煤矸石隧道窯余熱回收方案

一、煤矸石窯爐基本情況

年產3000萬塊標磚的隧道窯生產線2條，煤矸石窯爐冷卻段溫度排煙在200-600℃，本方案采用熱管換熱器回收冷卻段的煙氣余熱用于廠房采暖。

二、熱管技術及應用情況的簡介

（一）、熱管技術介紹

1.熱管及熱管換熱器工作原理和基本特性

熱管起源于二十世紀六十年代的美國，1967年一根不銹鋼－水熱管被送入地球衛星軌道并運行成功。熱管理論一經提出就得到了各國科學家的高度重視，并展開了大量的研究工作，使得熱管技術得以很快發展。熱管技術開始主要用于航天航空領域，我國自二十世紀70年代開始對熱管進行研究，自80年代以來相繼開發了熱管氣－氣換熱器、熱管余熱鍋爐、高溫熱管蒸汽發生器、高溫熱管熱風爐等各類熱管產品。由于碳鋼－水兩相重力式熱管結構簡單、價格低廉、制造方便、碳鋼－水相容性的基本解決，使得此類熱管在動力、化工、干燥、建材等領域內得以廣泛應用。

重力式熱管的基本工作原理如圖表1所示，典型的熱管由管殼、外部擴展受熱面、端蓋組成，將管內抽成1.3×（10^-1～10^－4）Pa的負壓后充入適量的工作液體,然后加以密封。

當熱管的蒸發段受熱時熱管內的工質蒸發汽化，蒸汽在微小壓差下流向冷凝段放出熱量凝結成液體，在重力的作用下流回蒸發段。如此循環不已，熱量就由一端傳到了另一端。熱管的傳熱原理決定著熱管有以基本特性：

很高的軸向導熱性，熱管內部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可以傳遞幾個數量級的能量。

優良的等溫性，熱管內腔的蒸汽是處于飽和狀態，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽由蒸發段流向冷凝段所產生的壓力差很小，因而熱管具有優良的等溫性。

因為熱管有以上的結構和特性，所以由熱管組成的熱管換熱器具有以下優點：

熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開，在運行過程中即使單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發生泄露，也只是單根熱管失效，而不會發生冷熱流體的混雜。所以熱管換熱器用于易然、易爆、腐蝕等流體的換熱場合具有很高的可靠性。

熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動，可以比較容易的實現冷、熱流體的完全逆流換熱，獲得較大的對數溫差。同時冷熱流體均在管外流動，由于管子對流體擾動的作用使得管外流動所具有的換熱系數遠高于管內流動所具有的換熱系數，并且管外流動兩側受熱面均可獲得充分的擴展。這樣換熱器可以做的非常緊湊，用于品位較低的熱能的回收非常經濟。

對于含塵量較高的流體，熱管換熱器可以在設計時對熱管的排布尺寸較容易的進行調整，解決換熱器的磨損問題。

熱管換熱器用于帶有腐蝕性的煙氣的余熱回收時，可以通過調整蒸發段、冷凝段的傳熱面積來調整冷、熱兩側的熱阻，從而達到調整熱管管壁溫度的目的，使熱管能避開的腐蝕區域。

2.重力式熱管換熱器的應用范圍

由于重力式熱管換熱器本身的優良特性使得該種熱管換熱器的應用范圍非常廣泛，下面簡述幾個應用領域以作說明。

在動力工程中的應用。主要的應用是熱管換熱器用作鍋爐的低溫級空氣預熱器，解決低溫預熱器腐蝕、堵灰、磨損問題。熱管式空氣預熱器相對于管式空氣預熱器有以下優點：①可以解決漏風問題。②可以減輕腐蝕。原因是壁溫可調，可使之避開嚴重腐蝕的溫度區域（壁溫與腐蝕速度的關系見下圖）。第二由于熱管具有優良的等溫性，所以每根熱管的壁溫基本上都是一個定值，而管式空氣預熱器的每根管子的壁溫都是一個范圍，這樣在鍋爐運行工況變化時，管式空氣預熱器的所有管子都有可能處于嚴重腐蝕區，而熱管式空氣預熱器只有部分管子可能處于嚴重腐蝕區。③具有良好的防堵灰性能。因為腐蝕和堵灰是兩個緊密相關的問題，腐蝕問題的解決就防止了管壁上的結露，從而也就防止了嚴重積灰的發生。根據經驗，熱管式空預器可以比管式空預器管壁溫度高30℃,這就可以大大減少堵灰和腐蝕。

圖表 1腐蝕速度與壁溫的關系

三、 爐窯參數及設計依據

窯爐參數：冷卻段引風機流量72000M3/h,全壓1321MP，功率55KW。

采暖面積：1500M2.

采暖熱負荷按：180瓦/時

采暖直接熱負荷=1500X180=270千瓦/時

管道熱損失及熱負荷余量取15%

設備換熱量=270*1.15=310.5千瓦/時

四、換熱器

熱水方案熱力參數及結構參數

方案特點：于常規省煤器及管式空預器相比，熱管式具有壽命長，溫降大，體積小，檢修工作量小的特點。

需要換熱器臺數=310.5/160=2臺

換熱器需要臺數為2臺。

蒸汽方案熱力參數及結構參數

三臺換熱器效益分析

節煤量約為102KG/H

全年節煤量為714噸

全年效益為：714X1000=71.4萬

以余熱換熱器預期壽命8年計算，總共可以節約571.2萬元。從以上數據可以看出經濟效益是很顯著的。

六.熱力系統圖