熱管式換熱器在鍋爐煙氣余熱回收中的應用

陳超

摘 要 ：介紹了熱管與熱管換熱器技術，并分析了其傳熱機理及熱管換熱器獨特的優點。重點介紹了熱管換熱器在電廠循環流化床鍋爐余熱回收中的應用。

關鍵詞：熱管；熱管換熱器；煙氣；余熱回收

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.161

電廠鍋爐各項熱損失中，排煙熱損失一般占鍋爐輸入熱量得5%～ 10%。也就是說，排煙損失占電廠煤耗量的5%～ 10%。由此可見，對這部分熱量得回收利用是非常有必要的。

1 鍋爐排煙損失主要因素分析

電廠鍋爐中，影響排煙熱損失的主要因素有：煙氣容積和排煙溫度。煙氣容積取決于燃料的水分、爐膛過量空氣系數及鍋爐各處的漏風量。爐膛過量空氣系數在保證不低于推薦值且能使燃料完全燃燒的前提下，可盡量取小，這樣不僅可以減少附機耗電率，同時在減少煙道各處漏風量的基礎上可以降低排煙損失。

排煙溫度的高低是排煙損失的直接決定量。一般情況，排煙溫度每增加10-15鍋爐熱效率下降1%。可見，降低排煙溫度可以減小排煙損失提高鍋爐效率。但是，排煙溫度過低將引起空氣預熱器的金屬耗量增加、煙氣的流動阻力增大，如果低于露點，將引起尾部受熱面的低溫腐蝕。這也就決定了排煙溫度不能過低，所以排煙損失減小量不會太大。

2 熱管技術及熱管換熱器

2.1 熱管工作原理

熱管利用工質相變，以潛熱傳遞熱量。如圖1，蒸發段被加熱時，真空管內工質吸熱，變成蒸汽，產生壓差，流向另端，蒸汽在冷凝段接觸到冷的吸熱芯表面，冷凝成液體并放出潛熱。冷凝后的工質在管芯毛吸力或重力作用下返回蒸發段繼續吸熱蒸發。如此循環往復，熱量不斷地從熱端傳遞到冷端。另外，熱管還具有較高的等溫性和熱流密度可以變換等優點，因此在許多領域應用廣泛。

2.2 熱管換熱器

熱管換熱器由熱管管束組成，中間有隔板，保證隔板兩側流過熱管參與換熱的流體互不串通（如下圖2），熱量通過熱管內部工質傳遞。在換熱器當中，每根熱管是一個獨立的傳熱單元。

熱管換熱器的特點：

（1）熱管換熱器是典型近于等溫工作的逆流換熱，因此具有較高的換熱效率。比常規換熱器的傳熱系數大10～20倍。

（2）熱管完全獨立，某根被腐蝕穿透，不影響其它熱管工作。

（3）冷熱流體的換熱均是在管表面進行。可加裝翅片以強化傳 熱，增大換熱系數，提高傳熱效率。

（4）對于熱管換熱器，在設計中可根據鍋爐工況調整熱管加熱段和冷凝段長度，及調整低溫處熱管冷、熱兩段翅片的間距、數量來調整煙氣側與空氣側的熱阻比，可達到控制熱管壁溫的目的。使煙氣側壁溫高于工況結露點溫度，避開硫酸蒸氣結露，有效防止煙氣低溫腐蝕。

（5）由于煙氣的擾動性強和流體通道簡單、阻力小，熱管壁溫高且管外始終呈干燥狀態。因此，熱管不會結膜不易黏附煙灰，因而能有效地防止堵塞。

（6）熱管換熱器無任何運轉部件，因而無動力消耗，運行維護費用低，工作安全可靠。

2.3 熱管式換熱器在電廠鍋爐回收余熱的可行性

上述討論了熱管式換熱器的技術特點，考慮到鍋爐煙氣低溫腐蝕，下面討論利用熱管式換熱器回收煙氣余熱的可行性。

對于循環流化床鍋爐，設計排煙溫度都在135～150之間，但是由于空氣預熱器入口風溫的問題，實際上運行絕大部分都在150～180之間，個別鍋爐達到了200左右。又因為循環流化床鍋爐的脫硫率達達90%—97%，所以煙氣的含硫率很低，尾部煙氣的酸露點就會下降很多，這樣就不容易造成低溫腐蝕，可以考慮利用熱管式換熱器回收尾部煙氣的余熱。

對于大中型機組的煤粉爐，脫硫方式一般為干法或濕法脫硫，兩種方式均為燃燒后煙氣脫硫，如果在鍋爐尾部加裝換熱器回收余熱會造成較嚴重的低溫腐蝕，所以不能利用換熱器回收尾部煙氣的余熱。

3 熱管式換熱器在循環流化床鍋爐余熱回收中的設計

以上海能源股份有限公司發電廠#6爐（440循環流化床鍋爐）為例，鍋爐主要參數：

3.1 尾部煙氣酸露點的確定

機組額定負荷運行時，尾部煙氣水蒸氣和硫酸蒸汽含量分別為10%、 0.001%，由下圖3可確定尾部煙氣的酸露點為70—75之間。

3.2 熱管換熱器設計

擬利用熱管換熱器回收煙氣余熱來提高新空氣溫度，從而提高空氣預熱器前風流溫度，提高鍋爐效率。考慮到煙氣在除塵設備的溫降及防止煙氣對煙囪造成低溫腐蝕（煙囪入口煙溫應75），換熱器設計煙氣出口溫度控制在110。

3.3 鍋爐排煙余熱回收利用流程圖

4 小結

根據上述計算采用3.6 、25熱管，共2603根，如圖所示，制成煙側與氣側完全隔離的臥式氣一氣換熱器，用來加熱鍋爐用新空氣。輸入、25 空氣，輸出溫度64 的空氣進入空氣預熱器。

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