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热管式余热回收器
在铁合金电炉烟气净化系统中应用的说明
随着改革开放的深入进行，我国国民经济迅猛发展，发展与环保问题的成为我国经济发展的重中之重。冶金领域的铁合金是炼钢和机械铸造的主要原料，我国铁合金企业有300余家，铁合金电炉1000余台。工业电炉在冶炼过程中，会产生大量的烟尘，每台每小时排出尾气为6000～12000Nm3/h，含尘量8～12g/m3，如不治理将严重污染环境，铁合金电炉的环保治理是我国目前亟待解决的问题。
铁合金电炉烟气含尘粒度较小，其直径为40~300目，这一粒度的灰尘一般采用布袋除尘器收集灰尘。但是电炉尾气温度为400～600℃，这一温度超出了布袋除尘器的许用工作温度。如果不进行降温处理，布袋很快烧穿，无法运行。这样电炉烟气在进入除尘器前的降温显得十分必要。目前，我国的电炉烟气降温一般采用多管降温器，利用空气与烟气换热来降低烟气温度。这一降温器存在如下问题：一是烟气余热未能利用，造成大量的能源浪费。二是积灰严重无法正常运行。现阶段国外多采用水管式余热锅炉降低烟气温度，水管余热锅炉灰堵严重，且除灰困难。
天津华能集团能源设备有限公司根据现行的除尘工艺，通过研究排烟中灰尘的特性，分析现有降温器的积灰的原因，结合热管技术设计出不易积灰的热管式余热回收器代替传统除尘系统中的多管降温器，将烟气温度降低到180℃，充分回收烟气中的余热产生饱和蒸汽，用于企业生产和生活，同时给出较好除灰方案，在回收余热的同时，保证烟气排出温度满足布袋除尘器的许用工作温度。并且长周期稳定运行。2004年在吉林铁合金401号烟气净化系系统中应用，稳定运行，热效率高，经济效益非常明显，2005年7月又对501号炉烟气净化系统进行了试运行。
一、.热管技术及工作原理
（1）热管是一种新型高效的传热元件，按较精确的定义应称之为“封闭的两相传热系统”，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依赖装入内部的流体的相态变化（液态变为汽态和汽态变为液态）来传递热量的装置。近几年来，热管技术得到了迅速发展，由于其具有传热速快、热效率高、运行和维护费用低等优点，被广泛应用于余热回收的多种领域。
（2）热管的传热原理
将一根封闭的管壳抽成真空，内部充装一定比例的液体工作介质（工质），即构成了热管。热管放在热源部分的称之为蒸发段（热端），放在冷却部分的称之为冷凝段（冷端）。当蒸发段吸热把热量传递给工质后，工质吸热由液体变成汽体，发生相变，吸收汽化潜热。在管内压差作用下，汽体携带潜热由蒸发段流到冷凝段，把热量传递给管外的冷流体，放出凝结潜热，管内工质又由汽体凝为液体，在重力作用下，又回到蒸发段，继续吸热汽化。如此周而复始，将热量不断地由热流体传给冷流体。
（3）热管的特点
①金属、非金属材料本身的导热速率取决于材料的导热系数、温度梯度，正交于温度梯度的截面面积。以金属银为例，其值为415W/m.K左右，经测定，热管的导热系数是银的几百倍到上千倍，故热管有超导体之称。
②由于热管内的传热过程是相变过程，而且工质的纯度很高，因此热管内蒸汽温度基本上保持恒温，经测定：热管两端的温差不超过5℃，与其它传热元件相比，热管具有良好的等温性能。
③热管能适应的温度范围与热管的具体结构、采用的工作流体及热管的环境工作温度有关。目前，热管能适应的温度范围一般为-200℃～2000℃，这也是其它传热元件所难以达到的。
④经过热管进行交换的两种换热介质，中间由一块管板隔开，换热介质各走各的通道。运行中即使有个别热管损坏，也不会造成两种换热介质相混，不必停车堵漏。因此，热管设备具有使用周期长、安全可靠的优点。
⑤由于每一支热管都是一个独立的换热元件，因此不论其多大、多长，每一支热管均可任意拆换、更换性能强。
二、热管式余热回收器的结构和原理
热管式余热回收器主要由热管水加热器和热管蒸发器两部分组成。热管放射形焊在内筒体上，换热的水、蒸汽与烟气均走管外。热管采用纵向翅片管、叉排。通过热管使烟气与水完成热量传递，产生饱和蒸汽。该结构形式不易积灰。
三、热管式余热回收器的除尘方法
由于工业电炉的烟气中含有大量的粉尘，例如生产1吨工业硅就会产生300kg粉尘，因此设备运行一段时间，就会出现积灰现象，影响整个系统的正常运行，针对设备的具体特点，我们采用了落丸除灰的方法，设有钢珠除灰系统，用提升机将钢珠（直径6mm）运置设备顶部落下，在管间弹跳碰撞将灰尘除下，从设备底部清灰口清出。此方法简单实用，效果明显。还可以用压缩空气进行清灰，在外筒体顶部有几个压缩空气进口,垂直向下吹就可以清灰。
四、使用热管式余热回收器的经济效益
以吉林铁合金401号炉的烟气除尘项目为例，安装一台热管式余热回收器需200万元，产饱和蒸汽11t/h，蒸汽价格以外购每吨60元计（实际生产成本可达120元），设备年运行10个月，则：
11吨×60元×24小时×30天×10个月==4752000元
由此可以看出，热管式余热回收器的直接经济效益非常巨大。
天津华能集团能源设备有限公司是一个靠科技发展起来的天津市高新技术企业，现有员工480人，其中大专以上学历的91人，有高级工程师12人，工程师22人。1990年由中科院引进高新技术——“热管”，并以此为龙头，不断推陈出新，开发、研制出数十项新型节能设备。其中一项成果获得国家级新产品称号，四项成果获天津市科技进步一、二、三等奖，取得了三项国家专利。2000年天津市科委命名为“天津市高新技术企业”，2001年通过“ISO9001国际质量体系认证”。
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