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熱管技術(shù)在工業(yè)余熱回收中的應(yīng)用

  
評論: 更新日期:2020年03月22日

一、我國余熱資源的現(xiàn)狀

余熱是指能利用而未被利用的熱能,余熱回收就是將浪費的熱能回收利用,提高能源利用率,降低生產(chǎn)成本,保護環(huán)境。

它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學反應(yīng)余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。

根據(jù)調(diào)查,各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%~67%,可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。

二、熱管簡介:

熱管是一種具有特高導熱性能的新穎傳熱元件。熱管起源于二十世紀六十年代的美國,1967年一根不銹鋼——水熱管首次被送入地球衛(wèi)星軌道并運行成功,熱管理論一經(jīng)提出就得到了各國科學家的高度重視,并展開了大量的研究工作,使得熱管技術(shù)得以很快發(fā)展。熱管技術(shù)開始主要用于航天航空領(lǐng)域,我國自二十世紀70年代開始對熱管進行研究,自80年代以來相繼開發(fā)了熱管氣-氣換熱器、熱管氣-水換熱器、熱管余熱鍋爐、熱管蒸汽發(fā)生器、熱管熱風爐等各類熱管產(chǎn)品,使得熱管在建材工業(yè)、冶金工業(yè)、化工及石油化工、動力工程、紡織工業(yè)、玻璃工業(yè)、電子電器工程等領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。

三、熱管的工作原理及特點

1、工作原理

1.jpg

熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成,將管內(nèi)抽成1.3×(10-1~10-4)Pa的負壓后充以適量的工作液體,使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段(加熱段),另一端為冷凝段(冷卻段),根據(jù)應(yīng)用需要在兩段中間可布置絕熱段。(參見下工作原理圖)

熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)傳熱的傳熱元件,具有超常的熱活性和熱敏感性,遇熱而吸,遇冷而放。

2、基本特性

2.1超強的導熱性:導熱速度快、強度大、效率高,導熱速度可達到音速。

2.2良好的等溫性:良好的等溫性使熱管在很小的溫差下,傳遞很大的熱通量,傳熱阻力小。

2.3熱流密度可變性:熱管可以獨立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積,即以較小的加熱面積輸入熱量,而以較大的冷卻面積輸出熱量,或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量,而以較小的冷卻面積輸出熱量。

2.4安全可靠性:不存在管內(nèi)超壓,不怕干燒。液體工質(zhì)汽化后,熱管的內(nèi)壓不隨溫度的變化而變化。

2.5環(huán)境的適應(yīng)性:不受環(huán)境的限制,熱管可根據(jù)環(huán)境的需要而單獨設(shè)計。

2.6應(yīng)用領(lǐng)域廣。超導熱管形狀具有更大的靈活性,更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

四、熱管余熱回收裝置工作原理:

熱管是余熱回收裝置的主要熱傳導元件,與普通的熱交換器有著本質(zhì)的不同。熱管余熱回收裝置的換熱效率可達98%以上,這是普通熱交換器無法比擬的。

熱管余熱回收裝置體積小,只是普通熱交換器的1/3。其工作原理如下圖所示:

2.jpg

下面為煙氣通道,上面為清潔空氣(水或其它介質(zhì))通道,中間有隔板分開互不干擾。高溫煙氣由下面通道排放,排放時高溫煙氣沖刷熱管,當煙氣溫度>30℃時,熱管被激活便自動將熱量傳導至上面,這時熱管下端吸熱,高溫煙氣流經(jīng)熱管后溫度下降,熱量被熱管吸收并傳導至上端。常溫清潔空氣(水或其它介質(zhì))在鼓風機作用下,沿上面通道反方向流動沖刷熱管,這時熱管上端放熱,將清潔空氣(水或其它介質(zhì))加熱,空氣流經(jīng)熱管后溫度升高。

五、熱管余熱回收裝置的性能特點:

1、安全可靠性高:

常規(guī)的換熱設(shè)備一般都是間壁換熱,冷熱流體分別在器壁的兩側(cè)流過,如管壁或器壁有泄露,則將造成停產(chǎn)損失。熱管余熱回收器則是二次間壁換熱,即熱流要通過熱管的蒸發(fā)段管壁和冷凝段管壁才能傳到泠流體。

2、熱管余熱回收器傳熱效率高,節(jié)能效果顯著。

3、熱管余熱回收器具有良好的防腐蝕能力

熱管管壁的溫度可以調(diào)節(jié),可以通過適當?shù)臒崃髯儞Q把熱管管壁溫度調(diào)整在低溫流體的露點之上,從而可防止露點腐蝕,保證設(shè)備的長期運行。由于避開煙氣露點,使灰塵不易粘結(jié)于肋片和管壁上。同時熱管在導熱時會產(chǎn)生自振動,使灰不易粘附在管壁和翅片上,因而不會堵灰。

4、安裝及結(jié)構(gòu)布置靈活:

熱管余熱回收器的安裝無需改變原工藝系統(tǒng),結(jié)構(gòu)設(shè)計和位置布置非常靈活,可適應(yīng)各種復雜的場合。

5、使用壽命長:

使用壽命在10年以上,單根熱管可拆卸更換,維護簡單成本低。

6、投資回收期短:

一般在六個月至一年就可回收全部投資。

六、余熱回收及余熱發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域:

1、在化工及石油化工工業(yè)中的應(yīng)用:

小合成氨上、下行煤氣余熱回收、中合成氨上、下行煤氣余熱回收、合成氨吹風氣燃燒的余熱回收、合成氨一段轉(zhuǎn)化爐煙氣余熱回收、30萬噸/年合成氨二段轉(zhuǎn)化爐余熱回收。

2、在硫酸工業(yè)中的應(yīng)用:

2.1在硫酸生產(chǎn)沸騰焙燒爐沸騰層內(nèi)的余熱回收;一個年產(chǎn)10萬噸硫酸的工廠可回收5.5萬噸蒸汽;

2.2從沸騰中出來的SO2高溫爐氣中回收余熱;一個年產(chǎn)10萬噸硫酸的工廠可回收10.5萬噸蒸汽,可發(fā)電價值約600萬元;

3、在鹽酸、硝酸爐的應(yīng)用:基本同上

4、在石油化工中的應(yīng)用:

4.1烴類熱解爐中的余熱回收;

4.2乙苯脫氫反應(yīng)器中的余熱回收;

4.3環(huán)已醇脫氫化學反應(yīng)器中的余熱回收;

4.4催化、裂化再生取熱器中的余熱回收;

4.5其它各種加熱爐中的余熱回收;..

5、在建材工業(yè)中的應(yīng)用:

5.1在高嶺土噴霧干燥熱風爐中的余熱回收;

5.2玻璃窯爐中的余熱回收;

5.3水泥窯爐中的余熱回收;

5.4各種陶瓷倒燃爐及遂道窯中的余熱回收;

6、在冶金工業(yè)中的應(yīng)用:

6.1軋鋼連續(xù)加熱爐和均熱爐中的余熱回收;

6.2坯件加熱爐中的余熱回收;

6.3線材退火爐中的余熱回收;

6.4燒結(jié)機中的余熱回收;以一臺180M2的燒結(jié)機為例,可回收蒸汽量達10-22T/h;

七、余熱的回收利用途徑很多:

1、一般說來,綜合利用余熱最好;其次是直接利用;第三是間接利用(產(chǎn)生蒸汽用來發(fā)電)。

2、余熱蒸汽的合理利用順序是:動力供熱聯(lián)合使用;發(fā)電供熱聯(lián)合使用;生產(chǎn)工藝使用;生活使用;冷凝發(fā)電用。

3、余熱熱水的合理利用順序是:供生產(chǎn)工藝常年使用;返回鍋爐及發(fā)電使用;生活用。

4、余熱空氣的合理利用順序是:生產(chǎn)用;暖通空調(diào)用;動力用;發(fā)電用。

八、余熱回收技術(shù)及回收方式:

1、分離式熱管余熱回收技術(shù);

3.jpg

2、整體式熱管余熱回收技術(shù);

3、余熱回收方式:余熱回收的設(shè)計及方式的不同,可帶來完全不同的結(jié)果,即回收的余熱數(shù)量或蒸汽量完全不一樣。

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