热管空气预热器回收窑炉余热.doc

热管空气预热器回收窑炉余热

0943014015王佳伟

摘要：
利用热管的高效导热性对窑炉的烟气中的余热回收，从而达到减排的效果。同时对传统的钢-水热管与钢-无机物热管在实际应用中的工作数据进行了比较。钢-无机物热管不仅在性能上优于钢-水热管，并且在余热回收方面具有明显的优越性。

前沿：
窑炉在工业生产中应用比较广泛,排出的烟气中含有大量的热量,如对其回收,不仅节约能源,而且还能降低热、粉尘等污染。烟道气排放温度℃,带走大量热量。可利用无机传热及真空热管技术,回收工业窑炉烟道气余热,回收的烟道气余热可用于水的加热如用于热水采暖、洗浴、饮用水、蒸汽或热水锅炉自身补充水的预热等。气的加热如用于热风采暖、热风烘干、炉自身鼓风的预热等。

预热器热管示意图

1．热管工作原理
热管是1964年美国洛斯-阿拉莫斯实验室首先命名的换热元件。20世纪80年代我国才开始研究在实际工程中的应用。应用最多的是重力热管。密封的管件内抽真空,达到10-5~10-4Pa的负压,往管件内充入少量的液体介质。当热管的下端受热时,管内的工作液体吸收热量而汽化为蒸汽,向热管上端流动,到热管上端放热段,向外散热后,凝结为液体,在重力作用下,沿管壁流到受热段,再受热汽化,反复循环,将热量由下端传到上端。这个过程是相变传热,管内热阻小,这就是热管能以较小的温差传递较大能量的原因。其特点为热效率高、结构简单、无动力单向导热。由于冷热流体间的换热是在管外进行,强化了传热,故不受热流体对设备的直接冲刷。
2.热管的优越性
由于管内是高效的相变传热，其相当导热系数是铜的几十倍，甚至几百倍，故有超导热体之称。如果将一支热管和一支同样尺寸的铜棒同时插入80—90度的热水中，在最初的时刻，如果您敢用手摸一下铜棒，您却不敢触摸烫手的热管，因为热管具有良好的等温性，热管上部的温度几乎与热水相同。每支热管都是一个独立的传热元件，可做成不同的形状和结构，适用于不同的应用场合。热管的加热段和冷却段，都是管外换热，容易处理换热面的积灰和腐蚀。通过改变介质和管材，可用于不同温度下的传热。安装，拆卸，更换，维护方便。
3.钢-水热管空气预热器与钢-无机物热管空气预热器回收余热对比。
无机热管与普通热管相比,主要有以下特点:
=1\*GB2⑴启动迅速、传热速度快。自元件一端加热,数秒钟就可将热量传递到另一端。
=2\*GB2⑵热阻小、均温性好。无机热传导元件,主要是通过腔体内部的无机介质来实现传热过程,传热能力远高于金属材料,沿传热元件轴向温差趋于零,从而使元件的表面温度趋于一致。
=3\*GB2⑶导热系数高。当量导热系数为14MW/m·℃,是纯银的3.2万倍。
=4\*GB2⑷传热能力大。轴向热流密度27.2MW/m2,径向热流密度158kW/m2。
=5\*GB2⑸适用温度范围广。介质适用温度范围-30℃~1100℃。
=6\*GB2⑹工作压力低。工作时元件内腔压力低,不会发生高温爆管。
=7\*GB2⑺相容性好。无机传热介质自身能够有效抑制氢、氧的产生,与常用金属材料及非金属材料不发生化学反应,可保证长期稳定的传热性能。
=8\*GB2⑻使用寿命长。无机传热介质11万小时内内不会失效,可使元件长期稳定运行。
=9\*GB2⑼应用安全可靠。由于无机传热元件良好的性能特点,在将其应用于空气预热器时,表现出以下优势:
=1\*GB2⑴传热系数高;
=2\*GB2⑵可以调节换热元件表面壁温,防止高温过热和低温腐蚀;
=3\*GB2⑶结构紧凑,体积小,重量轻;
=4\*GB2⑷换热设备安全可靠;
=5\*GB2⑸流动阻力小;
=6\*GB2⑹不易结灰、不易阻塞;
=7\*GB2⑺无机工质寿命长,且元件相互独立,单个元件损坏或失效,不影响整个装置安全运行,维修费用低。
4.计算

Q=M△H
式中:Q---热量,kcal/h
M---烟气流量,kg/h
△H---烟气焓差,kcal/kg
M=V/22.4×μ（平均）
式中:V---烟气流量,Nm3/h
22.4---气体摩尔常数,Nm3/kmol
μ（平均）---烟气平均分子量,kg/kmol
n
μ（平均）=∑μi·yi
i=1
式中:μi---烟气中i组分的分子量,kg/kmol
Yi---烟气中i组分的体积分率
H=△H1–△H2
n
式中:△H1=∑△Hi·yi
i=1
n
△H2=∑△Hi·yi
i=2
式中:△Hi---烟气中i组分的焓值
Yi---烟气中i组分的体积分率
经查烟气余热系统引烟机体积流量(V)为37800Nm3/h。
由表1中数据可算出空气预热器使用钢-水热管时回收的烟气余热为:
Q水=M△H=V/22.4×μ（平均）×