波纹重力式热管余热锅炉在节能窑炉余热回收中的应用
晨怡热管
天津华能能源设备有限公司
王继方
2009-3-14 2:23:54
一、前言
热管技术是一项成熟的技术， 目前被广泛的应用于化工、石化、冶金、建材等众多领域。我们在上世纪的九十年代末，开始将热管技术应用到窑炉，回收烟道气的余热，生产饱和、过热蒸汽，用于生产和生活。目前已有百十家的玻璃厂在使用，收到较好的经济效益。
二、波纹重力式热管的特点
强化换热表面的对流传热是提高换热器传热系数的有效方法，传统的重力式热管，一般是在传热管的表面进行翅化处理以增大它的传热系数，因窑炉排放的烟气有一定的粘性烟尘，很容易粘附在热管表面上清理起来较为困难，久而久之，使热管换热系数降低，设备能力下降，达不到预期效果，如果全部采用没有翅片的热管，使设备的换热面积增大，制造成本增加，占地面积加大，为解决此矛盾，我们经反复计算试验发明制造了波纹形重力式热管（如图示）。，
波纹重力式热管除具备传统重力式热管特点外，如：传热系数高、等温性好、适应温度范围广、使用寿命长、占地面积少等特点外，还具备以下特点：
（1）、将热管表面强化了波峰与波谷形状，当流体在波纹热管管内与管外流动时，均可产生强烈的搅动，即使在流速很低的情况下，也可以使流体的流动状态达到充分湍流，彻底打破了边界层，大大降低了管壁的热阻，充分吸收热量与放出热量。因此波纹重力式热管具有较高的传热系数。
（2）、波纹重力式热管，因它的独特的波形，可以使管内外介质形成充分的湍流而不断地冲刷管壁，使管壁不易结垢，再加上波纹热管，波形决定了其在径向和轴向都具有较大的柔性，在温差应力的作用下，波纹会在轴向有伸缩变形，这样，即使管壁上有少量的水垢，也会随着管子的伸缩而脱落。
三、波纹重力式热管余热锅炉在节能（玻璃）窑炉余热回收中的应用
波纹重力式热管因它有其独特的特点，因此特别适用于在那些含尘量较多、且有粘性灰尘的工业窑炉的工况条件下使用。目前用它分别制成：余热锅炉、空气预热器及软水加热器。
1、波纹重力式热管余热锅炉在节能玻璃窑炉余热回收安装位置与形式（图示）
波纹重力式热管余热锅炉安装示意图
1-窑炉 2-煤气蓄热室 3-空气蓄热室 4-煤气交换器 5-进烟闸板 6-波纹重力式热管余热余热锅炉、软水加热器、空气预热器） 7-风机 8-风机排烟闸门 9-烟囱 10-主烟道闸板 11-窑炉自控系统 12-烟道抽力
2、波纹重力式热管余热锅炉的构造及安装运行要求
⑴、构造（图示）。
⑵、主要作用。
波纹重力式热管余热锅炉，它的主要作用是，回收窑炉尾气余热，用以加热软水，使之在汽包内沸腾，产成饱和蒸汽或干饱和蒸汽。用此蒸汽：
①、在生产上，来加热重油、给煤气发生炉汽化、铅封用，对烟道进行吹扫。
②、在生活上用蒸汽加热水，在冬季取暖、平时洗澡、做饭等。在夏季和溴化锂吸收式制冷机配合可以制冷，用到中央空调，节约电力的作用。
总之，代替外供蒸汽的燃煤（燃油、燃气）锅炉，达到节能降耗的目的。
⑶、特点
①、在烟气的入口处设有抽屉迷宫式除尘器。
②、在烟箱内设有吹灰管，可以不打开清灰门，接上汽或水源定期进行吹灰。
③、选用合适的烟气流速，有自吹灰的功能。
⑷、运行。
待窑炉运行正常、烟气达到一定温度（200℃）后，打开余热锅炉进烟闸板，启动引风机，逐步关闭烟道闸板，操作过程确保烟道抽力波动不要超过规定指标。
⑷、清灰
①、每班可根据灰尘量情况，定期将中压水管或压缩气体和清灰管连接，进行吹灰。
②、根据灰尘量定期打开热管蒸发器的清灰门，在确保烟气和水接触，没有腐蚀的情况，可以用普通的单级水泵产生的中压水清除灰尘，也可以用压缩气、蒸汽，一般情况每周清灰一次。
③、根据灰量定期打开引风机风罩清灰口进行清灰。
⑸、排污
余热锅炉每天至少排污一次，排污时间1~2分钟。水位计、分汽缸等每天至少排污一次，排污时间1~2分钟。
⑹、仪表、安全阀、蒸汽阀、水位计、排污阀、截止阀、给水泵等要每天巡回检查、保养，使其达到完好状态。
3、使用波纹重力式热管余热锅炉应注意的问题
⑴、波纹重力式热管余热锅炉不能安装在主烟道里，避免因灰堵而影响生产系统的正常运行。必须在主烟道设置旁路烟道安装波纹重力式热管余热锅炉，旁路烟道和主烟道最好形成750或小于750的夹角，不提倡做成900 的夹角。（图示）主烟道上的闸板和旁路烟道要有一定的距离（２～３米）。不要太近。
⑵、波纹重力式热管余热锅炉的入口的规格尺寸应和旁路烟道的规格尺寸相同。这样可以降低阻力，窑压稳定，换热效果好。（如图示）
⑶、波纹重力式热管余热锅炉在节能型窑炉上使用，烟气温度偏低，有的只有300～250℃，因次必须要对余热锅炉进行外保温，减少余量的散失。
四、几点建议
1、为降低运行成本，建议引风机安装变频器。如没有变频，可用调节烟道闸板方法来控制进入余热锅炉的烟气量，蒸汽用量少时，电机可以停开，靠烟囱的抽力来排烟。
2、如烟气温度较高，可以在余热锅炉前面安装一台蒸汽过热器，将饱和蒸汽加热到200℃以上的过热干饱和蒸汽，这样有利于生产。
3、如果不需安装余热锅炉可安装热管空气预热器，加热冷空气，由冷风变成100℃以上的热风，用以加热配风或碎玻璃、石英砂等，可以节约燃料。从理论上讲可提高理论燃烧温度50℃，可提高炉子的生产能力 2%，可节约燃料5% 以上。
五、总结
1、对于高效节能型窑炉低温烟气的余热利用，波纹重力式热管余热锅炉较之其他形式的余热回收设备能够取得更高的余热利用率，更能充份回收利用余热 ，充分达到节能的目的。如果烟气温度偏低（230℃），可以用波纹重力式热管空气预热器来加热冷风，将冷风变成100℃以上的热风，用以加热原料，还可以为二次风配成热风。或用波纹重力式水加热器，来加热冷水，供生产、生活使用。来弥补不能使用余热锅炉的缺陷，达到节能的目的。
2、企业根据需要因地制宜的来选择余热回收设备。
3、波纹重力式热管余热锅炉，可以充分回收利用窑炉烟气的余热，减少烟气排放量有利保护环境。随着环境保护标准的提高，不仅要求降低烟气中SO2的排放浓度，同时要求烟气的总排放量也要减少，这是因为烟气中CO2的大量排放将影响全球的大气质量。回收烟气余热可在总供热量不变的情况下减少燃料的供给量，亦即减少了烟气的生成量和排放量。回收的热量越多，则烟气排放量越少，对环境保护的意义就更大。社会效益不可估量。
4、如一座应用于24m2玻璃窑炉(烟气量按4000Nm3/h，温度约400℃)上的波纹重力式热管余热锅炉可以产0.2MPa、424Kg/h左右的蒸汽，利用废气余热10.2×105KJ/h，相当于每年回收356吨煤的热量，扣除运行费用1.5万元/年，年可节支9.2万元，余热锅炉的投资回收期为1.3年。
5、波纹重力式热管余热锅炉的热管的材质一般采用20G或20#的无缝钢管（如有腐蚀，可用耐腐蚀的无缝钢管），如不受外界的腐蚀、人为的破坏，可连续运行十几年以上甚至更长时间。
6、波纹重力式热管余热锅炉因它独特的结构形式和传热特点，余热锅炉可以连续、稳定的运行。
波纹重力式热管余热锅炉应用于大窑炉、高温烟气的余热回收，效果将更加明显。
众多厂家使用波纹重力式热管余热锅炉产出的蒸汽，即可以解决生产用汽，也可以解决生活用汽，省掉了外供蒸汽的锅炉，达到了节能降耗的目的。
参考文献：
1、 机械工业部设计研究院 王秉铨 主编 《工业炉设计手册》第2版，机械工业出版社，2000.6
2、 孙承绪、陈润生、孙晋涛、等。《玻璃窑炉热工设计及计算》。中国建筑工出版社，1983
3、 徐占发、张玉萍、等，《热工基础》。 中国建筑工业出版社，2005.10
热管技术是一项成熟的技术， 目前被广泛的应用于化工、石化、冶金、建材等众多领域。我们在上世纪的九十年代末，开始将热管技术应用到窑炉，回收烟道气的余热，生产饱和、过热蒸汽，用于生产和生活。目前已有百十家的玻璃厂在使用，收到较好的经济效益。
二、波纹重力式热管的特点
强化换热表面的对流传热是提高换热器传热系数的有效方法，传统的重力式热管，一般是在传热管的表面进行翅化处理以增大它的传热系数，因窑炉排放的烟气有一定的粘性烟尘，很容易粘附在热管表面上清理起来较为困难，久而久之，使热管换热系数降低，设备能力下降，达不到预期效果，如果全部采用没有翅片的热管，使设备的换热面积增大，制造成本增加，占地面积加大，为解决此矛盾，我们经反复计算试验发明制造了波纹形重力式热管（如图示）。，
波纹重力式热管除具备传统重力式热管特点外，如：传热系数高、等温性好、适应温度范围广、使用寿命长、占地面积少等特点外，还具备以下特点：
（1）、将热管表面强化了波峰与波谷形状，当流体在波纹热管管内与管外流动时，均可产生强烈的搅动，即使在流速很低的情况下，也可以使流体的流动状态达到充分湍流，彻底打破了边界层，大大降低了管壁的热阻，充分吸收热量与放出热量。因此波纹重力式热管具有较高的传热系数。
（2）、波纹重力式热管，因它的独特的波形，可以使管内外介质形成充分的湍流而不断地冲刷管壁，使管壁不易结垢，再加上波纹热管，波形决定了其在径向和轴向都具有较大的柔性，在温差应力的作用下，波纹会在轴向有伸缩变形，这样，即使管壁上有少量的水垢，也会随着管子的伸缩而脱落。
三、波纹重力式热管余热锅炉在节能（玻璃）窑炉余热回收中的应用
波纹重力式热管因它有其独特的特点，因此特别适用于在那些含尘量较多、且有粘性灰尘的工业窑炉的工况条件下使用。目前用它分别制成：余热锅炉、空气预热器及软水加热器。
1、波纹重力式热管余热锅炉在节能玻璃窑炉余热回收安装位置与形式（图示）
波纹重力式热管余热锅炉安装示意图
1-窑炉 2-煤气蓄热室 3-空气蓄热室 4-煤气交换器 5-进烟闸板 6-波纹重力式热管余热余热锅炉、软水加热器、空气预热器） 7-风机 8-风机排烟闸门 9-烟囱 10-主烟道闸板 11-窑炉自控系统 12-烟道抽力
2、波纹重力式热管余热锅炉的构造及安装运行要求
⑴、构造（图示）。
⑵、主要作用。
波纹重力式热管余热锅炉，它的主要作用是，回收窑炉尾气余热，用以加热软水，使之在汽包内沸腾，产成饱和蒸汽或干饱和蒸汽。用此蒸汽：
①、在生产上，来加热重油、给煤气发生炉汽化、铅封用，对烟道进行吹扫。
②、在生活上用蒸汽加热水，在冬季取暖、平时洗澡、做饭等。在夏季和溴化锂吸收式制冷机配合可以制冷，用到中央空调，节约电力的作用。
总之，代替外供蒸汽的燃煤（燃油、燃气）锅炉，达到节能降耗的目的。
⑶、特点
①、在烟气的入口处设有抽屉迷宫式除尘器。
②、在烟箱内设有吹灰管，可以不打开清灰门，接上汽或水源定期进行吹灰。
③、选用合适的烟气流速，有自吹灰的功能。
⑷、运行。
待窑炉运行正常、烟气达到一定温度（200℃）后，打开余热锅炉进烟闸板，启动引风机，逐步关闭烟道闸板，操作过程确保烟道抽力波动不要超过规定指标。
⑷、清灰
①、每班可根据灰尘量情况，定期将中压水管或压缩气体和清灰管连接，进行吹灰。
②、根据灰尘量定期打开热管蒸发器的清灰门，在确保烟气和水接触，没有腐蚀的情况，可以用普通的单级水泵产生的中压水清除灰尘，也可以用压缩气、蒸汽，一般情况每周清灰一次。
③、根据灰量定期打开引风机风罩清灰口进行清灰。
⑸、排污
余热锅炉每天至少排污一次，排污时间1~2分钟。水位计、分汽缸等每天至少排污一次，排污时间1~2分钟。
⑹、仪表、安全阀、蒸汽阀、水位计、排污阀、截止阀、给水泵等要每天巡回检查、保养，使其达到完好状态。
3、使用波纹重力式热管余热锅炉应注意的问题
⑴、波纹重力式热管余热锅炉不能安装在主烟道里，避免因灰堵而影响生产系统的正常运行。必须在主烟道设置旁路烟道安装波纹重力式热管余热锅炉，旁路烟道和主烟道最好形成750或小于750的夹角，不提倡做成900 的夹角。（图示）主烟道上的闸板和旁路烟道要有一定的距离（２～３米）。不要太近。
⑵、波纹重力式热管余热锅炉的入口的规格尺寸应和旁路烟道的规格尺寸相同。这样可以降低阻力，窑压稳定，换热效果好。（如图示）
⑶、波纹重力式热管余热锅炉在节能型窑炉上使用，烟气温度偏低，有的只有300～250℃，因次必须要对余热锅炉进行外保温，减少余量的散失。
四、几点建议
1、为降低运行成本，建议引风机安装变频器。如没有变频，可用调节烟道闸板方法来控制进入余热锅炉的烟气量，蒸汽用量少时，电机可以停开，靠烟囱的抽力来排烟。
2、如烟气温度较高，可以在余热锅炉前面安装一台蒸汽过热器，将饱和蒸汽加热到200℃以上的过热干饱和蒸汽，这样有利于生产。
3、如果不需安装余热锅炉可安装热管空气预热器，加热冷空气，由冷风变成100℃以上的热风，用以加热配风或碎玻璃、石英砂等，可以节约燃料。从理论上讲可提高理论燃烧温度50℃，可提高炉子的生产能力 2%，可节约燃料5% 以上。
五、总结
1、对于高效节能型窑炉低温烟气的余热利用，波纹重力式热管余热锅炉较之其他形式的余热回收设备能够取得更高的余热利用率，更能充份回收利用余热 ，充分达到节能的目的。如果烟气温度偏低（230℃），可以用波纹重力式热管空气预热器来加热冷风，将冷风变成100℃以上的热风，用以加热原料，还可以为二次风配成热风。或用波纹重力式水加热器，来加热冷水，供生产、生活使用。来弥补不能使用余热锅炉的缺陷，达到节能的目的。
2、企业根据需要因地制宜的来选择余热回收设备。
3、波纹重力式热管余热锅炉，可以充分回收利用窑炉烟气的余热，减少烟气排放量有利保护环境。随着环境保护标准的提高，不仅要求降低烟气中SO2的排放浓度，同时要求烟气的总排放量也要减少，这是因为烟气中CO2的大量排放将影响全球的大气质量。回收烟气余热可在总供热量不变的情况下减少燃料的供给量，亦即减少了烟气的生成量和排放量。回收的热量越多，则烟气排放量越少，对环境保护的意义就更大。社会效益不可估量。
4、如一座应用于24m2玻璃窑炉(烟气量按4000Nm3/h，温度约400℃)上的波纹重力式热管余热锅炉可以产0.2MPa、424Kg/h左右的蒸汽，利用废气余热10.2×105KJ/h，相当于每年回收356吨煤的热量，扣除运行费用1.5万元/年，年可节支9.2万元，余热锅炉的投资回收期为1.3年。
5、波纹重力式热管余热锅炉的热管的材质一般采用20G或20#的无缝钢管（如有腐蚀，可用耐腐蚀的无缝钢管），如不受外界的腐蚀、人为的破坏，可连续运行十几年以上甚至更长时间。
6、波纹重力式热管余热锅炉因它独特的结构形式和传热特点，余热锅炉可以连续、稳定的运行。
波纹重力式热管余热锅炉应用于大窑炉、高温烟气的余热回收，效果将更加明显。
众多厂家使用波纹重力式热管余热锅炉产出的蒸汽，即可以解决生产用汽，也可以解决生活用汽，省掉了外供蒸汽的锅炉，达到了节能降耗的目的。
参考文献：
1、 机械工业部设计研究院 王秉铨 主编 《工业炉设计手册》第2版，机械工业出版社，2000.6
2、 孙承绪、陈润生、孙晋涛、等。《玻璃窑炉热工设计及计算》。中国建筑工出版社，1983
3、 徐占发、张玉萍、等，《热工基础》。 中国建筑工业出版社，2005.10
责任编辑: banye
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