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1、1,第三讲 烟气余热回收系统,一、余热回收设备的分类 二、热管在使用过程中的常见问题 三、如何使用好热管,2,前言,随着目前工业形势的发展，能源日趋紧缺。石油化工企业、火电发电厂所需要的燃油、燃气、煤炭用量之大，耗费之多，是众所周知的。烟气排放到大气中，一是污染环境，二是加速气候变暖，三是烟气中大部分热能没有利用，而是白白的浪费，如何利用烟气余热回收进行节能，即将排放的大量烟气热能回收利用，提高锅炉及加热炉的热效率，降低排烟温度，从而实现节约燃料，扩大效益。 在锅炉及加热炉出口烟道内加装烟气余热回收节能换热器，把高温烟气引入余热回收换热器内进行换热后，使烟气温度降到一个理想的程度，排烟温度可下
2、降100-300，锅炉及加热炉热效率可提高2-30%。利用换热器回收烟气余热，质量可靠，投资少，回收快。余热回收系统中的关键设备是换热器。,3,1.管壳式换热器,总的优点是结构简单、造价低廉、选材范围广、清洗方便、适应性强。虽然在结构的紧凑性、传热效率和单位传热面金属耗量等方面不及某些板型换热器和新型高效换热器，但由于上述优点，加之处理能力(容量)大、适应高温、高压能力强；因而始终是应用最广的一种换热器。在换热器向高温、高压和大容量发展的今天；历史悠久的管壳式换热器又增添了新的生命力。由于用途广、结构型式较多，大体上有固定管板式、浮头式和U型管式三类；常作为蒸发设备应用的插套管式也可归入此类型
3、。管壳式结构的共同特点是有一个圆形（或方型）外壳，内装平行管束，管内通道部分统称管程，管外与壳体内表面之间的通道部分统称为壳程或管间。冷、热流体分别流过管程和壳程，通过传热壁面而实现换热。,4,21.翅片管换热器,强化管外传热的列管式换热器翅片管是一种管外壁带肋的壁面，在动力、化工等工业中有广泛的应用，许多螺旋型换热面或螺纹管也都可看作是翅片管。它对扩展换热面积和促进湍流有显著作用，无论对单相对流换热和相变对流换热都具有很大价值。翅片管换热器的结构与一般管壳式换热器基本相同，只是用翅片管代替了光管作为传热面，由于传热加强结构紧凑，故可作成紧凑式换热器；翅片管换热器也经常用于加热管外气体，而在管
4、内通以蒸汽或水，例如空冷器、锅炉省煤器、暖气片等。翅片管的主要缺点是：造价高和流阻大。例如空冷器的翅片管由于工艺复杂，其造价达设备费用的3060； 阻力大，导致动力消耗大，但如造型得当，可使动力消耗减少，与传热加强的得益相比合算就行。,5,翅片管的优点,翅片管的优点主要是：(1)传热能力强。与光管相比，传热面积可增大2-10倍，传热系数可提高12倍；(2)结构紧凑。由于单位体积传热面加大，传热能力增强，同样热负荷下与光管比，翅片管换热器管子少。壳体直径或高度可减小，因而结构紧凑且便于布置。(3)可以更有效和合理地利用材料。不仅因为结构紧凑使材料用量减少；而且有可能针对传热和工艺要求来灵活选用材
5、料，例如不同材料制成的镶嵌或焊接翅片管等。(4)当介质被加热时，与光管相比，同样热负荷下的翅片管管壁温度有所降低，这对减轻金属面的高温腐蚀和超温破坏是有利的 不管介质是被加热或冷却；传热温差|tt一tww|都比光管小，这对减轻管外表面结垢是有利的。结垢减轻的另重要原由是由翅片管不会象光管那样沿圆周或轴向结成均匀的整垢层，沿翅片和管子表面结成的垢在胀缩作用下，会在翅根处断裂，促使硬垢自行脱落；(5)对于相变换热，可使换热系数或临界热流密度及“恶化含汽量”增高。,6,2-2.扰流子换热器,强化管内传热的列管式换热器,7,3.板式换热器,板式换热器是一种高效、紧凑的新型换热器，目前在食品、电力，化工
6、、制氧等部门已被广泛采用。板式换热器的优点是：在低流速下可获得高h(换热系数)值，波纹板间流道窄(28mm)，单位空间传热面积大，流向多变，很易激起湍流，形成均布的网均流。据试验Re=150-500即向湍流过渡，因此传热加强，据报导，h值较同样压力损失下的列管式高6-7倍，K值高达20005000Wm2：波纹板传热面积大、设备紧凑、材耗少且材料适应性广；拆装方便有利于清洗、检修或增减传热面；热损失小，不需要保温。板式换热器的缺点是：周边很长、密封困难、容易泄漏；金属板薄、刚性差，故不能适应高压或高压差的工况；密封垫片的耐温、耐压和耐腐能力目前尚未满意解决；由于角孔和流道狭窄的限制，使介质流量不
7、能太大，对气体介质限制更大，故多用于液-液型换热器；板片造型复杂，成本较高：流道狭窄，不宜处理特别容易结垢和堵塞的介质。,8,4.螺旋板式换热器,螺旋板换热器也是一种高效换热器。它主要由传热板、定距柱，连接管、头盖及衬垫等部件组成。两块厚约6mm的金属板卷成一对同心圆的螺旋形流道，流道始于中心，终于边缘，中心处用隔板将两边流体隔开，甲、乙两流体在金属板两边的流道内逆流流动而实现了热交换。 螺旋板换热器的性能类似板式换热器；但也有独特之处，其主要优点为：1)传热强度高 前已提及螺旋流动的离心力能增强湍流，据试验，当Re14001800(甚至500)时就能形成湍流，且因流阻较管壳式小使流速可以提高
8、，结果使传热系数K可提高0.5倍至2倍，此外，完全的逆流传热(I型)还可得较大的平均温差，这都有助于提高传热效率。(2)结构紧凑，不用管材 由于板型传热面面积大，单位体积传热面可达44100m2m3，约为管壳式换热器的2-3倍，加之传热系数和平均温差都大，这就必然导致螺旋板换热器结构的紧凑和轻巧。(3)不易堵塞 由于单流道、高流速，污垢不易沉积。一旦有所沉积使流通截面减小随即导致流速增高，从而加强了对污塞的冲刷作用，这种“自洁”作用，管壳式换热器是没有的。管壳式如有一根管子污塞，该管的流速非但不增加反而要减小，使污塞更形严重。据统计螺旋式的污塞速度只及管壳式的十分之一。（4）能有效利用低温热源
9、，精密控制温度 由于双螺旋流道能较完全地形成逆流传热且流道较长，有助于降低换热器设计所允许的(两种介质)最小温差值，有利于连续均匀地换热或升降温度，这就为利用地下热能等低温热源或精密控制介质温度提供了有利条件。换热器设计中的最小温差值至今未找到完善的确定方法，但从经验数据看，板式和螺旋板式换热器是最低的。 据报导国外的某些螺旋板换热器，传热系数可达290-3840Wm2。(5)流阻较小 试验表明，大多数试验结果与同样条件的管壳式换热器相比，螺旋板式换热器的流阻较小。,9,螺旋板式换热器的缺点,缺点表现在：(1)承压能力受限 螺旋板换热器一般是按每一流道的额定压力设计的，每一圈都必须承受设计压力
10、，板厚与压力和直径的乘积成正比，而螺旋板的外圈直径又很大，故设计压力不能过大，否则板太厚，无法卷制同时结构笨重。当板厚在2mm以内时，使用压力不超过5-10bar，特殊结构可达24.5bar。工作温度一段259,特殊条件可达350-400。(2)容量受限 由于单流道流通能力较小；故介质的体积流量受到限制，容量不能过大，否则流速太高，流阻很大，使输送动力消耗加大；(3)制造较复杂、检修很困难 传热部分和密封部分制造比较复杂，但主要的缺点还在于检修困难。它虽不似管壳式换热器那样容易泄漏；但一旦泄漏，其内部是很难检修的。,10,5.板翅式换热器,板翅式换热器的基本结构是由翅片、隔板和封条三种元件组成
11、的单元体叠积结构。波形翅片置于两块平隔板之间，并由侧封条封固，许多单元体进行不同组叠并用钎焊焊牢就可得到常用的逆流、错流或逆错流布置的组装件，称为板束或芯体。一般情况，在工作压力较高和单元尺寸较大时，从强度、绝热和制造工艺出发，板束上、下各设置一层假翅层。假翅层或称强度工艺层，无流体通过，由较厚的翅片和隔板制成板束上配置导流片、封头和流体出入口接管即构成一个完整的板翅式换热器。 优点：(1)传热能力强 由于翅片表面孔洞、缝隙、弯折等能促使流体湍动，破坏热阻很大的层流底层，使传热强度加大。 (2)结构紧凑 单位体积传热面积一般达1500-2500 m2m3,相当管壳式换热器的十几倍。(3)轻巧牢
12、固 因为结构紧凑，加之都采用薄的铝合金、不锈钢、铜、镍、钛或它们的合金薄片制造，重量很轻，又有波形翅片的支撑作用，故强度很高。例如0.7mm厚的隔板和0.2mm厚的翅片配合可承压39bar，据统计同条件下板翅换热器的重量只及管壳式的10-65%。(4)工作适应性广 可适用于各种换热介质的换热器、冷凝器或蒸发器，由于两侧都有翅片，对于两侧换热系数都低的气气换热器有明显的改善。 缺点： (1) 结构复杂，造价高 有色金属的钎焊技术复杂，成本高，且目前尚有不完备之处需进一步研究。(2) 流道小、易阻塞 阻塞后压降加大、工作能力下降。由于不能拆卸，清洗和检修均很困难，故要求介质十分清洁。(3)多用薄板
13、铝材等制造，一旦腐蚀造成内漏很难发现和检修，故要求介质对所采用金属无腐蚀性。,11,6.板壳式换热器,板壳式换热器是一种介于板式和管壳式换热器之间的中间产品，主要由板束和壳体两部分构成。板柬相当于管壳式的管束，它由若干弦长不等的基本元件组成，板束元件则由两块成型的金属板条成双组对并缝焊而成，其扁平状板管流道构成了板壳式换热器的板程，相当于管壳式换热锗的管程，而每板束元件则相当一根管子；在板束两端各元件之间嵌进金属条并与板束焊接成一体形成管板，并维持两端板束的间距，同时依靠板束元件上的凸窝来维持板束中间的板间距，板束与壳体之间的流通空间则构成了板壳式换热器的壳程(或管间)板束元件一般用冷轧钢带滚
14、压成型再缝焊而成，减少边缘和中间缝焊缝的数目和宽度对增强传热、简化制造工艺和降低成本都很有利，针对此要求设计的元件形状是多种多样的。 优点： (1)传热能力强。流体流过扁平的板管流道和板束外空间时，水力直径很小，设计得当可使两种介质都达高速。一般其传热系数(K)为管壳式换热器的2倍，据报导 (2)阻力较小。据报导，板壳式换热器的流阻较小，一般压降不超过0.5bar。(3)结构紧凑、造价低。由于传热系数较高，加之传热面积在相同流道截面条件下约为管壳式的3.5倍以上，故同样换热条件下，其体积仅为管壳式的30左右，由于制造板束的冷轧板带比管子价格低，加之结构紧凑，故可降低成本。（4）结构强凑，耐压力
15、高。由于板束元件互相支撑，刚性强，故能承受较高的压力或真空，据报导有些板壳式换热器的工作压力已达59bar以上，工作温度最高已达800。(5)不易污塞，便于清洗。 缺点：板束制造较复杂，对焊接工艺要求较高，承压能力与管壳式相比还不算高等。,12,7.蓄热式换热器,这种换热器也有固体传热面，不过是由固体填充物构成的蓄热体作为传热面的。它与一般间壁式换热器的区别在于换热流体不是在各自的通道内吸、放热量，而是交替地通过同一通道利用蓄热体来吸、放热量。换热分两个阶段进行：先是热介质流过蓄热体放出热量加热蓄热体并被储蓄起来，接着是冷介质流过蓄热体吸取热量并使蓄热体又被冷却。重复上述过程就能使换热连续进行
16、。由于工艺介质的流动是连续的，为使流动和换热都不间断，必须有两套并列设备或同一设备中具有两套并列蓄热体通道同时工作才行。当冷介质在一套通道中吸热时，热介质则在另一套通道中放热，冷热介质定期倒换通道，它们便可在连续流动的过程至中不间断地实现热交换。,13,8.回转式空气预热器,回转式空气预热器的突出优点是蓄热体由多孔型或板型传热面构成、单位体积传热面大、重量轻，与管式空气预热器相比可节省钢材1/3左右；结构紧凑还可使设备布置合理、厂地节省；蓄热板常处于高温，可减轻传热面的低温腐蚀，即使发生腐蚀也不会象管式空气预热器那样造成严重泄漏影响经济性和安全性；转子高度小，易于吹灰且蓄热板周期性地通过清洁空气，有自清扫作用。它的主要缺点是结构较复杂；制造上机加工工作量大；由于夹带，内部泄漏等原因使冷、热流体有一定程度的混合；以及漏风量很大，一般可达1220。如设计、制造或安装上有缺陷，漏风量还会更大。因此，密封问题就成为该种换热器的主要研究课题。针对以上特点，对大中型锅炉采用回转式空气预热器较为合适，因为此时节约钢材和场地、缩小体积和整个锅炉本体受热面的合理布置是主要矛盾。,
