臧冬
南京圣诺热管有限公司 江苏南京 210000
摘要：为了使锅炉尾气利用率提升，回收余热锅炉尾气是最有效的方式之一，明确这一点后以热管理论为基础，利用热管传热控制降低的热阻方式实现回收热量效率的提升，同时为了优化传热效果，采取热管间距缩短和水流量增加等方式实现。本课题针对管间距和水流量不同的情况，利用数值模拟的方法对热管换热器传热特征和阻力特征等展开探究，希望对锅炉尾气余热回收率的提升有所帮助。
关键词：锅炉尾气；热管换热器；回收余热；影响因素
随着社会和经济的快速发展，人们节能环保的意识不断增强，我国对于节能减排也是大力推崇和提倡，基于此，锅炉尾气余热回收从本质上来讲就是以节能为主要目的。民用锅炉的废热尾气排放情况较为严重，很大部分的尾气在排放之前并为充分应用，而且排放尾气分散性较强，热量浪费的情况相对来说是较为严重的。对此，考虑到热管换热器中的重力式热管器具有传热性能优良、结构简单和成本很低等优势，在锅炉尾气余热回收中应用非常广泛，本文对锅炉尾气余热回收过程中热管换热器应用的影响因素展开分析。
一、热管换热器概述
热管属于高导热性能传热组件，1944年高格勒最先发现，在二十世纪六十年代初期才开始应用。特关优势在于导热性和等温性能良好，可对冷热两端传热面积进行改变，实现远距离热量传输。缺陷在于耐高温性能和抗氧化能力偏弱。目前热管在多个领域中广泛应用，例如交通、机械、炼油、化工、石油和冶金等，具体应用是在废热回收工艺中作为一种节能设备进行应用，带来的经济效益和社会效益非常显著。
热管换热器的特征主要表现在四个方面：第一，中隔板可以将冷热流体隔离开，这样在运行时单个热管由于温度过高、腐蚀或者磨损等问题对热管换热器整体工作不会产生影响。流体腐蚀性强、易燃易爆的情况下热管换热器的应用更具有可靠性；第二，由于冷热流体相互隔离开，冷热流体逆流换热实现难度更小，并且都是在管外流动，比管内流动换热系统数要高出很多，品味较低的余热回收中经济性更有优势；第三，流体含尘量高时，热管换热器利用受热面积和结构的改变使堵灰和磨损等问题有效避免；第四，烟气若腐蚀性较强，则热管管壁温度可以利用冷凝段和蒸发段传热面积的改变，使腐蚀位置尽可能的避开，以保证锅炉尾气余热回收效果更好。
二、锅炉尾气余热回收中热管换热器应用可行性分析
目前我国在锅炉尾气余热回收上效果并不好，而且回收过程传热温差也比较低，漏点腐蚀问题也时有发生。如果利用普通换热器来完成尾气余热的回收，因为体积偏大必然使占用的空间也更大，余热回收工作开展就会遇到更多问题，为了使低温烟气以最小温差实现流量最大化的传输，在锅炉尾气余热回收中使用热管换热器的效果是较为理想的，而且热管换热器在锅炉尾气余热回收中的应用具有重要意义和价值。而且对于锅炉尾气低温下的腐蚀情况，在锅炉尾气回收余热过程中使用热管换热器可以有效避免腐蚀问题。下面对锅炉尾气余热回收中热管换热器应用的可行性进行分析。
对于循环流化床锅炉的排烟温度来说，基本上温度范围最低为135℃，最高大概为150℃，不过空气预热器进口处会受到风温的影响，所以排烟温度实际上范围介于150℃到180℃之间，也存在少数温度最高达到200℃的情况。而且循环流化床锅炉脱硫率基本上在90%到97%之间，也就是说烟气中硫含量非常少，尾气酸漏点可以控制在很低的水平，所以低温腐蚀的问题就得到很好的解决，若低温腐蚀问题依旧发生，可以在锅炉余热回收过程中采用热管换热器来更好的解决这个问题。在中大规模机组煤粉炉中，脱硫方法通常利用干法脱硫或者湿法脱硫，但是无论这两种中的哪一种脱硫方式都是对燃烧完成后的烟气进行脱硫，而且若将换热器安装在锅炉尾部来完成余热的回收，低温腐蚀问题必然会非常严重，所以锅炉尾气余热回收不能通过换热器来实现，这也同时说明锅炉尾气余热回收中热管换热器的应用具有非常关键的作用。因此，锅炉尾气余热回收中热管换热器应用具有可行性。
三、锅炉尾气余热回收中热管换热器影响因素分析
对于锅炉尾气余热回收过程中热管换热器影响因素的分析采取实验方法，具体分析过程如下：
1、实验情况介绍
实验中流水量设置成2005g/h，管间距分为70mm、65mm、60mm和55mm四种，通过对比研究将额定流水量1、1.5、2、3、5、10、30、50倍值获取到，进而对热管换热器的热量传输性能进行分析，并对阻力特点展开探究。
2、管间距影响因素分析
实验中会对每个水流量对应的热管换热管热量进行计算，并观察随管间距改变热量的改变情况，通过实验可以发现，假设水流量固定不变，那么管间距不断降低的过程中，烟气换热量总值不断变多，管间距从70mm降低到65mm时换热量增幅率均值是4.2%，家那个地到65mm时换热量增幅率均值是4.9%，降低到60mm时换热量增幅率均值是16.4%，也就是说管间距持续缩短的情况下，热流体会不断增多，流体干扰性也会随之加强，而且流体换热系数也会随之提高，最终总换热量得以提高。同时利用数值模拟的方式，对管间距或水流量取不同值时冷热流体压降改变状况进行观察和分析，通过实验后可知，流速会随着管间距的缩短而加快，流速不断加快，那么烟气和水的压力也必然会不断提高。管间距从最初的70mm降低到65mm时烟气压力降增幅率均值为20.3%，水压力增幅率均值为40.2%，降低到66mm时烟气压力降增幅率均值为48.8%，水压力增幅率均值为92.9%，降低到55mm时烟气压力降增幅率均值为8.8%，水压力增幅率均值为158.6%。经过实验后可知，管间距在持续缩短的过程中，流体流速持续加速，管外部对流换热系数不断提高，因此传热阻力总值会持续减小，传热持续加强。
3、水流量影响因素分析
锅炉尾气余热回收中应用热管换热器会受到水流量的影响，对此利用数值模拟方式对具体影响进行分析，通过实验观察并分析水流量不断改变下热管换热器的变化情况。实验后发现针对于每一种管间距来说，水流量不断增大的过程中，换热量也随之增大，针对1倍水流量对应换热量来说， 1.5倍水流量对应换热量增长率均值为7.3%，2倍水流量对应换热量增长率均值为13.4%，3倍水流量对应换热量增长率均值为22.2%。根据这一变化趋势分析可知，管间距固定不变的情况下，换热量会随着水量增大而随之增大，不过在换热量增大的过程中，这种增大的幅度在不断减小。
经过以上实验后可知，管间距不断缩短对于冷热流体压力降的提升有显著效果，而且换热量和热高也都得以加强。通过提高水流量可实现换热量的提高，强化传热效果也更为显著。为了保证锅炉尾气余热回收率更高，热管换热器实际运用时水流量和水流速应尽可能更快，管间距应尽可能小，这样锅炉尾气余热回收相关工作才能更好的进行。
四、结束语
锅炉尾气余热回收中应用热管换热器使回收效率提升，本质上是为了实现节能的目的，本文对锅炉尾气余热回收中热管换热器影响因素进行分析，通过数值模拟进行试验，对管间距尽量缩短，同时水流量增大，使锅炉尾气余热回收率不断提升，在锅炉尾气余热回收中热管换热器的应用价值和作用充分发挥出来。经过一系列试验和分析得出结论，为了使余热回收率提升应选择水流量大、水流速快且管间距小的热管换热器，保证其稳定有效运行，实现节能减排的目的。
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