35t／h 鍋爐熱管回收排煙余熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【含11張CAD圖紙+文檔全套】
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京 江 學(xué) 院
JINGJIANG COLLEGE OF J I A N G S U U N I V E R S I T Y
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
調(diào) 研 報(bào) 告
學(xué)生學(xué)號： 3101105052
學(xué)生姓名： 孫俊
專業(yè)班級： J動力熱能1002
指導(dǎo)教師姓名： 王助良
指導(dǎo)教師職稱： 教授
2014年3月
余熱回收的項(xiàng)目的調(diào)研報(bào)告
摘要：這次調(diào)研的主要途徑是上圖書館查閱資料，上網(wǎng)了解現(xiàn)狀，咨詢老師?？偨Y(jié)了余熱回收的利用，余熱回收的現(xiàn)狀。本次設(shè)計(jì)主要是利用熱管來回收余熱的，本次調(diào)研還對熱管進(jìn)行了簡單的調(diào)查，分析了熱管的分類，原理和利用前景
關(guān)鍵詞：余熱回收 回收的工藝 熱管的利用
前言：眾所周知，能源是關(guān)系國計(jì)民生、與日常生活息息相關(guān)的大問題。在我國能源利用的方法和方式還是比較單一的，以熱能為主。風(fēng)能，太陽能，核能等只有在局部地區(qū)使用。改個開放三十多年，經(jīng)濟(jì)飛速增長，對能源的需求也在飛速增長。一邊是能源供需緊張一邊卻是工業(yè)余熱大量過剩及利用效率底下。各行各業(yè)中余熱資源占其燃燒消耗總量的16%到67%，可利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。特別是在傳統(tǒng)的工業(yè)鍋爐中，排煙溫度每降低15℃鍋爐效率就提高1%。本次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是通過煙氣余熱來加熱熱水，根據(jù)鍋爐企業(yè)給定的參數(shù)，結(jié)合書本知識設(shè)計(jì)出一款合格的余熱回收裝置。本次設(shè)計(jì)主要是利用熱管進(jìn)行回收余熱的。設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)分析了熱管的排數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)以及熱管的換熱系數(shù)，流動阻力等參數(shù)。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)使我們的理論知識結(jié)合到實(shí)踐中去了，培養(yǎng)了我們獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力。本次設(shè)計(jì)促使我們掌握了換熱設(shè)備基本結(jié)構(gòu)和換熱原理。促使我具備了分析數(shù)據(jù)的能力，并且使我們熟悉CAD等畫圖軟件。
1.余熱回收的利用
我國政府計(jì)劃到2020年將碳排放量減少40%-50% ，目前面臨著巨大的壓力。政府在推行各種節(jié)能減排的政策，其中余熱回收作為提高能源利用效率的主要途徑，目前國家出臺多項(xiàng)政策鼓勵企業(yè)回收余熱。政策一出，必然有許多企業(yè)響應(yīng)。
1.1 燒結(jié)余熱回收
通過對冷卻車罩子、落礦斗、冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行部分改造，使廢氣溫度可提升到360℃到420℃之間，余熱鍋爐將產(chǎn)生1.25-2.45Mpa、330℃的過熱蒸汽，可以確保冷卻機(jī)余熱的充分利用。燒結(jié)余熱發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)在于其不僅能夠回收余熱，同時也解決了余熱蒸汽的利用問題。另外鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽為工廠帶了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，根據(jù)冷卻機(jī)的不同使用情況，余熱回收系統(tǒng)可分為但壓、雙壓、符合閃蒸等系統(tǒng)[4]。
在鋼鐵企業(yè)中，燒結(jié)工序耗能占總耗能的10%左右，僅次于煉鐵。所以燒結(jié)余熱回收具有很重要的意義。降低燒結(jié)工序能耗，節(jié)約資源，降低單位產(chǎn)值能耗，增加企業(yè)效益。減少火電廠排放的CO2、SO2、NOX、粉塵等大氣污染物，有助于改善當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)。
1.2硫酸工業(yè)煙氣余熱回收
硫酸在生產(chǎn)過程中，位于焚硫爐出口的中壓余熱鍋所產(chǎn)生的9.6 t/h中壓蒸汽70%用于汽輪機(jī)拖動主鼓風(fēng)機(jī)，其余蒸汽經(jīng)減溫減壓用于硫磺儲罐，伴熱保溫以及送往低壓蒸汽蒸汽管網(wǎng)，位于轉(zhuǎn)化四段出口的抵押鍋爐產(chǎn)出的4t/h低壓蒸汽全部送到低壓蒸汽管網(wǎng)，以供化工廠生產(chǎn)和冬季采暖。全部利用余熱生產(chǎn)蒸汽就能滿足全場化工生產(chǎn)用氣并且無需啟動燃煤鍋爐。
1.3鍋爐煙氣余熱回收
鍋爐的主要余熱量是鍋爐的尾部煙氣，一般鍋爐都會在煙道的最后安裝省煤器和空氣預(yù)熱器，這兩種受熱面的煙氣溫度最低，所以稱他們?yōu)槲膊渴軣崦?。用于進(jìn)一步降低煙氣溫度，提高鍋爐效率
按水在省煤器中被加熱的程度，省煤器可分為非沸騰式和沸騰式兩類，省煤器出口水溫低于飽和溫度的叫做非沸騰式省煤器；在省煤器出口處水已經(jīng)被加熱到飽和溫度并產(chǎn)生部分蒸汽的叫做沸騰式省煤器。在中壓鍋爐中水的汽化吸熱量占的比例較大，為了提高鍋爐內(nèi)熱強(qiáng)度，需要提高給水溫度，所以采用沸騰式。隨著鍋爐壓力的提高，蒸發(fā)吸熱量比例減小，考慮到在汽包內(nèi)蒸汽的品質(zhì)，因此在高壓，超高壓和亞臨界壓力的鍋爐都采用非沸騰式省煤器，且具有一定的欠熱。應(yīng)用省煤器的目的有兩個，一 減少蒸發(fā)受熱面，以價格低廉的省煤器受熱面替代價格高昂的爐膛受熱面；二 給水進(jìn)過省煤器加熱后，溫度接近或達(dá)到汽包內(nèi)水的溫度，改善汽包的工作環(huán)境，延長汽包壽命。
電站鍋爐廣泛采用的空氣預(yù)熱器有管式和回轉(zhuǎn)式兩種，在中小型鍋爐中普遍采用管式空氣預(yù)熱器?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器與管式空氣預(yù)熱器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：1 結(jié)構(gòu)緊湊；2 節(jié)省鋼材；3 耐腐蝕性能好；4 受熱面受到磨損、腐蝕時，不曾加空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)量，且為組裝受熱面，更換方便。空氣預(yù)熱器不僅能降低排煙溫度，提高鍋爐效率，且經(jīng)過預(yù)熱的空氣進(jìn)行燃燒能改善燃料的著火和燃燒條件，減少燃料的不完全燃燒熱損失，進(jìn)一步提高效率。這對于著火難的燃料尤為重要?？諝忸A(yù)熱器已經(jīng)成為現(xiàn)代鍋爐的重要受熱面。
2.換熱器
2.1 換熱器分類
近代尖端科技的發(fā)展（如高溫高壓、低溫、超低溫等），促使了高強(qiáng)度、高效率的緊湊型換熱器層出不窮。雖然如此，所有的換熱器仍按照他們的一些共同特征來加以區(qū)分[1]。
按照用途來分：預(yù)熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等
按照制造換熱器的材料來分：金屬的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。
按照冷熱流體的流動方向來分：順流式（并流式）：兩種流體平行的想著同一方向流動；逆流式：冷熱流體平行流動，但是他們的流動方向相反；混流式：冷熱流體既有順流部分，又有逆流部分。
按照傳送熱量的方式來分：間壁式、混合式、蓄熱式等三大類，這是換熱器的一種最主要的分類方式。
間壁式：冷熱流體之間有一固體壁面，冷熱流體分布在壁面的兩側(cè)，兩種流體不接觸，熱量通過壁面?zhèn)鬟f。
蓄熱式：這種換熱器也有固體壁面，當(dāng)熱流體流過時，把熱量儲存于壁內(nèi)，壁的溫度升高；當(dāng)冷流體流過時，壁面放出熱量，壁的溫度逐漸降低，如此往復(fù)進(jìn)行，已達(dá)到熱交換的目的。
混合式：這種熱交換內(nèi)依靠熱流體與冷流體的直接接觸進(jìn)行傳熱。
2.2 實(shí)際的換熱器
管殼式換熱器是目前應(yīng)用最廣的類型，管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)簡單，操作可靠，可以用各種結(jié)構(gòu)材料制造，能在高溫、高壓下使用，所以應(yīng)用的比較廣。
混合式熱交換器如圖1是依靠冷熱流體直接接觸進(jìn)行換熱的，這種方式避免了傳熱間壁以及其兩側(cè)污垢所形成的熱阻，只要流體間的接觸良好，就有較大的傳熱速率。
圖1 管殼式換熱器
混合式熱交換器的有點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、消耗材料少、接觸面大，并因直接接觸而是熱量利用的比較完全，因此它的應(yīng)用日漸廣泛。
目前用的比較多的混合式換熱器如圖2有：1 水冷塔 在這種設(shè)備中，利用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法，用空氣將熱水進(jìn)行冷卻降溫；2 氣體洗滌塔 工業(yè)上用這種設(shè)備來洗滌氣體有各種目的，例如氣體的除塵，增濕、干燥等。；3 噴射式換熱器 在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進(jìn)行傳熱，并一同進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管的出口達(dá)到同一壓力和溫度后送給用戶。
圖2 混合式換熱器
在蓄熱式換熱器中，冷熱流體交替地流過同一固體傳熱面如圖3及其所形成的通道，依靠成傳熱面的物體的熱容作用，實(shí)現(xiàn)冷熱流體之間的熱交換。與間壁式相比，雖然都需要固體傳熱面，但是在間壁式中，熱量是在同一時刻通過固體壁面由一側(cè)的熱流體傳遞給另一側(cè)的冷流體。與混合式相比差別更大，混合式換熱器是通過冷熱流體直接接觸進(jìn)行換熱的和蓄熱式完全不同。
蓄熱式熱交換器常用于流量大的氣-氣熱交換場合，如動力、硅酸鹽、石油化工等工業(yè)中的余熱利用和廢熱回收等方面。
圖3 蓄熱式換熱器
3.熱管式換熱器
本次設(shè)計(jì)的換熱器主要利用的就是熱管式換熱器。熱管式換熱器作為一種新型的高效熱交換器，其應(yīng)用已從20世紀(jì)60年代末用于宇航的熱控制，擴(kuò)展到近期的余熱回收、電子工業(yè)、新能源、化學(xué)工程、石油化工及核電工程等領(lǐng)域。
3.1 熱管的結(jié)構(gòu)
普通的熱管從軸向看一般分為三段，蒸發(fā)段、冷凝段和絕熱段，如圖3-1所示。有時也把熱管的蒸發(fā)段叫做蒸發(fā)器，冷凝段叫做凝結(jié)器，絕熱段稱為傳送段。絕熱段作為流體的通道，把熱源和冷源分隔開。熱管的絕熱段長度可以很長也可以很短；其材料也可以自由選擇[1]。這樣使熱管能適應(yīng)布置任意需要的幾何形狀。但是，工業(yè)上節(jié)能熱管和余熱利用的熱管的絕熱段是比較短的，只是管殼的一小段。就是這很短的一段絕熱段仍然能把加熱段與冷凝段分隔開，而且在此處還得把通過加熱段的熱流體和冷凝段的冷流體分隔開來。所以，熱管的密封環(huán)都放在絕熱段里。
熱管內(nèi)部從徑向看也可以分為三個部分，管殼、吸液芯和工作液（氣）。對一般的熱管來說，熱流體從熱源到熱管總要先經(jīng)過管殼。如果把熱管傳送能量的過程假設(shè)為一條流水線的話，那么這條熱流線的途徑一定是先經(jīng)過管殼、吸液芯、蒸汽空間，然后再有蒸汽空間經(jīng)過吸液芯和管殼離開熱管。
圖4 熱管的工作原理圖
3.2 熱管的原理
熱管之所以能夠進(jìn)行高效的傳遞熱能，成為一個高效的換熱元件，原理在于熱管利用的是傳熱學(xué)中相變潛熱的吸收和釋放兩個最強(qiáng)烈的過程。熱管工作時利用相變吸收、放出潛熱和毛細(xì)泵或者重力作用下工作流體的循環(huán)，進(jìn)行輸送熱能，這就是熱管工作基本原理的核心如圖3。
熱管在運(yùn)行過程中，加熱段流體包含了大量的熱能，這些熱能在傳遞給工作液時是通過工作液的相變進(jìn)行的。工作液由液態(tài)逐漸吸熱，當(dāng)吸入一定量的熱能時就變成氣態(tài)。工作液在相變的過程中吸收大量的熱量。隨后，工作液把熱量帶到冷凝段工作液遇冷液化放出大量的潛熱。工作液由毛細(xì)泵吸收的蒸發(fā)段（重力熱管沒有吸液芯，是通過重力作用循環(huán)工作液的本次設(shè)計(jì)使用的是重力熱管）。
3.3 熱管的應(yīng)用和前景
在電子方面的應(yīng)用：晶體管散熱 今年來，大功率電子器件的冷卻都采用了熱管，而且受到比較好的效果。體積很小但是可以傳遞大量的熱量，現(xiàn)在的電子器件做的越來越小但是功率也是有增無減的。大功率小體積的電子器件安裝風(fēng)扇已經(jīng)不能滿足要求，所以熱管就在電子行業(yè)廣泛使用。
生產(chǎn)方面的應(yīng)用：熱管空氣預(yù)熱器 在生產(chǎn)中使用熱管空氣預(yù)熱器已經(jīng)收到了較好的預(yù)熱效果，熱管式空氣預(yù)熱器由管束，外殼和隔板組成。隔板用于將蒸發(fā)段和冷凝段隔開，是冷熱流體分別流過冷凝段和蒸發(fā)段。熱管的外壁加有翅片，以加強(qiáng)氣側(cè)的換熱效果。
科技方面的應(yīng)用：超音速熱管機(jī)翼 利用熱管可將超英速航天飛行器機(jī)翼的前沿進(jìn)行局部降溫。機(jī)翼的前沿相當(dāng)于熱管的蒸發(fā)段，前沿后側(cè)相當(dāng)于熱管的冷凝段。高速飛行時，由于空氣的快速摩擦導(dǎo)致機(jī)翼的前沿局部溫度很高，在該位置安放熱管的蒸發(fā)段將熱量轉(zhuǎn)移到冷凝段也就是機(jī)翼的后沿，這樣就起到了均溫的作用。
4.總結(jié)
進(jìn)過調(diào)查和參考文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，熱管是當(dāng)今社會主流熱傳遞工具，高效、節(jié)能環(huán)保、使用壽命比較長由于工作液不與外界接觸不容易損壞。鍋爐煙氣余熱存在浪費(fèi)現(xiàn)象，響應(yīng)國家政策，余熱回收勢在必行。
參考文獻(xiàn)：
[1] 史美中,王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì).南京.東南大學(xué)出版社，2009.
[2] 容鑾恩，袁鎮(zhèn)福，劉志敏，田子平.電站鍋爐.北京.中國電力出版社，1997.
[3] 方彬，白文彬. 鍋爐與窯爐節(jié)能用熱管換熱器.哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1985.
[4] 周耘、王康、陳思明.工業(yè)余熱利用現(xiàn)狀及技術(shù)展望.無錫.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010.
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