热管空气予热器在高炉热风炉烟气废热回收中的应用 热管换热器是一种新型高效换热器，已经广泛应用于冶金行业中的高炉空气及煤气的予热升温、轧钢机加热炉和烧结机等废热回收。通过热管换热器将空气予热,用来提高热风炉的风温，从而降低高炉冶炼的成本。本文阐述了空气予器设计及结构特点。关键词：热管；空气予热器；高炉；热风炉1引言钢铁企业作为国民经济的支柱产业，在我国现代化建设中起着重要作用。同时它也是耗能大户，污染大户，能耗占产品成本比例较大，因此钢铁企业节能降耗对其内部和国民经济及环保都具有非常重要的意义。高炉热风炉排烟废热具有很高的利用价值。一座380M3的高炉，排烟量达到20，000NM3/h,将其排烟温度从350℃降至148℃，可利用的废热达到1349KW，每年回收的废热相当于1432吨标煤。利用回收的废热予热空气，能提高热风炉热燃烧温度，可使高炉供风温度提高，降低炼铁焦化比，提高高炉的利用系数，使生铁产量增加。2 空气予热器的设计 2.1主要热工计算结果 烟气侧 体积流量 5.56NM3/S 流 速 8.74M/S 翅化比 8.6 翅化效率 0.668 对流给热系数 128W/（M2.℃）空气侧体积流量 3.89NM3/S 流 速 7.02M/S 翅化比 10翅化效率 0.85 对流给热系数 112W/（M2.℃）空气予热器总供热系数 86W/（M2.℃） 对数平均温差 129℃ 其它参数见下表 空气予热器性能参数表（排烟148℃） Table.preheat air exchangers prefomance parameter  序号 项目单位介质名称设计工况1体积流量NM3/h烟气20000空气140002进口温度℃烟气350空气153出口温度℃烟气148空气3114阻力降Pa烟气258空气3475最高壁温℃ 3016最低壁温℃ 1447回收热量KW 1349 2.2主要结构参数管径Ф 38mm，壁厚 3mm，管长 4500mm，翅片高度 17mm，厚度 1.2mm管束布置：错排，等边三角形横向节距92mm,纵向节距80mm，空气予热器结构见下图   3、特点3.1热管空气予热器传热系高［1］烟气和空气的换热均在热管外表面进行，而且热管外表面经过翅化，增大换热面积，强化传热；把传统空气予热器的交叉流改为纯逆流流动，增大传热温压；其次把烟气的管内流动改为管外流动，使得换热系数得到提高，传热性能优越。此外，其体积小，结构紧凑，降低钢材用量。3.2热管空气予热器无漏风漏灰现象冷热流体间用隔板隔开，使烟气与空气之间无泄漏。同时每根热管完全独立，即使某根或几根损坏或失效，不会影响其它热管工作，不会产生漏风漏灰现象。3.3防积灰、堵灰、抗腐蚀能力强［2］通过调节热管冷热段表面扩展受热面的大小来调节管壁温度，使之高于烟露点温度或最大腐蚀区，由于壁温高于露点温度，附着热管外表面的积灰呈干燥疏松状态，清灰容易脱落，热管空气予热器烟气流速设定8-10m/s，可以避免堵灰，使磨损大为降低。3.4隔板与热管之间密封性能好在热管上焊一个带有特殊密封结构的密封套环，在密封套内装入柔性石墨密封圈，这种由纯天然石墨制成的流体密封制品。它具有柔性、可压缩性、变形一致性和回弹性。能够被制成各种形状尺寸以适应各种流体密封场合，是一种性能优良的密封材料。4、清灰措施由于烟气中含有一定量灰尘，设备长期运行会使烟气侧受热面积灰，从而影响设备的传热性能。因此采用声波清灰器进行清灰。气源为压缩空气，这种清灰器对于干性积灰具有较好的清灰效果，而且气量消耗少，日常检修量少。高效能声波清灰器的原理是将一定强度的声波送入运行中的换热器体内的各种可能积灰结渣的空间区域，通过声能量的作用，使这些区域中的空气分子与粉尘颗粒产生振荡，破坏和阻止粉尘粒子在换热器表面或粒子之间的结合，始终处于悬浮流化状态，以便在烟气和重力作用下将其带走。5、结论通过一年多的运行证明采用热管空气予热器对380M3高炉热风炉排烟废热进行回收，在技术上是可行的，经济效益显著。这种空气予热器在钢铁行业中的低温废热回收领域内具有独特的应用前景。钢水重力式热管换热器的应用   一.热管式空预器在电厂中的应用    锅炉空气预热器的漏风、腐蚀、堵灰、腐蚀问题是电厂长期不能很好解决且严重影响锅炉安全经济运行的问题，而采用热管空预器是解决上述问题的最有效途径。主要形式为：    1.热管空气预热器代替管式空预器低温级置换段。2.加装前置式热管空气预热器3、用热管空预器+热管空气预热器代替回转式空预器。◆热管式空预器的优点为：　　1.可以彻底解决漏风问题。热管空气预热器理论上漏风系数为"0".2.可以减轻腐蚀（见下图）。每根热管的壁温都是一个值，而管式空气预热器的每根管子的壁温都是一个范围，管式空气预热器的每根管子都有可能处于严重腐蚀区。热管壁温可以调整，热管式空预器比管式空预器管壁温度高30℃.3.具有良好的防堵灰性能。因为腐蚀和堵灰是两个紧密相关的问题，腐蚀问题的解决就防止了管壁上的结露，从而也就防止了严重积灰的发生。4.热管空气预热器不怕磨损，即使管子磨穿也不会引起漏风。5.热管空气预热器开辟了锅炉进一步降低排烟温度提高锅炉经济性、可靠性。如果与鳍片H型鳍片省煤器同时进行改选锅炉尾部受热面，锅炉经济性将大大提高。 图表 2 腐蚀速度与壁温的关系二、水泥行业废气余热利用热管换热器　　在水泥工业中的应用。水泥生产回转窑尾冷却机低温段排出的废气温度一般为200-300℃，这部分余热可以通过加装热管换热器回收，平时可以作为生活用水，冬天用来取暖和浴室用水，或作为其他工段余热锅炉的省煤器加热锅炉给水。◆技术方案范例　　北京顺发拉法基水泥有限公司是法国拉法基集团（世界500强之一）在北京市顺义县张镇的一个水泥生产企业，该水泥厂的水泥窑尾空气温度高达250℃．在对水泥窑尾烟气进行除尘处理前还要将烟气温度降低到180℃以下，另一方面该厂还有2万多平方米建筑，需要采暖热源，尚没有采暖锅炉房。采用热管换热器回收水泥窑尾烟气余热，用来采暖，既可以免去增装一套锅炉房，还可以节省能源消耗，是一举多得的事。该工程于2002年动工，已经运行了三个采暖期，达到设计标准，热量还有余度。◆余热利用方案简介1.热站的工艺流程　水泥窑尾烟气余热回收换热站位于窑头除尘器的旁边的空地。换热站占地5.4×9.3ｍ。换热站内安装有热管换热器，为安装和起吊方便热管换热器分为四组。由于燥房引出进入电除尘器的250℃高温烟气安装一烟气旁路，在尚未进入除尘器前将热烟气引入换热站的热管换热器，用来加热冷端的采暖循环水。将热烟气温度降至170℃左右，在江降温后的烟气返回至电除尘。2.热管换热器设计计算设计烟气量：　　　　84000m³/h烟气温度：　　　　　250℃采暖面积：　　　　　20000㎡热管换热器入口温度：90℃热管换热器出口温度：70℃热管换热器计算结果见下表项目单位100%负荷烟气入口温度℃250烟气出口温度℃170循环水进口温度℃70循环水出口温度℃86换热器功率MW1.5◆综合效益分析１．全场采暖面积为20000㎡，取平均采暖供热指标尾75w/㎡,采暖热交换站替代燃煤锅炉房后，年节煤量为1218（吨）　费用折合为:300×1218÷10000≈36.5(万元)２．锅炉房每年节约部分折旧费、大修费、耗水耗电费、人工费、管理费等约10万元。３．余热回收利用工程投资回收年限不足一年。４．取消燃煤锅炉房后，消烟除尘问题得到了彻底解决。　　利用窑尾热烟气余热替代供暖锅炉房作为供暖热源，技术上合理可靠，经济上可行。工程回收期短，并且能收到非常好的节能效益和社会效益。三、燃油燃气锅炉余热换热器◆燃油燃气锅炉余热回收的必要性　　随着我国经济的发展以及环保要求的提高，越来越多的燃油燃气锅炉投入使用。国家新出台的节能政策和标准对节能提出了新的要求。由于油气资源的日趋紧缺，提高锅炉的效率日趋迫切。其中利用锅炉排烟余热是最有效的途径之一。多数锅炉的排烟温度在200℃左右，通过回收排烟的余热降低排烟温度，甚至回收烟气中水蒸气的汽化潜热，可以提高锅炉效率5-15%，节约效益相当显著，同时也改善了大气环境。◆我公司开发的烟气余热装置的优点：１．采用热管技术，烟侧和水侧用隔板隔开，不泄漏，即烟气系统和水系统各自独立。２．烟侧阻力20-30pa，不设引风机，系统简单。３．烟侧采用高频焊螺旋肋片，受热面扩展充分，结构紧凑体积小。４．根据需要可对换热器换热量进行调节。５．节能效果显著，以４T/H锅炉燃气蒸汽锅炉为例，按提高锅炉效率５％计，每小时节约燃气15.5Nm³/h。全年节燃气7.75×10³N m³/h，年节约燃气费13.95万元。不到半年成本即可收回。（计算依据：燃气热值36120KJ/Nm³,燃气价格1.8元/Nm³.年运行时间5000h，锅炉原始热效率90%）6．根据用户的需求研究所可设计冷凝式余热回收换热器，排烟温度可降低至41℃，回收了水蒸汽汽化潜热。以10t/h蒸汽锅炉为例，排烟温度由215℃降至41℃，换热量为979.7kw，锅炉效率高达103%，提高锅炉效率14.74%，一个采暖期节约燃料285201Nm³，节约燃料费51.34万元。四、塑胶手套行业余热回收利用及环保工程　　废气净化装置采用喷淋塔+喷淋塔+湍球他的工艺，喷淋塔是喷洒式吸收器的一种，吸收剂（这里是水）通过喷咀成雾状喷出，气流自相反方向缓慢通过，相互接触。它广泛应用于锅炉的烟气湿法脱硫中，它结构简单，气体处理能力大，投资费用低。◆技术方案范例1．手套厂锅炉及生产线热力参数　　某塑料制品公司现有四条塑胶手套生产线，四条生产线的烘箱的能源由一台2800kw(4吨)的油介质锅炉提供。锅炉基本在满负荷情况下运行。另外锅炉的排烟温度高达300℃以上。根据目测锅炉灰渣中未燃尽的情况比较明显，锅炉的机械不完全损失也很大，所以锅炉的节能潜力也很大。　　生产线的热力参数：烘箱的底层温度在180-185℃左右，上层温度在160-170℃，废气排出的温度在170℃左右。２．技术方案(1)在车间每条生产线引出进入热管式气-气换热器，对废气的余热进行回收，使新空气进入烘箱前进行预热.(2)热管式气-气换热器后加装废气净化装置，以使排出废气达到环保要求.(3）在锅炉引风机前加热管式空气预热器及热管式采暖换热器，空预器及采暖换热器采用并联，在采暖期间烟气流经采暖换热器，非采暖期间流经空气预热器对进入锅炉空气进行预热，提高锅炉效率。◆改造前后锅炉热力参数比较序号项目单位改造前改造后1锅炉输出功率KW280022202油介质出口温度℃2802803回油温度℃--4排烟温度℃3001655燃煤低位发热量Kcal/kg450045006机械未完全燃烧热损失%1287化学未完全燃烧热损失%0.50.58散热损失%0.50.59排烟损失%178.7810排烟处过量空气系数-1.51.511锅炉效率%69.982.1312计算燃煤量kg/h67547613实际燃煤量kg/h768518◆效益分析序号项目单位方案1年节煤量吨17502年节能效益万元42.03其他效益万元64回收年限-0.665换热器预计寿命年86总收益万元3287投资回报比例-1:10:38　　从改造前后锅炉参数对照表中可以看出锅炉效率提高了12.2个百分点。令锅炉引风机等负荷降低、原来生活锅炉停用可以节约锅炉大修理费、人员工资等综合费用6万元。且提高了锅炉运行可靠性，对煤质要求降低，生产线的运行可靠性大大提高。热管换热器寿命为8年，年平均收益为45-50万元。五、陶瓷窑炉的余热利用　　生产陶瓷的一个重要过程是烧成，烧成是在窑炉中进行的。不管是隧道窑还是倒焰窑，其效率都比较低。效率低的原因除了燃烧损失、散热损失等原因外。重要的一点是排烟损失。烧成隧道窑废气带走的热量的30%-50%。因之回收窑尾废气的热量加以利用是提高窑炉效率的关键。国内隧道窑排烟温度数200℃-300℃，近年来，不少陶瓷厂采用热管换热器来回收烟气中的余热来加热空气，作为烘干坯件的热源，取得了很好的节能效果。六、纺织工业的余热利用　　在纺织工业中使用了许多耗能机械，如热定型机、浆纱机、烘干机等。而纺织行业耗热机械的运行操作温度都比较低。一般在200℃以下。如何尽可能的利用低温余热减少高品位热能的消耗是纺织行业节能降耗的重要任务。热定型机是纺织行业中主要耗热机械之一，一般热定型机内所需热风温度约为200℃，离开定型机的温度一般在170℃左右，因之大量的余热被排入空气，如果这部分热量能得到有效的回收利用，其经济效益是非常可观的。用于热定型机热回收的方式是用排出的热风加热新鲜空气再返入热定型机。回收热定型机余热的换热器可以用回转式、列管式、板式等换热器，但从余热回收效率、压力损失、防止堵塞、清洗等综合指标比较，还是热管换热器最占优势。另外，浆纱机也可以利用排除的湿空气加热新鲜空气回收湿空气的热量，返回浆纱机内与热源热风混合，达到节能的目的。