热管式换热器在锅炉烟气余热回收中的应用

陈超

摘 要 ：介绍了热管与热管换热器技术，并分析了其传热机理及热管换热器独特的优点。重点介绍了热管换热器在电厂循环流化床锅炉余热回收中的应用。

关键词：热管；热管换热器；烟气；余热回收

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.161

电厂锅炉各项热损失中，排烟热损失一般占锅炉输入热量得5%～ 10%。也就是说，排烟损失占电厂煤耗量的5%～ 10%。由此可见，对这部分热量得回收利用是非常有必要的。

1 锅炉排烟损失主要因素分析

电厂锅炉中，影响排烟热损失的主要因素有：烟气容积和排烟温度。烟气容积取决于燃料的水分、炉膛过量空气系数及锅炉各处的漏风量。炉膛过量空气系数在保证不低于推荐值且能使燃料完全燃烧的前提下，可尽量取小，这样不仅可以减少附机耗电率，同时在减少烟道各处漏风量的基础上可以降低排烟损失。

排烟温度的高低是排烟损失的直接决定量。一般情况，排烟温度每增加10-15锅炉热效率下降1%。可见，降低排烟温度可以减小排烟损失提高锅炉效率。但是，排烟温度过低将引起空气预热器的金属耗量增加、烟气的流动阻力增大，如果低于露点，将引起尾部受热面的低温腐蚀。这也就决定了排烟温度不能过低，所以排烟损失减小量不会太大。

2 热管技术及热管换热器

2.1 热管工作原理

热管利用工质相变，以潜热传递热量。如图1，蒸发段被加热时，真空管内工质吸热，变成蒸汽，产生压差，流向另端，蒸汽在冷凝段接触到冷的吸热芯表面，冷凝成液体并放出潜热。冷凝后的工质在管芯毛吸力或重力作用下返回蒸发段继续吸热蒸发。如此循环往复，热量不断地从热端传递到冷端。另外，热管还具有较高的等温性和热流密度可以变换等优点，因此在许多领域应用广泛。

2.2 热管换热器

热管换热器由热管管束组成，中间有隔板，保证隔板兩侧流过热管参与换热的流体互不串通（如下图2），热量通过热管内部工质传递。在换热器当中，每根热管是一个独立的传热单元。

热管换热器的特点：

（1）热管换热器是典型近于等温工作的逆流换热，因此具有较高的换热效率。比常规换热器的传热系数大10～20倍。

（2）热管完全独立，某根被腐蚀穿透，不影响其它热管工作。

（3）冷热流体的换热均是在管表面进行。可加装翅片以强化传 热，增大换热系数，提高传热效率。

（4）对于热管换热器，在设计中可根据锅炉工况调整热管加热段和冷凝段长度，及调整低温处热管冷、热两段翅片的间距、数量来调整烟气侧与空气侧的热阻比，可达到控制热管壁温的目的。使烟气侧壁温高于工况结露点温度，避开硫酸蒸气结露，有效防止烟气低温腐蚀。

（5）由于烟气的扰动性强和流体通道简单、阻力小，热管壁温高且管外始终呈干燥状态。因此，热管不会结膜不易黏附烟灰，因而能有效地防止堵塞。

（6）热管换热器无任何运转部件，因而无动力消耗，运行维护费用低，工作安全可靠。

2.3 热管式换热器在电厂锅炉回收余热的可行性

上述讨论了热管式换热器的技术特点，考虑到锅炉烟气低温腐蚀，下面讨论利用热管式换热器回收烟气余热的可行性。

对于循环流化床锅炉，设计排烟温度都在135～150之间，但是由于空气预热器入口风温的问题，实际上运行绝大部分都在150～180之间，个别锅炉达到了200左右。又因为循环流化床锅炉的脱硫率达达90%—97%，所以烟气的含硫率很低，尾部烟气的酸露点就会下降很多，这样就不容易造成低温腐蚀，可以考虑利用热管式换热器回收尾部烟气的余热。

对于大中型机组的煤粉炉，脱硫方式一般为干法或湿法脱硫，两种方式均为燃烧后烟气脱硫，如果在锅炉尾部加装换热器回收余热会造成较严重的低温腐蚀，所以不能利用换热器回收尾部烟气的余热。

3 热管式换热器在循环流化床锅炉余热回收中的设计

以上海能源股份有限公司发电厂#6炉（440循环流化床锅炉）为例，锅炉主要参数：

3.1 尾部烟气酸露点的确定

机组额定负荷运行时，尾部烟气水蒸气和硫酸蒸汽含量分别为10%、 0.001%，由下图3可确定尾部烟气的酸露点为70—75之间。

3.2 热管换热器设计

拟利用热管换热器回收烟气余热来提高新空气温度，从而提高空气预热器前风流温度，提高锅炉效率。考虑到烟气在除尘设备的温降及防止烟气对烟囱造成低温腐蚀（烟囱入口烟温应75），换热器设计烟气出口温度控制在110。

3.3 锅炉排烟余热回收利用流程图

4 小结

根据上述计算采用3.6 、25热管，共2603根，如图所示，制成烟侧与气侧完全隔离的卧式气一气换热器，用来加热锅炉用新空气。输入、25 空气，输出温度64 的空气进入空气预热器。

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