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窑炉余热回收

由于国家对节能减排的要求,尤其是一些中高温烟气,废气量大,排烟温度高(250400℃左右),面临一个投入运行成本与产出效益的比较是否成正比的问题。经多家企业使用热管型余热蒸汽发生器的实践证明,此问题已得到圆满的回答。

例如:一座应用于24m2玻璃窑炉上的热管式余热蒸汽发生器可以产生0.2MPa424Kg/h的蒸汽量,利用废气余热10.2×105KJ/h,相当于每年回收356吨煤的热量,扣除运行费用1.5万元/年,年可节支9.2万元,余热锅炉的投资回收期为1.3年。

众多厂家使用热管型余热蒸汽发生器产出的蒸汽,即可以解决生产用汽,也可以解决生活用汽,省掉了外供蒸汽的锅炉,达到了节能降耗的目的。

 

. 热管技术及工作原理

1.1什么是热管

热管是一种新型高效的传热元件,按较精确的定义应称之为“封闭的两相传热系统”,即在一个抽成真空的封闭的体系内,依靠装入内部的流体的相态变化(液态变为汽态和汽态变为液态)来传递热量的装置,如右图示。近几年来,热管技术得到了迅速发展,由于其具有传热速度快、热效率高、运行和维护费用低等优点,被广泛应用于余热回收的多种领域。工业上使用的热管称之为“重力式热管”。

 

1.2管的传热原理

将一根封闭的管壳抽成真空,内部充装一定比例的液体工作介质(工质),即构成了热管。热管放在热源部分的称之为蒸发段(热端),放在冷却部分的称之为冷凝段(冷端)。当蒸发段吸热把热量传递给工质后,工质吸热由液体变成气体,发生相变,吸收汽化潜热。在管内压差作用下,气体携带潜热由蒸发段流到冷凝段,把热量传递给管外的冷流体,放出凝结潜热,管内工质又由气体凝为液体,在重力的作用下,又回到蒸发段,继续吸热汽化。如此周而复始将热量不断地由热流体传给冷流体。

 

1.3重力式热管的特点

强化换热表面的对流传热是提高换热器传热系数的有效方法,传统的重力热管,一般是在传热管的表面进行翅化处理以增大它的传热系数,因玻璃窑炉排放的烟气有一定的粘性烟尘,很容易粘附在热管表面上,清理起来较为困难,久而久之,使热管换热系数减少,设备能力下降,达不到预期效果,如果全部采用没有翅片的热管,使设备的换热面积增大,制造成本增加,为解决此矛盾,我们经反复计算试验发明制造了波纹形重力式热管。重力式热管除具备传统重力式热管特点外,如:传热系数高、等温性好、适应温度范围广、使用寿命长、占地面积少等特点外,还具备以下特点:

1)将热管表面强化了波峰与波谷形状,当流体在波纹热管管内与管外流动时,均可产生强烈的搅动,即使在流速很低的情况下,也可以使流体的流动状态达到充分湍流,彻底打破了边界层,大大降低了管壁的热阻,充分吸收热量与放出热量,因此波纹热管余热锅炉具有较高的传热系数。

2)波纹重力式热管,因它的独特的波形,可以使管内外介质形成充分的湍流而不断地冲刷管壁,使管壁不易结垢,再加上波纹热管,波形决定了其在经向和轴向都具有较大的柔性,在温差应力的作用下,波纹会在轴向有伸缩变形,这样,即使管壁上有少量的水垢,也会随着管子的伸缩而脱落。

 

 

. RBL热管型余热蒸汽发生器的构造及安装运行要求

 

2.1  构造

 

 

热管式余热锅炉

 

1-    压力容器(汽包)  2-热管  3-烟箱组成  4-清灰门

 

热管型余热蒸汽发生器主要由:(1)压力容器(汽包);(2)热管;(3)烟箱组成;(4)清灰门。热管冷端插入汽包并与汽包牢固联结,热管的热端在烟箱内。

 

工作原理:

 

烟气由连接管道介入设备左烟箱入口,经过烟箱与烟箱中的热管吸热段充分接触,热管吸热,管内工质由液态转化为气态,上升到汽包内热管冷却段发热,将热量传给水,介质冷凝回流到吸热段,重新吸热。接触热管后的烟气出烟箱的右烟箱出口。汽包内的水吸收由热管传过来的热量,产生汽水混合物,在汽包汽水分离板的作用下,将汽分离出来外排,产生蒸汽。供给用户使用。

 

2.2安装方式(见下图)

 

余热蒸汽发生器安装示意图

6-余热蒸汽发生器

 

安装:

 

一般情况下,供货商是整机发货。设备到用户以后,吊装到事先由供货商提供地基尺寸的基础上,并联接牢固。设备坐到基础上以后,和旁路烟道、引风机串联联接好后,并作为保温。各种阀门和各自的管线连接好。

操作:

a、在运行前,应事先将软水注入到压力容器内,注入到水位计中线以上为宜,开始运行时,引风机要事先启动。

b、在烟箱两侧,设有开启的清灰门。打开清灰门,用高压气体或热水蒸汽进行清灰,将挂在热管壁上的灰尘吹掉排走。清灰次数,视灰尘量多少而定。

c、注意观察水位计,水位低于中线时应及时补水。

待烟气设备运行正常,烟气达到一定温度(200℃)后打开余热锅炉进烟闸板和引风机排烟出口闸板,启动引风机,逐步关闭烟道闸板,将烟气引入蒸汽发生器中。

 

. 热管式余热锅炉使用中应注意的问题

蒸汽发生器的安全性、使用方便性是人们考虑较多的。蒸汽发生器的供水、造汽、水位控制、水质等要求一般按蒸汽锅炉的要求进行操作即可保障安全供汽,但有些问题则与热管式蒸汽发生器自身的结构特点有关,须引起高度重视。

3.1  蒸汽发生器除尘方法

与烟气接触的烟箱内的热管时间长了会附着一层结尘。结尘具有很大的危害性:(1)结尘增多明显降低了热管的导热系数,余热利用率大大降低;(2)造成系统阻力增加,导致引风机转速增高,耗能增加;(3)烟箱密封不好、漏入空气过多时易产生热损失。因此,及时清除结尘、消除危害是十分必要的。

清除结尘的方法有三种:压缩空气法、热蒸汽法、中压水冲法。三种方法根据实际使用情况比较如下:

1)压缩空气法

优点是气源易得,使用安全方便。

2)蒸汽法

优点是易得,可以利用蒸气炉或余热锅炉自身产生的蒸气进行除尘。缺点是蒸气与结尘反应容易产生一层粘结层,不易清除干净,操作中有烫伤的不安全因素。

3)中压水冲法

用普通单级水泵产生的中压水清除结尘具有安全、易得、价格便宜的优点,能将热管表面的结尘清除干净,安全性好。缺点是需要在安装余热锅炉前设置排水通道。

烟气在热管上结尘并不严重,多年运行的情况表明,只要除尘工作到位,及时除尘完全可以满足要求。热管式余热蒸汽发生器与其它种类的余热换热设备相比具有明显特点,不需天天除尘,使用操作方便、换热效率高的优点。

3.2                      蒸汽发生器的保温问题

由于热管式余热蒸汽发生器在节能减排上使用,烟气温度不太高,因此为减少热量损失、确保余热利用效果,必须对烟道、余热锅炉烟气入口管道、烟箱及蒸汽包进行强化保温。


 

部分典型使用用户一览表

 

序号

     

名称

 数量(台)

  签订日期

燃料

1

首钢设计院(首秦钢铁公司)

热管散热器

3

2005.08.13

煤气

2

山西驿威镁业有限公司

热管余热锅炉

1

2006.09.20

烟气

3

山西新能源镁业有限公司

热管余热锅炉

1

2009.04.10

烟气

4

吉林铁合金股份有限公司

热管余热锅炉

2

2002.08.06

烟气

5

昆明化工有限公司

空气预热器

2

2002.02.21

煤气

6

开封巨力玻璃制品有限公司

蒸汽发生器

1

2003.06.13

重油

7

江苏华尔润集团淮安分厂

软水预热器

1

2003.06.20

煤气

8

贵阳第二玻璃厂

蒸汽过热器

1

2003.04.29

烟气

9

辽宁阜新亚东浮法玻璃有限公司

蒸汽发生器

1

2003.03.07

煤气

10

云南燃二化工有限公司

蒸汽发生器

1

2003.04.30

煤气

11

四川新都科伦药用包装有限公司

蒸汽发生器

1

2003.01.06

天然气

12

辽宁阜新亚东浮法玻璃有限公司

蒸汽发生器

3

2002.09.12

重油

13

新疆库尔勒福世达玻璃公司

蒸汽发生器

1

2003.07.24

重油

14

南宁建莹工贸有限公司

蒸汽发生器

2

2004.02.05

烟气

15

阜新华辰玻璃有限公司

蒸汽发生器

1

2004.07.31

天然气

16

江西萍乡杨梅岭玻璃厂

蒸汽发生器

1

2004.07.13

重油

17

山西兰花集团科创有限公司

蒸汽发生器

2

2004.02.27

煤气

 

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