重力热管在锅炉余热回收中的应用

重力热管(热虹吸管)具有广阔的应用前景和发展潜力。本设计采用重力热管回收锅炉排入大气的烟气所带走的热量,回收的热量用于助燃空气的加热。这种换热器是重力热管式空气预热换热器。

一、总体情况

热管是最有效的传热元件之一。它可以通过其非常小的横截面产品在没有外部电源的情况下远距离传递大量热量。近年来,随着热管技术的飞速发展,特别是在余热回收领域,热管换热器取得了良好的效果。

20世纪70年代以来,我国开展了热管传热性能及其在电子器件冷却和航天器上的应用研究。20世纪80年代初以来,我国以热管研究开发和能源合理利用为重点,先后开发出热管燃气换热器、热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生器、高温热管热风炉等多种热管产品,碳钢-水两相闭式热管具有结构简单、价格低廉、制造方便等优点,易于在工业上推广应用。我区煤炭储量丰富,能源综合利用率低。因此,合理利用能源是我区热管研究和开发的重点,在煤化工和煤制油工业中有着广泛的应用。

二、重力热管及其换热器简介

两相闭式热虹吸管又称重力热管,简称热虹吸管。与普通热管一样,它利用工质的蒸发和冷凝来传热,工质在没有外力的情况下自行循环。然而,与普通热管不同的是,热管中没有灯芯。冷凝水从冷凝段返回蒸发段,不是靠芯产生的毛细力,而是靠冷凝水本身的重力。因此,热虹吸管的工作具有一定的方向性。蒸发段必须放在冷凝段的下面,这样冷凝水可以通过自身的重力返回蒸发段。

热管是一种依靠工质本身的相变来实现传热的传热元件,具有以下基本特性。

导热系数高的热管主要依靠工质的汽液相变传热,其热阻很小,因此具有较高的导热系数。与银、铜、铝等金属相比,单位重量的热管可以传递几个数量级的热量。

热流变热管可独立改变蒸发段或冷却段的加热面积,即以较小的加热面积输入热量,以较大的冷却面积输出热量,或以较大的加热面积输入热量,以较小的冷却面积输出热量,从而改变热流密度,解决其它一些难题。

带芯水平热管由于其内循环力为毛细力,其热流方向的可逆性。因此,两端的加热可以用作蒸发段,而另一端向外的冷却可以用作冷凝段。

环境适应性热管的形状可随热源和冷源条件的变化而变化,热管也可单独制成,以适应远距离或冷、热流体不能混合时的热交换。热管可用于地面(重力场)或空间(无重力场)。

三、环肋管传热计算

中温热管换热技术是热管应用技术的成熟领域,具有广阔的发展前景。在中温热管换热器的设计中,需要考虑的因素很多,而且比较复杂。然而,中温热管换热器的设计主要集中在热管的选择上,要求设计计算换热器所需的热管总数。本章以实际工程背景为基础,对换热器进行了设计,给出了换热器的结构。

为了利用热管换热器预热空气回收烟气中的余热,某炼油厂拟采用燃气整体重力热管换热器

烟气流量:VH=7000m3/h(标准工况)烟气温度:t1h=160~250℃

风量:VC=6500m3/h(标准工况)

烟气出口温度选择t2h=120℃,主要是为了充分利用热量。烟气出口温度应尽量降低,但低温不利于排灰。此外,当温度低于120℃时,应考虑硫的强腐蚀性。进气温度取T1c=20℃,由一般环境温度确定。

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