火管锅炉中的节能利器.doc

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火管锅炉中的节能利器 ——聚能换热巢节能器和热辐射强化剂 1技术背景 翻开锅炉的发展历史,火管锅炉早在19世纪30年代就已经出现,比水管锅炉有着更悠久的发展历程。所谓火管锅炉是指,火管装在锅壳中构成锅炉的主要受热面,火(烟气)在管内流过,烟气和水通过火管壁间接换热(图1)。由于火管锅炉具有金属耗量较低、锅炉本身较轻和布置紧凑等特点,在现代工业生产过程中,还有较为广泛的应用。 图1 火管锅炉的发展简图 众所周知,传热的方式包括导热、对流和辐射三种,强化换热就是通过对其中一方面或者几方面进行改进强化而达到。在火管锅炉中,烟气和水通过与火管壁的间接换热进行热交换,由于烟气侧的换热系数远小于水侧的换热系数,所以如何强化烟气侧的换热就成了提高火管锅炉换热效率的关键点。 本案介绍的两个产品,是从强化烟气侧的辐射传热和对流换热两方面出发,对传统的火管锅炉进行技术改造,提高火管锅炉传热效率,从而达到节能降耗的目的。 2高效聚能换热巢 2.1产品原理 聚能换热巢从本质上讲就是由耐热金属丝编织而成的弹性多孔体(图2),其创新地将常用的弹性金属丝螺旋立体叠加起来,用于强化火管中气流侧的传热性能。聚能换热巢的主要特性有以下几个方面: 1)换热巢比表面积极大(300~2000m2/m3),能有效增大火管中气体侧的传热面积;同时,空隙率较高(0.9),对烟气阻力不大,所以聚能换热巢能强化烟气侧的换热性能。 2)由于换热巢对气流的扰动作用,气侧的对流换热系数有一定程度的提高;同时,涂有强化剂的换热巢表面黑度也较高(0.9),在烟气气流中能在一定程度上强化烟气侧对管壁的辐射传热特性,所以应用聚能换热巢后能大大提高烟气侧的传热效率,节能效益明显。 3)由于金属换热巢具有很高的导热性能,换热巢在吸收烟气热量后能迅速地将热量传递给管壁,使得烟气侧的换热速率也得到了提高,进而提高了锅炉的生产效率。 图2 耐热金属网多孔体 2.2聚能换热巢在火管锅炉中的应用 聚能换热巢在火管锅炉中的应用示意图如图5所示。聚能换热巢安放在火管尾部,由于弹性金属网自身具有较强??弹性,且火管呈圆筒状,将聚能换热巢做成圆柱形安装在火管内时,其与管壁的接触非常好,接触热阻极小;加上换热巢很高的比表面积、良好的导热性能以及对空气的扰动等作用,火管内烟气侧的传热性能得到大大的强化,最大限度地利用了烟气的热量。 该技术已在多个火管锅炉节能改造工程中应用,经测试使用高效聚能换热巢后,烟气出口温度从300℃调整到了100℃左右,节能率达到了20%~30%,节能效果非常明显。 图3 聚能换热巢在火管中的安装示意图 聚能换热巢可根据火管内的温度分布情况分级安装,如图3所示。高温区的换热巢,其金属丝的耐热性能要求更高,可选用耐热性能更好的金属材料;同时可以采用较粗的金属丝,避免聚能换热巢被高温软化,影响其传热性能。低温区的换热巢则可以采用比表面积更大的较细的金属丝,进一步增大烟气侧的换热面积,最大限度的吸收烟气的热量。 3多功能热辐射强化剂 3.1 产品简介 热辐射强化剂是一种对炉膛内的热辐射有超高吸收率和发射率(≥0.93)的功能型高效节能材料,可适应酸性、中性、碱性等多种环境,通过改善炉内热交换达到增加热效率、节能降耗和保护炉衬的目的。广泛应用于冶金、化工、石化、机械、火电、陶瓷等行业的工业窑炉、电站锅炉、民用锅炉及各种民用炊具等领域。 产品具有“超细化”、“复合化”等特点,常温下产品为液态,颜色呈灰黑色,烧结后呈黑褐色的固体状。 3.2技术原理 热辐射强化剂采用北科大学原创发明的表面粉末冶金强化技术,将多尺度超细防护粉体快速渗透到金属表层之内,与表层金属结合并形成微观致密的多尺度复合晶型结构。这种组织结构中,接近金刚石的硬度及接近金属本体的韧性,使其具有超强的耐磨和抗冲刷能力;极其致密的微观结构,使其具有完美的抗氧化防烧损作用;稳定的复合晶型结构,使其具有良好的耐高温特性;完全惰性的特殊复合表面结构使其具有独特的耐酸碱腐蚀性。 3.3热辐射强化剂在火管锅炉中的应用 图4 热辐射强化剂在火管中的应用 热辐射强化剂在火管锅炉中的应用示意图如图4所示。强化剂能够在不改变锅炉原有结构和燃烧方式的情况下,通过提高火管壁内层的辐射吸收率,改善火管内烟气侧的辐射传热性能,从而达到提高烟气侧传热效率目的。 该技术多次在窑炉节能改造工程中使用,其节能率在7%左右,节能效果明显。 此外,应用热辐射强化剂后,火管的内侧壁温相比没有喷涂强化剂时更加均匀,(图5)使得金属管壁的局部热应力减小,金属管出现鼓包变形、泄漏等故障的概率降低;同时金属管壁的耐磨和抗冲刷能力,以及抗腐蚀、抗抗氧化能力也得到了增强,金属管壁的烧损减明显减少,有效延长了炉管的使用寿命。 图5 火管内壁温度变化示意图 从应用施工角度上讲,聚能换热巢和热辐射

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