人以下工廠全廠職工飲水的需求。也可設(shè)計(jì)成開(kāi)水—熱水兩用的形式，在供應(yīng)開(kāi)水時(shí)，冷水自動(dòng)進(jìn)入，開(kāi)水自動(dòng)流出，不需供開(kāi)水時(shí)，轉(zhuǎn)換至另一出口，即供應(yīng)熱水。

由于熱管開(kāi)水器換熱量不大，一般均與各種型式的省煤器或各種型式的空氣預(yù)縶器組合在一起。

4、各種組合裝置

在工業(yè)鍋爐中，余熱回收時(shí)往往采用組合裝置，已如前述。我們?cè)谕茝V中最為常用的方式是同時(shí)加熱空氣和水的方式，它具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：采用熱空氣助燃對(duì)改善著火及燃燒有很大的好處，熱空氣溫度不必過(guò)高，大于60℃即可見(jiàn)效果；此外，熱水進(jìn)鍋爐或是熱水供生活動(dòng)應(yīng)用也是工廠所迫切要求的。應(yīng)用組合式換熱器中很好的方案，大體上一半熱管用于加熱空氣，另一半熱管用于加熱熱水，氣—?dú)馀c氣—水的組合有并聯(lián)及串聯(lián)兩種。

二、工業(yè)窯爐（冶煉爐）中熱管換熱器的應(yīng)用

工業(yè)窯爐（冶煉爐）是耗能大戶，且窯爐的種類(lèi)十分繁多，爐子的熱效率國(guó)內(nèi)平均水平為國(guó)外先進(jìn)水平的一半，總計(jì)年耗標(biāo)準(zhǔn)煤一億多噸，有很大的節(jié)能潛力，其排煙溫度較高，往往超過(guò)300℃，有的達(dá)到500~600℃甚至更高，作為余熱回收方案而言，較多采用空氣預(yù)熱器（當(dāng)然也可采用余熱鍋爐），對(duì)于煙氣溫度在400℃以下的中低溫余熱，主要采用空氣預(yù)熱器，熱管換熱器在此能夠大顯身手。我國(guó)機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)“機(jī)械工業(yè)節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定”中提到：工業(yè)爐窯排煙溫度為400℃以下時(shí)，宜采用熱管換熱器。

工業(yè)爐窯中有相當(dāng)大一部分沒(méi)有裝引風(fēng)機(jī)，要求余熱設(shè)備阻力小，同時(shí)因地位狹小，而要求設(shè)備緊湊，特別適合應(yīng)用熱管空氣預(yù)熱器。

我們應(yīng)用下列各種布置方式：

⑴窯爐 ＋ 熱管空氣預(yù)熱器

⑵窯爐 ＋ 熱管熱水器 ＋ 熱管空氣預(yù)熱器（適用于排煙溫度很高時(shí)）

⑶窯爐 ＋ 噴流或滲鋁管空氣預(yù)熱器 ＋ 熱管空氣預(yù)熱器（適用于較高的預(yù)熱空氣溫度時(shí)）

⑷窯爐 ＋ 各種型式空氣預(yù)熱器 ＋ 熱管熱水器或熱管開(kāi)水器與熱水器復(fù)合裝置

⑸窯爐 ＋ 熱管余熱鍋爐

⑹窯爐 ＋ 其它換熱器 ＋ 熱管余熱鍋爐

⑺窯爐 ＋ 熱管余熱鍋爐 ＋ 其它換熱器

1、空氣預(yù)熱器或余熱鍋爐

熱管換熱器型式的確定，應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面考慮：

①根據(jù)企業(yè)的需要，如果工業(yè)窯爐需要助燃，應(yīng)盡可能選用空氣預(yù)熱器。工藝需要蒸汽時(shí)，用余熱鍋爐。

②根據(jù)余熱回收的可能性，余熱鍋爐只有在排煙溫度大于300℃的工業(yè)爐中才有可能。

③可靠性，如果采用碳鋼一水熱管，其管內(nèi)工質(zhì){zg}工作溫度為300℃，以保證安全；熱管外側(cè){zd1}壁面大于酸露點(diǎn)，以避免腐蝕。/這些限制對(duì)換熱器式的選擇也會(huì)有直接的影響。

④經(jīng)濟(jì)性，型 式的選擇在有多種方案可能時(shí)，需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，（根據(jù)具體情況）選用上述形式⑴、⑵、⑶、⑷、⑸、⑹、⑺。

2、氣—氣及氣—水組合型熱管換熱器

由于工業(yè)窯爐的排煙溫度往往較高，有時(shí)超過(guò)400℃，可達(dá)到500~600℃，甚至更高。作為氣—?dú)庑蜔峁軗Q熱器，{zg}允許的煙氣入口溫度在一般情況下僅為350~400℃，此時(shí)采用氣—水及氣—?dú)饨M合型熱管換熱器是一種很好的方案，即為煙氣溫度高于350~400℃的區(qū)域應(yīng)用氣—水式換熱器，而在煙氣溫度較低的區(qū)域應(yīng)用氣—?dú)庑蜔峁軗Q熱器。以上的劃分溫度是以應(yīng)用碳鋼一水熱管為依據(jù)的，其工質(zhì)的{zg}允許溫度為300℃，具體屬于上述形式⑵。

3、熱管換熱器的匹配

工業(yè)窯爐有時(shí)需要300~400℃或更高溫度的熱空氣助燃。當(dāng)熱空氣溫度超過(guò)250℃時(shí)，只用熱管空氣預(yù)熱器會(huì)使碳鋼一水熱管的{zg}工作溫度超過(guò)300℃，因此空氣從進(jìn)口溫度加熱到250℃時(shí)采用熱管空氣預(yù)熱器，而從250℃上升到更高值時(shí)采用常規(guī)空氣熱器，這是一種合理的布置方式，如上述形式⑶。

常規(guī)空氣預(yù)熱器可以選用滲鋁鋼管式或噴流式，因?yàn)樗鼈兛梢耘c熱管空氣預(yù)熱器很好地匹配在一起。

4、熱管余熱鍋爐的不同類(lèi)型

熱管余熱鍋爐可以分為二大類(lèi)型：?jiǎn)喂苄图奥?lián)箱型，前者適用于小容量的余熱鍋爐，熱管放段直接插入汽包內(nèi)，我們研制的{zd0}容量為2t／h（蒸發(fā)量）；后者適用于大容量的余熱鍋爐，熱管放熱段插入垂直的大直徑管中，這些大直徑管由聯(lián)箱再引出管子通至汽包，我們研制的容量為1—10t／h（蒸發(fā)量）。這二種形式蒸汽側(cè)的結(jié)構(gòu)是不同的。

由于受至碳鋼－水熱管工質(zhì){zg}工作溫度為300℃的限制，余熱鍋爐蒸汽工作壓力不會(huì)超過(guò)1MPa，煙氣入口溫度一般也不能太高，如450~500℃為{zg}值。當(dāng)煙氣進(jìn)口溫度很高時(shí)，可采用上述形式⑹。

5、工業(yè)窯爐中的氣—水型熱管換熱器

在工業(yè)窯爐中，由于生活的需要或生產(chǎn)工藝的需要，有時(shí)需要應(yīng)用上述形式⑷，不少情況下，為熱管熱水器與開(kāi)水器復(fù)合裝置，它有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景，特別是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。

三、結(jié)論

熱管換熱器在工業(yè)鍋爐及工業(yè)窯爐中均可發(fā)揮不可替代的巨大作用，在對(duì)現(xiàn)有鍋爐、窯爐進(jìn)行技改，及新建鍋爐、窯爐中可廣泛采用該設(shè)備。