某冶煉廠原有一系列、二系列制酸系統(tǒng)是利用冶煉工段的閃速爐和轉爐煙氣，經余熱鍋爐和電收塵，再經凈化、轉化和吸收工序進行制酸。煙氣轉化后的多余熱量通過SO3冷卻后排入大氣，煙氣中的余熱不但沒有回收加以利用，反而還消耗大量能源，既增加了生產成本，又浪費了能源。

另一方面，該企業(yè)原有的冶煉工藝過程需消耗大量的低壓蒸汽，廠區(qū)的蒸汽90%由燃煤鍋爐提供，在能源供應十分緊缺的今天，對低溫煙氣的余熱回收及利用顯得極為重要。

在眾多形式的余熱鍋爐中，熱管技術在低溫煙氣余熱回收中的應用顯示出其顯著的特點和優(yōu)勢。

一、熱管特點

1、熱管簡介及工作原理

熱管是一種具有特高導熱性能的新穎傳熱元件。熱管起源于二十世紀六十年代的美國，1967年一根不銹鋼——水熱管首次被送入地球衛(wèi)星軌道并運行成功，熱管理論一經提出就得到了各國科學家的高度重視，并展開了大量的研究工作，使得熱管技術得以很快發(fā)展。熱管技術開始主要用于航天航空領域，我國自二十世紀70年代開始對熱管進行研究，自80年代以來相繼開發(fā)了熱管氣-氣換熱器、熱管氣-水換熱器、熱管余熱鍋爐、熱管蒸汽發(fā)生器、熱管熱風爐等各類熱管產品，使得熱管在建材工業(yè)、冶金工業(yè)、化工及石油化工、動力工程、紡織工業(yè)、玻璃工業(yè)、電子電器工程等領域內得到廣泛的應用。

圖1 熱管結構

熱管結構如圖1所示。由管殼、封頭、吸液芯、工質等組成。管內有工質，工質被吸附在多孔的毛細吸液芯內，一般為氣、液兩相共存，并處于飽和狀態(tài)。對應于某一個環(huán)境溫度，管內有一個與之相應的飽和蒸汽壓力。熱管與外部熱源相接觸的一端，稱為蒸發(fā)段；與被加熱體相接觸的一端，稱為冷凝段。熱管從外部熱源吸熱，蒸發(fā)段吸液芯中工質蒸發(fā)，局部空間的蒸汽壓力升高，管子兩端形成壓差，蒸汽在壓差作用下被驅送到冷凝段，其熱量通過熱管表面?zhèn)鬏斀o被熱體，熱管內工質冷凝后又返回蒸發(fā)段，形成一個閉式循環(huán)，包括三個過程：

吸熱段液相工質吸熱蒸發(fā)；

被蒸發(fā)的工質在放熱段放熱冷凝；

冷凝的工質又返回吸熱段再蒸發(fā)。

因熱管的熱力循環(huán)是在一個封閉的管內實現(xiàn)的，對外界環(huán)境而言，熱管自高溫熱源處吸收熱量，在低溫段放出熱量。熱管僅是熱量傳輸?shù)墓ぞ?，工質則是熱量傳輸?shù)妮d體，驅動工質循環(huán)的動力是管兩端的溫差。

2、熱管的優(yōu)點

1）超強的導熱性：導熱速度快、強度大、效率高，導熱速度可達到音速。

2）良好的等溫性：良好的等溫性使熱管在很小的溫差下，傳遞很大的熱通量，傳熱阻力小。

3）熱流密度可變性：熱管可以獨立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量。

4）安全可靠性：不存在管內超壓，不怕干燒。液體工質汽化后，熱管的內壓不隨溫度的變化而變化。

5）環(huán)境的適應性：不受環(huán)境的限制，熱管可根據(jù)環(huán)境的需要而單獨設計。

6）應用領域廣。超導熱管形狀具有更大的靈活性，更廣泛的應用領域，能適應各種惡劣的工作環(huán)境

3、熱管系統(tǒng)的基本特點

1）熱量從高溫介質轉移到低溫介質，完全由熱管元件完成，低溫介質被間接加熱。

2）系統(tǒng)中熱管元件間相互獨立，單根或數(shù)根熱管失效不影響整個裝置的運行。

3）由于熱管的單向導熱性，熱量的傳輸只能由受熱段傳至放熱段。

4）熱管外壁采用高頻焊翅片，強化傳熱，傳熱效率高，熱側阻力小，設備結構緊湊。

5）熱量的傳輸過程不需要任何外界動力，運行管理簡單。

6）熱側換熱面積可調，可以在一定范圍內調節(jié)換熱管管壁溫度，有效防止低溫露點腐蝕。

二、熱管余熱鍋爐（熱管蒸發(fā)器）

熱管式余熱鍋爐（熱管蒸發(fā)器）是由若干組熱管聯(lián)箱同其外殼組裝而成。其中每組熱管聯(lián)箱又由若干根熱管組成的，為增大傳熱面積，其加熱外表面一般都焊有若干片高頻焊環(huán)形翅片，各熱管之間彼此獨立，構成各自獨立封閉傳熱系統(tǒng)，其典型結構如圖2所示。

圖2 熱管余熱鍋爐結構示意圖（分體式）

由于上述結構的特點，使其具有以下優(yōu)點：

1）熱管由于外壁帶有螺旋翅片，增加了傳熱面積，單根傳熱強度大（相對光管）；

2）工作介質玄幻是依靠地球重力和壓差作用，無需外加動力，無機械運行部件，增加了設備的可靠性，也極大的減少了運行費用。

3）由于其冷、熱兩端熱阻方便可調，便于控制管壁溫度，從而有效地解決了設備的露點腐蝕。

4）根據(jù)工藝要求，可以進行順、逆流混合布置，適應較寬的溫度范圍。

5）熱交換系統(tǒng)由眾多熱管組裝而成，各熱管之間相互獨立，一根或幾根熱管損壞或失效不影響整個系統(tǒng)的安全運行，只是余熱鍋爐整體效率會略有降低而已。

6）由于采用上升管、下降管連接汽包結構，使設備水側能承受較高的壓力范圍。

7）外殼為鋼板連續(xù)焊制，設有密封檢查門，便于設備清灰。

三、熱管余熱鍋爐（熱管蒸發(fā)器）的應用

1、煙氣參數(shù)

該企業(yè)原有制酸系統(tǒng)轉化煙氣參數(shù)見表1所示：

表1 制酸系統(tǒng)轉化煙氣參數(shù)

從表1可以看出來轉化煙氣具有以下特點：

1）煙氣溫度低；

2）幾乎不含塵、不含水；

3）SO3濃度高；

4）煙氣連續(xù)但波動量大；

5）煙氣可利用的溫差小。

2、熱管余熱鍋爐參數(shù)

為了充分回收一系列、二系列制酸系統(tǒng)的中、低溫煙氣余熱，共設置3臺熱管余熱鍋爐，取代原系統(tǒng)中的熱交換器、SO3冷卻器和SO3冷卻風機，在滿足制酸工藝要求的同時，利用煙氣余熱生產飽和蒸汽。

熱管余熱鍋爐技術參數(shù)見表2。

表2 熱管余熱鍋爐技術參數(shù)

四、改造后節(jié)能效益

自3臺熱管余熱鍋爐正式投運至今，均達到設計的額定產汽量，可產1.27MPa飽和蒸汽180000噸/年，，可節(jié)約標煤20300噸/年，同時可節(jié)約電耗1383000KW.h/年，相當于節(jié)約標煤526噸/年。

熱管余熱鍋爐投產后可減少煙氣排放量290×104Nm3/年，減少煙塵排放量868噸/年，減少SO2排放量303噸/年，在很大程度上減少了污染物的排放，改善了廠區(qū)環(huán)境。