【論文摘要】熱管換熱器在工業鍋爐及工業窯爐(冶煉爐)中的應用。

一、工業鍋爐中熱管換熱器的應用

我國工業鍋爐的運行效率普遍較低，通常比設計效率低8~10%，主要原因是排煙溫度高，過量空氣系數過大，灰渣含碳量過高；另有一類小型工業鍋爐，主要是指容量2t／h以下的小鍋爐，尾部未設受熱面，排煙溫度更高，可250℃。因此，采用熱管換熱器回收煙氣余熱，降低排煙溫度以提高鍋爐效率，有很好的前景。

1、熱管換熱器與常規換熱器的匹配

除了小型工業鍋爐沒有尾部受熱面外，大多數小型工業鍋爐尾部狀有鑄鐵省煤器，大型工業鍋爐尾部裝有鋼管省煤器及鋼管空氣預熱器。熱管換熱器可與常規換熱器在應用時匹配在一起，它們各有特點。例如鑄鐵省煤器應用廣泛，其優點是：耐用、承壓(給水泵可裝在省煤器入口)，價格低；缺點是：重量大、外形尺寸較大、容易堵灰、結構復雜(由肋片管及鑄鐵彎頭連接而成)。熱管省煤器耐低溫腐蝕性能好，在同樣煙氣溫度條件下，壁溫較高，結構緊湊、體積小、重量輕，煙氣側阻力可以設計得較��；其缺點是：價格較高，通常水側為常壓。鑄鐵省煤器與熱管省煤器是各有優缺點，如果原來是沒有省煤器的鍋爐，我們主張安裝熱管省煤器；如果原來是已有鑄鐵省煤器的鍋爐，我們主張安裝熱管換熱器(空氣預熱器或省煤器)，與已有鑄鐵省煤器匹配使用，而不拆除然鐵省煤器，具體應用形式根據實際情況確定。我們特別管空氣預熱器在然鐵省煤器之后，它適合用于具有然鐵省煤器的小型工業鍋爐改造。

對于4t／h以上的工業鍋爐，尾部已裝有鋼管省煤器及鋼管空氣預熱器，如果排煙溫度大于180℃時可以在其后加裝熱管換熱器。

2、熱管換熱器特點

氣——氣型熱管換熱器即熱管空氣預熱器在工業鍋爐中應用，可在冷熱流體兩側布置肋片，熱工性能優良，結構緊湊，最能體現出熱管換熱器的優點。氣——水型熱管換熱器即熱管省煤器在工業鍋爐中應用，其主要的優點是耐低溫腐蝕性能好，因為它在水側的熱阻比鑄鐵或煙管省煤器大，而它在氣側的熱阻比后兩者為小，所以在同樣條件下，壁溫較高，不易腐蝕與堵灰；然鐵省煤器易腐蝕堵灰。

3、熱管開水器的應用

熱管開水器結構獨特，體積緊湊，不大的換熱量，例如9.36×104KJ／h(2×104Kcal／h)訶供2000人以下工廠全廠職工飲水的需求。也可設計成開水——熱水兩用的形式，在供應開水時，冷水自動進入，開水自動流出，不需供開水時，轉換至另一出口，即供應熱水。

由于熱管開水器換熱量不大，一般均與各種型式的省煤器或各種型開的空氣預縶器組合在一起。

4、各種組合裝置

在工業鍋爐中，余熱回收時往往采用組合裝置，已如前述。我們在推廣中最為常用的方式是同時加熱空氣和水的方式，它具有明顯的優點：采用熱空氣肋燃對改善著火及燃燒有很大的好處，熱空氣溫度不必過高，大于50℃即可見效果；此外，熱水進鍋爐或是熱水供生活動應用也是工廠所迫切要求的。應用組合式換熱器中很好的方案，大體上一半熱管用于加熱空氣，另一半熱客用于加熱熱水，氣—氣與氣—水的組合有并聯及串聯兩種。

二、工業窯爐(冶煉爐)中熱管換熱器的應用

工業窯爐(冶煉爐)是耗能大戶，且窯爐的種類十分繁多，爐子的熱效率國內平均水平為國外先進水平的一半，總計年耗標準煤一億多噸，有很大的節能潛力，其排煙溫度較高，往往超過300℃，有的達到500~600℃甚至更高，作為余熱回收方案而言，較多采用空氣預熱器(當然也可采用余熱鍋爐)，對于煙氣溫度在400℃以下的中低溫余熱，主要采用空氣預熱器，熱管換熱器在此能夠大顯身手。我國機械工業部標準“機械工業節能設計技術規定”中提到：工業爐窯排煙溫度為400℃以下時，宜采用熱管換熱器。

工業爐窯中有相當大一部分沒有裝引風機，要求余熱設備阻力小，同時因地位狹小，而要求設備緊湊，特別適合應用熱管空氣預熱器。我們應用下列各種布置方式：

⑴窯爐＋熱管空氣預熱器

⑵窯爐＋熱管熱水器＋熱管空氣預熱器(適用于排煙溫度很高時)

⑶窯爐＋噴流或滲鋁管空氣預熱器＋熱管空氣預熱器(適用于較高的預熱空氣溫度時)

⑷窯爐＋各種型式空氣預熱器＋熱管熱水器或熱管開水器與熱水器復合裝置

⑸窯爐＋熱管余熱鍋爐

⑹窯爐＋其它換熱器＋熱管余熱鍋爐

⑺窯爐＋熱管余熱鍋爐＋其它換熱器

1、空氣預熱器或余熱鍋爐

熱管換熱器型式的確定，應當從以下幾個方面考慮：

①根據企業的需要，如果工業窯爐需要助燃，應盡可能選用空氣預熱器。工藝需要蒸汽時，用余熱鍋爐。

②根據余熱回收的可能性，余熱鍋爐只有在排煙溫度大于300℃的工業爐中才有可能。

③可靠性，如果采用碳鋼一水熱管，其管內工質最高工作溫度為300℃，以保證安全；熱管外側最低壁面大于酸露點，以避免腐蝕。/這些限制對換熱器式的選擇也會有直接的影響。

④經濟性，型式的選擇在有多種方案可能時，需進行經濟性比較，(根據具體情況)選用上述形式⑴、⑵、⑶、⑷、⑸、⑹、⑺。

2、氣—氣及氣—水組合型熱管換熱器

由于工業窯爐的排煙溫度往往較高，有時超過400℃，可達到500~600℃，甚至更高。作為氣—氣型熱管換熱器，最高允許的煙氣入口溫度在一般情況下僅為350~400℃，此時采用氣—水及氣—氣組合型熱管換熱器是一種很好的方案，即為煙氣溫度高于350~400℃的區域應用氣—水式換熱器，而在煙氣溫度較低的區域應用氣—氣型熱管換熱器。以上的劃分溫度是以應用碳鋼一水熱管為依據的，其工質的最高允許溫度為300℃，具體屬于上述形式⑵。

3、熱管換熱器的匹配

工業窯爐有時需要300~400℃或更高溫度的熱空氣助燃。當熱空氣溫度超過250℃時，只用熱管空氣預熱器會使碳鋼一水熱管的最高工作溫度超過300℃，因此空氣從進口溫度加熱到250℃時采用熱管空氣預熱器，而從250℃上升到更高值時采用常規空氣熱器，這是一種合理的布置方式，如上述形式⑶。常規空氣預熱器可以選用滲鋁鋼管式或噴流式，因為它們可以與熱管空氣預熱器很好地匹配在一起。

4、熱管余熱鍋爐的不同類型

熱管余熱鍋爐可以分為二大類型：單管型及聯箱型，前者適用于小容量的余熱鍋爐，熱管放段直接插入汽包內，我們研制的最大容量為2t／h(蒸發量)；后者適用于大容量的余熱鍋爐，熱管放熱段插入垂直的大直徑管中，這些大直徑管由聯箱再引出管子通至汽包，我們研制的容量為1—10t／h(蒸發量)。這二種形式蒸汽側的結構是不同的。

由于受至碳鋼-水熱管工質最高工作溫度為300℃的限制，余熱鍋爐蒸汽工作壓力不會超過1MPa，煙氣入口溫度一般也不能太高，如450~500℃為最高值。當煙氣進口溫度很高時，可采用上述形式⑹。

5、工業窯爐中的氣—水型熱管換熱器

在工業窯爐中，由于生活的需要或生產工藝的需要，有時需要應用上述形式⑷，不少情況下，為熱管熱水器與開水器復合裝置，它有相當廣泛的應用前景，特別是在鄉鎮企業。

三、結論

熱管換熱器在工業鍋爐及工業窯爐中均可發揮不可替代的巨大作用，在對現有鍋爐、窯爐進行技改，及新建鍋爐、窯爐中可廣泛采用該設備。