分離式熱管換熱器在高爐煤氣鍋爐上的應用

孫 杰 孫永福

（1.山東省特種設備檢驗研究院 山東 濟南 250000；2.山東省電力學校 山東 泰安 271000）

0 概述

某廠1#鍋爐采用傳統模式在鍋爐尾部煙道安裝低壓省煤器，吸收尾部煙氣熱量加熱凝結水，從而提高鍋爐熱量的利用率，減低鍋爐的排煙溫度。投運后鍋爐的排煙溫度在165℃左右，廠內通過研究認為鍋爐排煙溫度偏高，尾部煙氣還有可利用空間，經過考察研究后決定在2#鍋爐打破以往的傳統模式，采用新型技術在鍋爐尾部增加分離式熱管換熱器以替代傳統的低壓省煤器。2#鍋爐投運后排煙溫度在135℃左右，降低排煙溫度顯著，為提高鍋爐整體效率取得了良好的效果。所以后續建設的3#-8#鍋爐都安裝了分離式熱管換熱器。

1 熱管的工作原理與特性

由熱管組成的分離式熱管換熱器具有以下特點：

1.1 傳熱效率高。熱管的冷、熱側均可根據需要采用高頻焊翅強化傳熱。

1.2 能夠有效的避免冷、熱流體的串流。每根熱管都是相對獨立的密閉單元，冷、熱流體都在管外流動。并且可根據現場條件靈活的安置殼體，將冷、熱流體隔開，尤其適應不允許泄漏的易燃易爆有毒等介質的加熱。

1.3 無任何轉動部件。熱管內工作介質的循環是依靠回流液的高低位差和密度差作用而循環流動，不需外加動力，無機械運行部件，因而增加了熱管換熱器系統運行的可靠性，減少了運行費用。

1.4 熱管的換熱元件是由多根熱管組成。各根之間相互獨立，當一根甚至幾根熱管失效時，不影響整個系統的安全運行，同時對整體換熱效果的影響也可忽略不計。

2 熱管換熱器在高爐煤氣鍋爐上的應用

2.1 高爐煤氣鍋爐特點

高爐煤氣鍋爐是利用低品質的高爐煤氣作為燃料，它的熱值較低，理論燃燒溫度低，著火、穩定燃燒困難。但一旦具備了著火和穩燃條件，燃燒相當迅速，火矩很短。但在蒸發量相同時燃用高爐煤氣的鍋爐要比燃煤鍋爐多產生70%的煙氣。這么大量的煙氣如果不被利用，勢必會造成能源的損失。而對于對高爐煤氣鍋爐，加熱燃料的意義尤大。高爐煤氣的理論空氣量僅約0.6m3/m3。(標準狀態)，煤氣量是空氣的1.6倍。所以加熱煤氣的效果比空氣和水還大。空預器后面布置熱管換熱器這樣起到了空氣和煤氣的雙重預熱效果，這樣不僅使煤氣燃燒迅速，著火穩定，減少了煤氣著火所消耗的自身熱量，將熱量更多的提供給鍋爐。同時吸收了尾部的高溫煙氣，降低了排煙溫度，提高了鍋爐整體效率。

2.2 更改方案的確定

該廠1#煤氣鍋爐是在空預器后再增設一級低壓省煤器，利用加熱凝結水吸收煙氣熱量從而降低煙氣溫度，減少排煙熱損失，節省燃料。但是1#鍋爐投運后排煙在165℃左右，利用低壓省煤器降低鍋爐排煙溫度，還是達不到我們滿意值。

鍋爐在實際運行中，由于進入爐膛的熱風溫度已達到250℃，而進入爐膛的高爐煤氣只有30℃左右，如果對其進行預熱，提高進入爐膛燃料的溫度，則有利于低熱值高爐煤氣的充分燃燒。由于高爐煤氣具有易燃易爆，有毒等特點，采用一般管殼式換熱器，不僅換熱效率低，同時在換熱器內管發生泄漏時，容易引發重大安全事故。經過技術論證，決定采用分離式熱管換熱器。更改方案為：將鍋爐尾部煙道的低壓省煤器去掉，在引風機進口前加裝一套分離式熱管換熱器，用于預熱高爐煤氣，并對煙道和高爐煤氣管道進行相應的更改，鍋爐本體保持不變。

2.3 分離式熱管換熱器主要技術參數

熱管換熱器設計的主要技術參數

3 熱管換熱器的應用效果與經濟效益分析

3.1 熱管換熱器的應用效果2#爐加裝的分離式熱管換熱器投入運行后，經過一段時間的觀察，取得了良好的效果。鍋爐的排煙溫度有了較大程度的降低，同時進入爐膛高爐煤氣的溫度升高，從而強化了低熱值的高爐煤氣的燃燒，提高了爐膛溫度，爐膛內輻射換熱加強，使得鍋爐出力增加。由于鍋爐的煙氣余熱得到了回收利用，鍋爐的熱效率得到了較大提高。

1#鍋爐與2#鍋爐參數對比

3.2 經濟效益分析

（1）投資分析

1#鍋爐低壓省煤器：設備費25萬元，安裝費5萬元，總費用30萬元。

2#鍋爐分離式熱管換熱器：設備費260萬元，安裝費69萬元，總費用329萬元。

鍋爐更改分離式熱管換熱器比1#鍋爐多投資329-30=299萬元。

（2）綜合效益分析

1#鍋爐排煙溫度在165℃左右，鍋爐效率為87.757%。安裝分離式熱管換熱器后的2#鍋爐排煙溫度在135℃左右，鍋爐效率為90.049%。安裝分離式熱管換熱器后，鍋爐效率提高了2.292%。

在相同煤氣消耗量下，鍋爐效率的提高增加了鍋爐蒸發量，使得發電量增加1424kW.h。

同時，增加分離式熱管換熱器后，引風機出力增大，多耗電130kW.h。

所以最終增加發電量為1424-130=1294kW.h。

1294×24×330×0.6=614.9 萬元

其中：330——為年度機組運行的天數

0.6——電價核算基準值

安裝分離式熱管換熱器后的鍋爐一年帶來的經濟效益為614.9萬元。因此只要半年即可收回全部投資。

4 結論

目前，熱管換熱器由于它獨有的特點，在各行業的余熱回收和綜合熱能利用中得到越來越廣泛的應用。我廠通過實踐證明分離式熱管換熱器在高爐煤氣鍋爐上的應用以及取得的良好的效果，為企業創造了可觀的經濟效益。后續我廠建設的3#-8#高爐煤氣鍋爐都增加了分離式熱管換熱器。