煤矸石隧道窑余热回收方案 新型换热设备 烟气余热回收换热器厂

一、煤矸石窑炉基本情况

年产3000万块标砖的隧道窑生产线2条，煤矸石窑炉冷却段温度排烟在200-600℃，本方案采用热管换热器回收冷却段的烟气余热用于厂房采暖。

二、热管技术及应用情况的简介

（一）、热管技术介绍

1.热管及热管换热器工作原理和基本特性

热管起源于二十世纪六十年代的美国，1967年一根不锈钢－水热管首次被送入地球卫星轨道并运行成功。热管理论一经提出就得到了各国科学家的高度重视，并展开了大量的研究工作，使得热管技术得以很快发展。热管技术开始主要用于航天航空领域，我国自二十世纪70年代开始对热管进行研究，自80年代以来相继开发了热管气－气换热器、热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生器、高温热管热风炉等各类热管产品。由于碳钢－水两相重力式热管结构简单、价格低廉、制造方便、碳钢－水相容性的基本解决，使得此类热管在动力、化工、干燥、建材等领域内得以广泛应用。

重力式热管的基本工作原理如图表1所示，典型的热管由管壳、外部扩展受热面、端盖组成，将管内抽成1.3×（10^-1～10^－4）Pa的负压后充入适量的工作液体,然后加以密封。

当热管的蒸发段受热时热管内的工质蒸发汽化，蒸汽在微小压差下流向冷凝段放出热量凝结成液体，在重力的作用下流回蒸发段。如此循环不已，热量就由一端传到了另一端。热管的传热原理决定着热管有以基本特性：

 很高的轴向导热性，热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可以传递几个数量级的能量。

 优良的等温性，热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽由蒸发段流向冷凝段所产生的压力差很小，因而热管具有优良的等温性。

因为热管有以上的结构和特性，所以由热管组成的热管换热器具有以下优点：

热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中即使单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生泄露，也只是单根热管失效，而不会发生冷热流体的混杂。所以热管换热器用于易然、易爆、腐蚀等流体的换热场合具有很高的可靠性。

热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的完全逆流换热，获得较大的对数温差。同时冷热流体均在管外流动，由于管子对流体扰动的作用使得管外流动所具有的换热系数远高于管内流动所具有的换热系数，并且管外流动两侧受热面均可获得充分的扩展。这样换热器可以做的非常紧凑，用于品位较低的热能的回收非常经济。

对于含尘量较高的流体，热管换热器可以在设计时对热管的排布尺寸较容易的进行调整，解决换热器的磨损问题。

热管换热器用于带有腐蚀性的烟气的余热回收时，可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整冷、热两侧的热阻，从而达到调整热管管壁温度的目的，使热管能避开*大的腐蚀区域。

2.重力式热管换热器的应用范围

由于重力式热管换热器本身的优良特性使得该种热管换热器的应用范围非常广泛，下面简述几个应用领域以作说明。

在动力工程中的应用。主要的应用是热管换热器用作锅炉的低温级空气预热器，解决低温预热器腐蚀、堵灰、磨损问题。热管式空气预热器相对于管式空气预热器有以下优点：①可以彻底解决漏风问题。②可以减轻腐蚀。原因是*壁温可调，可使之避开严重腐蚀的温度区域（壁温与腐蚀速度的关系见下图）。第二由于热管具有优良的等温性，所以每根热管的壁温基本上都是一个定值，而管式空气预热器的每根管子的壁温都是一个范围，这样在锅炉运行工况变化时，管式空气预热器的所有管子都有可能处于严重腐蚀区，而热管式空气预热器只有部分管子可能处于严重腐蚀区。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。根据经验，热管式空预器可以比管式空预器管壁温度高30℃,这就可以大大减少堵灰和腐蚀。

                       图表 1  腐蚀速度与壁温的关系

三、 炉窑参数及设计依据

窑炉参数：冷却段引风机流量72000M3/h,全压1321MP，功率55KW。

采暖面积：1500M2.

采暖热负荷按：180瓦/时

采暖直接热负荷=1500X180=270千瓦/时

管道热损失及热负荷余量取15%

设备换热量=270*1.15=310.5千瓦/时

四、换热器

 热水方案热力参数及结构参数

方案特点：于常规省煤器及管式空预器相比，热管式具有寿命长，温降大，体积小，检修工作量小的特点。

需要换热器台数=310.5/160=2台

换热器需要台数为2台。

蒸汽方案热力参数及结构参数  

      三台换热器效益分析

节煤量约为102KG/H

全年节煤量为714吨

全年效益为：714X1000=71.4万

以余热换热器预期寿命8年计算，总共可以节约571.2万元。从以上数据可以看出经济效益是很显著的。

六.热力系统图 

热管换热器在石化行业的应用
1、余热回收
在石油炼制过程中存在大量可以利用的余热，随着炼油技术的日臻完善，节能工作在炼油厂日趋重要，因此对节能技术的要求也日益提高。在炼油厂存在着众多加热炉，节能的一个重要途径就是降低加热炉的排烟温度，回收余热降低能耗。由于炼油厂使用的燃料油质量日益恶化、稠度增大、酸值提高、灰分增加，因此常规使用的换热器，例如列管式或回转式换热器就日渐暴露出固有的缺点，回转式空气予热器一方面因为有转动部件，间隙不易控制，易造成大量漏风，使用时能保持15% 的漏风率就已经很不错了；另一方面，其制造复杂，精度要求高，易积灰尘且清除困难，严重时甚至出现自燃而使蓄热板变形导致失效。列管式空气予热器，虽然制造简单，但因其采用是光管，传热系数较低，回收同样的热量，所需面积势必增大，造成设备体积大，钢材消耗多，占有场地大等一系列问题。而热管换热器则以其独特的传热原理和设备结构，能够较妥善地解决了强化传热，提高密封性能，减少积灰和改善防腐蚀性能逐渐为大家所接受。
热管是应用工质相变进行传热的，因此具有启动快、传热强度大的特点。
热管空气予热器的优点：
（1）传热效率高，在热管的吸、放热段均可根据需要采用翅片强化传热，弥补气体换热系数低的弱点。
（2）有效地避免烟气、空气串流，每根热管都是相对独立密封件，烟气，空气在管外流动，中间由隔板密封严格分隔。
（3）有效地防止酸露点腐蚀，通过调整热管根数或热管吸热段与放热段的传热面积比，可控制管壁温度，防止露点腐蚀。
（4）有效地防止积灰，予热器设计成变截面结构，保证流体进出采用等速流动，达到自清灰的目的。
（5）传热过程无运动部件，没有附加动力消耗，不需要经常更换热管元件，即使有部分损坏，也不会停炉随时更换，保证正常生产。
（6）结构简单而紧凑，故障少，安装维护容易。

图1 热管空气预热器

1、换热器壳体构架 2、方园管道 3、无机热管 4、音波发生器（清灰装置

表1   常减压热管空气予热器性能参数

名称	单位	2RH850Y	2RH650Y
流量	Kg/h	6.455×104（烟气） 5.792×104（烟气）	5.05×104（烟气） 4.66×104（烟气）
烟气入口温度	℃	362	360
烟气出口温度	℃	<180	160
空气入口温度	℃	20	20
空气出口温度	℃	225	225
烟气压降	Pa	310	390
空气压降	Pa	250	490
吹灰蒸汽	MPa	1.0	0.6
传热面积	㎡	冷侧1710	冷侧1280
		烟气侧1610	烟气侧1200
回收热量	Kcal/h	360×104	250×104
效    益	万元/年	182	151

2．炼油过程加热和冷却方案
在原油的炼制和处理过程中经常需要将被加热的流体冷却下来而进入下一炼制工序中去。这种型式的冷却往往造成能量的大量损耗，投资大，安全性低，尤其对水资源较贫乏的地区就更为困难。精制油和糠醛系统就是如此，精制油在去白土的装置前必须待其温度由195℃下降到140～130℃，同时去抽提塔的再生糠醛按工艺要求应从150℃下降到140～130℃后才可通过，对于这种情况过去基本上是采用循环水或自然水方式进行冷却，这不仅浪费了大量热量和消耗了泵功率，而且还增加了水的消耗，如果对冷却水处理不好还会造成设备结垢、堵塞和使设备失效。
采用热管式空气冷却器进行冷却，同时对余热进行回收，这不仅提高整个系统的热效率，节省能源，而且还可以克服上述缺点。将热管换热器用精制油和糠醛系统的多流体并联式空气冷却，将予热的空气送入加热炉作为助燃风，达到双重效果，充分发挥了热管换热器的优点。
表2   丁烷脱历青装置热管空气予热器性能参数

名 称	单位	RH1000WY
流 量	Kg/h	29412（烟气）  27023（空气）
烟气入口温度	℃	380
烟气出口温度	℃	180
空气入口温度	℃	20
烟气压降	Pa	〈100
空气压降	Pa	〈100
传热面积	M2	1100（冷侧）  900(烟气侧)
回收热量	Kcal/h	150×104
效 益	万元/年	90.8

3．螺旋槽管——热管复合式空气予热器方案
此方案的要点是在高温区，烟气入口段，采用螺旋管空气予热器，而在低温区使用热管空气予热器。
螺旋槽管空气予热器其结构简单，传热系数较一般列管空气予热器高出30%，能耐较高温度，可在450℃烟气中长期稳定地工作，造价较低。煤矸石隧道窑余热回收方案 新型换热设备 烟气余热回收换热器厂由于高温区不存在酸腐蚀问题，将螺旋槽管空气予热器布置在高温段不会出现由于酸腐蚀而导致穿孔漏风的危险。而在低温段，煤矸石隧道窑余热回收方案 新型换热设备 烟气余热回收换热器厂采用热管空气予热器，煤矸石隧道窑余热回收方案 新型换热设备 烟气余热回收换热器厂利用热管可调节壁温的特点，煤矸石隧道窑余热回收方案 新型换热设备 烟气余热回收换热器厂煤矸石隧道窑余热回收方案 新型换热设备 烟气余热回收换热器厂煤矸石隧道窑余热回收方案 新型换热设备 烟气余热回收换热器厂煤矸石隧道窑余热回收方案 新型换热设备 烟气余热回收换热器厂可提高受热面的壁温，煤矸石隧道窑余热回收方案 新型换热设备 烟气余热回收换热器厂从而避开酸露点以保证受热面的安全。
本方案充分发挥螺旋槽管和热管这两种形式的空气予热器优点，避免其缺点，因而可获得满意的结果。本方案具有重量轻、造价低，安全可靠性高，运行调节简单等显著优点。在启动工况时，热管*高工作温度仅为215℃，在其安全使用范围内。为了保证冬季运行的可靠性，在热管予热器空气进口处设置前置预热器，通过提高入口风温，从而提高受热面的工作温度，避免结露。
三、电热膜原油加热器
自控电热膜加热器是专门为储油罐加热研制设计的。该加热器可以代替燃油蒸汽锅炉、电热管等其它加热方法，具有绝缘强度高，安全可靠，寿命长，节电等优点。
以电热膜石英玻璃管为加热元件，该项技术是一项以氧化锡为主体的半导体电热材料，以多晶体半导体载流子滚动学说为基础，定义了电热膜载流子浓度物理量，揭示了载流子浓度对电热膜、功率、寿命、温度、电热转换等规律。电热膜的电热转换率与载流子浓度的变化成线性关系，在这一系列理论基础上，使得电热元件及其制造方法及产品问世。
1．工作原理
（1）电热膜加热元件直接浸入热媒导热油中，通电后产生的热量直接传递给导热油，由循环油泵把被加热的导热油输送到设置在原油罐内部的散热器中，散热器再把热量传递给原油，达到了加热原油的目的。
（2）电热膜加热器采用智能温控数字显示系统，操作非常简便易行。用户可根据需要自行设定温度，当达到指定温度时，自动降压断电，使被加热的原油保持在指定的温度上；当低于指定温度时会自动启动加热。
如果加热管线有漏油时可通过压力传感器传给报警器进行报警并关机。
2．电热膜加热器性能特点
（1）优质材料
内胆与外壳永不腐蚀，耐磨耐冲击力强，寿命长。
（2）电热膜元件
通过绝缘基材表面改性电热膜半导体生成技术，电热转换率高达98%以上，升温快。无明火，寿命是合金电热器的4-5倍，升温断电无滞后现象，有利于精确温控（1℃），不会过热和焦化。
（3）导热油热媒介质
沸点高，350℃温度不汽化，常压，安全可靠。
（4）全自动控制
快速反应，从送电、加热、控温、断电、缺油、故障报警等一系列功能由电脑来实施，无人值守。
（5）热媒循环系统
采用进口耐高温油泵，配备防爆电机。

1．导热油 2．内胆油箱 3．保温材料 4．外壳 5．电热膜石英管加热元件 6．电源线 7．传感器 8．上盖 9．电控柜 10．散热器 11．导热油管路 12．循环油泵

四、空气冷却器
随着我国工农业生产的迅速发展，用水量大幅度增加，水资源短缺已成为制约我国经济发展的“瓶颈”问题。节水已成为工业生产的重要研究课题。
在石化厂生产过程中，有大量的冷却水循环使用，如何有效减少用水损耗，降低系统的能耗，冷却系统起着关键作用。传统的水冷却方式受到严峻的挑战。首先，在以冷却塔为冷却方式的生产中，由于水分蒸发，造成大量水资源的浪费，成为工厂沉重的经济负担；其次，当冷却水蒸发速度较快时，水中的杂质会在管路和换热器中大量沉积，不仅造成管路和换热器中的流动情况和传热能力恶化，使功耗增大，而且会腐蚀设备，使设备运行年限大大缩短；再次，环境问题越来越受到关注，而工业用冷却水大多来自于河水，导致河水温度升高会破坏河流中的生态平衡，而冷却设备的泄漏会造成严重的水质污染。采用空气冷却系统不受水资源的限制。
对于水资源，若长期无节制地大量使用，又无回灌措施，所造成的问题就不仅仅是热污染，地下水长期过量开采，水位严重下降，地面下沉，对农业生产和人民生活都会带来严重的负面影响。
密闭式空气冷却器其热水和空气不直接接触，热水的冷却是在空气冷却器内的散热管中实现的，传热为非接触传热。一种干湿式空气冷却器倍受人们的重视，热水与空气进行干式冷却后再进行湿式冷却，随季节环境温差的变化，春秋冬季使用干式冷却方式，夏季气温高，干湿冷却方式同时启动，既满足了生产的需要，又节省了能源。
1．发电厂直接空气冷却器
直接空冷是指将汽轮机的蒸气直接用空气来冷凝，所需冷却空气通常由机械通风方式供给，其散热器是由外表面镀锌的椭圆形钢管外套矩形钢翅片的若干个管束组成的。直接空冷采用的冷却介质为空气，湿冷采用的循环冷却水。同等容量的空冷机组与湿冷机组相比，其冷却系统本身可节水97%以上，全厂节水约65%以上，是火电厂节水量*多的一项技术。运行中湿冷却塔必须补充水，大约为总冷水流量的3%，以补偿因蒸发和排污损耗的冷却水，其设计耗量为4L/Kwh。