热管及其换热器在钢铁工业余热回收中的应用

　　1前言钢铁工业是耗能大户，其烧结、高炉及炼钢工序均有相当数量的余热未能回收利用。回收这些余热是合理利用能源和节约能源的重要途径。热管是一种具有很高传热性能的元件，它可将大量热量通过其很小的截面积远距离传输而无需外加动力，其工作温区从-273！―直到1000！，基本覆盖了工业炉余热资源的整个温度范围，尤其是对于300！以下数量极大的低温余热资源，热管技术更能体现其优越性。因此，在钢铁企业中推广使用热管换热器是节能的有效途径之一。

　　2热管及其换热器的发展2.1热管的工作原理及基本特性热管是一个封闭系统，由管壳、吸液芯和工质组成。管壳通常由金属制成，两端焊有端盖，管壳内壁装有一层由多孔性物质构成的管芯（若为重力式热管则无管芯*，管内抽真空后注入某种工质，然后密封。热管利用工质相变的物理过程，以潜热的形式传递热量。当热管的蒸发段被加热时，管内的工质吸收潜热被蒸发，变成蒸汽，压力增大后沿中间通道流向另一端，蒸汽在冷凝段接触到冷的吸热芯表面，冷凝成液体并放出潜热；工质在蒸发段蒸发时，其气液交界面下凹，形成许多弯月形液面，产生毛细压力，液态工质在管芯毛细压力和重力等的回流动力作用下又返回蒸发段，继续吸热蒸发，如此循环往复，工质的蒸发和冷凝便把热量不断地从热端传递到冷端。

　　由于热管传递的是相变潜热，因此它具有很大的传热能力和很高的传热效率。热管内热阻极小，当量导热系数极高，有热超导体之称。热管还具有良好的近等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。由于热管是高效的导热元件且外h表单纯，因此热管装置形体轻小，其结构形式及型体尺寸可灵活多变。此外，热管是封闭的管子，工作时不需添加工作液，也没有活动零件，不会遭遇磨损，因此热管基本不需维护并且耐久可靠，同时不产生音。

　　目前工程上使用的热管通常指重力热管，就是把普通的管子（如各种金属管）抽成真空，注入工作液体，然后封注口，并能够把热量从其一端输送到另一端，管中的工作液体因吸收外界热量而汽化为蒸汽，在微小的压差下流向热管的另一端，并向外界放出热量且凝结为液体。该液体借助于自身重力回流到加热段，并再次受热汽化，如此反复循环。由于是相变传热，热管的内部热阻很小，能以较小的温差获得较大的传输功率，因而热管是一种具有极高传热性能的传热元件。

　　2.2热管换热器的类型和结构热管换热器属于热流体和冷流体互不接触的表面式换热器。热管换热器的大特点是：结构简单，换热效率高，在传递相同热量的条件下，热管换热器的金属耗量少于其他类型的换热器；换热流体通过换热器的压力损失比其他换热器小，因而动力消耗小。由于冷、热流体是通过换热器不同部位换热的，而热管元件相互又上独立的，因此即使有某根热管失效、穿孔也不会对冷热流体间的隔离和换热有多少影响。热管换热器的这些特点正越来越受到人们的重视。

　　按照热、冷流体的状态，热管换热器可分为气-气式、气-液式、液-液式、液-气式。从热管换热器结构型式来看，其可分为整体式、分离式、回转式和组合式。

　　3热管换热器在钢铁企业中的应用3.1热管换热器在轧钢加热炉上的应用热管在轧钢加热炉余热利用方面有两种形式：空气换热器和余热锅炉。

　　用热管换热器预热助燃空气，不仅可以节约燃料，还能改善燃烧效果。上海第八钢铁厂在四车间轧钢加热炉上采用了热管气-气型换热器流程。该换热器由用了150根热管组成，热管直径25，长Pa，空气侧阻力294~392Pa，热管热效率达到80，助燃空气从20"预热到80~90"，废气从280"下降到190"，回收废气余热419MJ/h.余热锅炉（热管蒸发器）190-年秋，上海第八钢铁厂在其三车间轧钢加热炉上安装了一台热管气-液型换热器作余热锅炉用。投产后，轧钢加热炉废气温度明显下降，平均由350"下降至300"以下，回收热量477MJ/h，年回收热量折合标煤1 1598，经济效益显著。

　　余热锅炉与常规余热锅炉相比，前者更具有明显的优越性，其体积紧凑，传热效率高、结构简单、维修方便，更重要的是单根热管破坏不影响设备运行，提高了设备长期运行的可靠性。不论是采用高温空气预热器方式还是采用高温热管蒸气发生器方式，烟气温度可将至200"以下，这对大型加热炉的热回收率的提高有很大意义。

　　国内外许多轧I钢加热炉采用了余热锅炉和空气预热器相结合的流程来回收烟气的高温余热。即首先将高温烟气通过余热锅炉降至500900"温度范围。产生1990MPa的蒸汽J降晶后的烟气通过空气预热器将空气预热至250"，烟气温度降至300"，以下进入热管省煤器，将105"的脱氧水加热至250"左石，烟气温度降至200"以下，经引风机送至烟囱排放。这种流程的优越性在于，余热锅炉可以以较少的设备投资回收烟气高温部分的余热，所产生的蒸汽如果可以外销则在极短的时间内收回投资，空气通过预热器可以加热至300"以上，一次能耗可以节约14：98，这是合算的流程，如果采用蒸汽透平发电，再将背压蒸汽外销，也是一种经济效益很好的方案。热管空气预热器和热管省煤器可以在较低的条件下充分发挥其传热效率高和体积紧凑的特点。

　　3.2热管换热器在烧结机上的应用烧结工序是高炉炉料入炉以前的准备工序，据统计，烧结工序的能耗约占冶金总能耗的12.而其排放的余热约占总消耗热能的49，回收和利用这些余热，显然极为重要。烧结过程有两部分余热可回收利用。其一为烧结后部几个风箱内的烟气余热，其温度高达300~350"，并含有较多的氧气。其二是热成品矿具有的显热。烧结矿终了时，烧结矿温度约750~800"，具有显热750MJ/8，占烧结总能耗的30~40左石。热管换热器目前主要利用热管气-液型换热器作余热锅炉回收烧结或冷却热废风，所产蒸汽用于预热烧结混合料或生活取暖等。

　　马钢、宝钢二期工程采用余热锅炉回收烧结环冷机300~400"废风显热技术，即在环冷机的排气罩内安装热管管束，将废风的显热传递到余热锅炉，产生蒸汽。宝钢2号烧结机低压余热蒸汽的回收量为528kg/t，年回收蒸汽热量为2418万8，折合能源2.58万8标煤。

　　3.3热管换热器在高炉热风炉上的应用高炉热风炉的烟气温度一般限制在300950"，高不得超过400"热管气-液型换热器作余热锅炉用，烟气量大，具有较多的余热。使用热管换热器回收这部分余热，预热热风炉所用的煤气及助燃空气，塍高风温、增加高炉喷和随燃料比的有塍施。

　　目前，热管在我国高炉热风炉上广泛应用，主要有分离想管器魏1982年初，我国首台整体式热管换热器（钢-水热管）在马钢炼铁厂7高炉投入了运行，使用结果表明，废气温度由290370尤降至150尤，助燃空气温度由常温到200尤，装置回量3.39GJ/h；由于出炉热风温度的提高，使吨铁减少10kg焦炭，同时用于燃烧的煤气=15约40.这一效果的获得大大促进了热管换热器在热风炉上的推广应用。其后，又有H比同类的换热器在鞍钢炼铁厂3和9高炉热风炉、三明钢铁厂、本溪钢铁厂、上钢一厂、梅山冶金公司等都相继应用整体式热管换热器。

　　整体式热管换热器具有一系列优点，但是要求烟气换热和空气（煤气）预热两部分设备紧挨在一起，其使用受到了场地的限制。为了避免场滕件的制约，又开发了分离式热管换分离兼管换热器献在四川入运行，将助燃空气预热到了110195*，节能效果显著，其投资回收年限与整体式热管换热器相近。由于分贼热滓热器具有良好的换热性能活的布置方式，重钢、攀钢、韶钢、宝钢、武钢等厂家先后在它们高炉热风炉上配备分离式热管换热器，用来预热助燃空啼煤气。

　　4结论热管在钢铁U1J*的应用主W空气（煤气）换热器和余热锅炉两种形式，挪据余热资源的数量和温度分布水平进碰择。现在热管换热器在钢铁工此的应用主要集中在中低温余热资源的余热回收利用，进一步的工作要芫善高温热管，降低其成本，提高其性，以拓宽热膣高温余热资源中的应用，提高热管换热器与其它型式高效热交换器的竞争力。

　　庄骏，张红。热管技术及其工程应用。北京：化学工业出版社，赵沛，蒋汗华。钢铁节能技术分析。北京：冶金工业出版社，1999.工技术专业，热能动力工程师，华北电力大学动力工程硕士。主要研究方向为热力设备和大型回转机械的故障珍断和经济分析。

　　（上接第33页）4主要功能及特点4.1实现了对遥测、遥信信号的即时采集与上传，并且在膣屏同步进行了显示。

　　4.2有画面显示和语音同时报警功能，在出现遥测越位等故障时可提醒调度人员对报警对象进行及时处理。

　　4.3电话录音系统可对8部电话同步进行录音，可以任选一路进行放音，并可以多种方式进行记录查询。对电话记录按月进行分组保存，并具有保密功能，在硬盘存满后可将录音记录移至光盘等其它存储设褓行归档保存。

　　4.4锅炉汽机的数据采集采用分布式采集方式。各分站就潘集设备的各种模拟信号，在分站浦据进行统一处酿再通过数据娜微字化形式传送到主站，确保了远距离的模拟信号值在主站显示的性。

　　4.5各种信号在主站均是直接数字显示，准确直观。同时还可通过曲线对数据进行跟踪，方便了对设腠行rain生产进行过程的分析。4.6数据库和表功能芫善，可以方便地进行历史数据的查询和当日、当月报表的生成。

　　4.7局域网结对调度工作站和厂长站进行了连接，在厂长办公室即可实现场的生产状况进行全面了解，大大提高了厂级管理者的管酿率。

　　5小结通过调度综合自动化系统管理，可以实现值班调员对高炉供风、供电、供热更有效的控制，避免误指挥、误操作现象的发生，提高设备运行稳定性；该系统投用以来，电厂设备故B较往年有明显减少，故障发生时能够及时了解现况，大大减少了因信息反馈不及时引发的腧失误的减产、增耗等问题的出现，确保了电厂安全经济运行。考虑到现在冶金行此部分自备电厂设备相对落后的情况，此系统不失为一种很好的提高电厂生产管趣a率的有效方案。

　　汽机专此工程师，现从事汽机专此管理。