| 详细介绍： 热管余热锅炉在冶金电炉烟气余热回收中应用
1概述
随着改革开放的深入进行我国国民经济迅猛发展，发展与环保问题的是我国经济发展的重中之重。冶金领域的铁合金生产的环保治理与余热回收是其重要内容，我国冶金电炉2000余台。每台每小时排出废气为6000～200000Nm3/h，含尘量8～15g/m3，温度400-800℃，造成大量的环境污染，及能源浪费。冶金电炉的环保治理是我国目前亟待解决的问题。
炼钢电炉烟气含尘粒度较小，其直径为40~300目，这一粒度的灰尘一般采用布袋除尘器收集灰尘。但是电炉尾气温度为400℃至800℃，这一温度超出了布袋除尘器的许用工作温度。如果不进行降温处理，布袋很快烧穿，无法运行。这样电炉烟气在进入除尘器的前的降温显得十分必要。目前，我国的电炉烟气降温一般采用多管降温器，利用空气与烟气换热来降低烟气温度。这一降温器存在如下问题：一是烟气余热未能利用，造成大量的能源浪费。二是积灰严重无法正常运行。因此 开发了热管余热锅炉回收烟气余热。
2．基础条件
天津华能集团能源设备有限公司是集科研、生产、销售为一体的工业企业。1992年从中科院引进热管技术。我们以此为龙头不断开发新技术。1995年开发研制了循环式热管热风炉，经专家鉴定达国际领先水平，获天津市科技进步一等奖；1997年开发热管水加热器，经专家鉴定达国内领先水平，获天津市科技进步三等奖；1998年开发组合式热管废热锅炉，获国家专利。2000年我公司又获天津市热管节能技术科技推广二等奖。
多年来，我公司始终坚持科研、推广并重的原则，公司内有高级工程师10人、工程师35人，技术力量雄厚。公司内有换热器、热管等多个实验室和自动化办公条件。我公司占地100余亩、建筑面积30000余平米，总资产超亿元。具备承揽大型科研项目的能力。
3．热管余热锅炉的设计技术
3.1设备结构及组成
热管余热锅炉一般采用立式和卧式两种结构，由蒸发器、软水加热器、蒸汽集聚器（汽包）、上升管、下降管等组成，配套设备有清水泵、给水泵、除氧器、蓄热器等。
3.2工艺流程
一、烟气系统
烟气从电炉二孔（四孔）到二次燃烧沉降室，温度600—800℃，含尘6-15g/m3，经过高温管进入立式蒸发器，烟气从立式蒸发器底部出，进入水平蒸发器，再进入软水加热器，最后由排烟口排出温度200℃，进入布袋除尘器。
二、水汽系统
外供软水先进行除氧，除氧后软水通过给水泵进入软水加热器，温度由104℃升温到185℃进入汽包；汽包和蒸发器自然循环；汽包内蒸汽与水分离；蒸汽进入蓄热器；蓄热器蒸汽外供给用户使用。
⑴水系统的供水量每小时18～20吨，供水压力～1.8MPa，水源由软水总管经除氧器除氧后供给。
⑵系统除氧选用热力除氧。选用一套热力除氧器，一个水箱。除氧器配备2台给水泵，除氧器给水泵为IS型单级单吸离心泵。
⑶从除氧器到汽水分离装置的给水系统配两台电动给水泵，水泵扬程除满足系统压力外，还要克服水柱爬升高度及沿程阻力，汽包给水为DG型锅炉给水泵。
⑷软水加热器、蒸汽发生器、汽包均设有排污出水口，可定期清除内部残留污物及水垢。系统水箱设有给水取样；汽包设有水取样点，对余热锅炉水进行取样。
3.3工艺条件（以某钢厂为例）
（1） 烟气量：37000Nm3/h
（2） 入口烟气温度：600—800℃
（3） 出口烟气温度：180℃
（4） 额定蒸汽压力：1.6MPa
（5） 蒸汽温度：204℃
（6） 额定蒸发量：16000Kg/h
（7） 烟气含尘 量：8--15g/m3
4.主要设计内容
该工艺热管余热锅炉设计存在如下技术难点：
（8） 高温烟气换热问题
（9） 换热器的积灰问题
（10） 换热器维修问题
（11） 换热器换热面积的确定问题
下面结合设备的结构、选材及吹灰系统的设计，分析以上几个技术难题。
4.1高温烟气换热问题
电炉烟气自二次燃烧尘降室进入换热器，入口温度800℃，有时可达1000℃以上；余热锅炉额定压力1.6 MPa,对应蒸汽温度204℃。在这一工况下如何选择换热器的设计方案呢？
第一种方案选用热管换热器，此时热管工作温度：Tv=(t1+t2)/(n+1)。n两侧热阻比，换蒸发换热管两段热阻比为4—6（与热管蒸发段与放热段的长度比和气侧的翅化比有关）。
Tv=(t1+t2)/(n+1)=（800+4*204）=332℃
目前，国内主要以水做工质，水在此温度再高的压力也处于汽态，没有相变，热管不传热。水作工质管内工作温度一般不超过240℃。因为不管管壳如何处理在高温时都存在H2O+Fe——FeO+H2的反应。破坏热管的真空度，热管失效。同时热管管内压力大，远远大于热管的安全运行压力4.0 MPa。热管超温运行爆管现象屡见不鲜。
这一温度要选择高温的有机物(萘、导热姆等)作热管介质。热管管壁温度为332+100=432℃，热管管材应选用不锈材质。虽然如此此温度用热管换热存在介质的高温分解问题和爆管问题。
第二种方案选用水管换热器，水管换热器不存在热管的许用工作问题，但是必须考虑冲刷泄露和热应力问题。因此在设计水管换热器时选用以下措施：
（1） 选用316不锈管对列管迎风面防护；
（2） 增加管壁厚度，用渗铝管增加耐冲刷能力。
（3） 设计换热器入口流速为8米左右，降纸灰尘对换热冲刷动能。
以上两种方案都能解决高温烟气换热问题，但我公司推荐用水管换热器。
4.2换热器的积灰问题
烟气含尘量是8—15g/m3，也就是说每小时500Kg左右的灰尘通过换热器。电炉烟尘粒度较小0—10μm的灰占灰尘总量的70%以上，该种灰有较强的吸附力，换热器的除灰是该换热器的设计的核心内容
4.2.1在换热器结构的设计上采用以下措施
（1）换热管间距较其他工况设备增大。
（2）烟气在设备中流速要设计为一般为8米左右。
（3）换热器的布置形式必须考虑便于除尘，换热器布置上采用L型。
（4）严禁采用环翅片，采用环翅片可以增大换面强化传热，降低设备投资，但在如此大的灰尘工况中，环翅片换热器很快堵死，再好吹积设备也不能将翅片间的积灰吹净。因此严禁使用环翅片管换热器。
4.2.2冲击波吹灰方案
（1）水平段采用冲击波吹灰系统
①冲击波吹灰系统的工作原理及参数
冲击波吹灰系统是我国引进前苏联军工技术，我国消化研制开发的在线吹灰产品。其工作原理是将空气和可燃气按一定比例混合，经高能点火后在冲击波发生器内形成可控强度的冲击波，冲击动能吹扫受热面的同时伴有高声强声波震荡和热清洗作用，以达到吹除积灰保证受热面清洁，提高传热效率，恢复锅炉出力的目的。
4.3换热器的维修问题
该换热器采用多组组装式结构，立式换热器由16组组成，卧式由8组组成，每组可以单独拆装、更换，维修方便。
4.4换热面积的确定
该热管余热锅炉设计的难点是换热面积的确定。因为设备运行时，换热管始终有灰包裹，换热器的粘污热阻较大，换热器的粘污热阻只有凭经验确定。
5、结论
我公司先后在莱钢机械厂、新疆八一钢厂、兴澄特钢厂、本钢特钢厂等单位设计制造了热管余热锅炉，现在运行情况良好。
天津华能集团能源设备有限公司
2007年12月03日
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