气液热管换热器工作原理与特点

 换热管在我国开始应用以来，特别是在工业余热回收、能量利用以来，有许多工厂希望能够应用热管换热器从排烟中回收热量去加热水然后再加以利用。气液热管换热器应用于从排烟中回收热量然后去加热水是非常经济、又非常容易做到的，效果也非常令人满意。特别是应用于高温排烟炉，即排烟温度在500~ 800℃，显得更为优越。

 气液热管换热器能够起到省煤器的作用，但它比省煤器的体积重量要小得多。如果在尺寸相同的情况下，它所传输的热量要大得多。

 锅炉的数量是很多的，省煤器是锅炉整体的一部分。给水在未进入汽锅之前，在省煤器中由烟气逐渐把它加热。而进入汽锅之后，便与汽锅中循环着的水相混合，再受热到沸腾温度。水省煤器在老式锅炉中最初应用时，仅仅作为一种能够利用废气热量的设备。省煤器中的水温低于汽锅中的水温，如图4-1所示。图中的 为烟气温度，t_m为蒸汽温度，t₃为水的温度。在烟气与水成逆流时，设备中排出烟气的温度便会低于汽锅本身的水温。如果只有纯蒸发受热面（其中水温到处相同）时，这一点是不可能达到的，这时应用省煤器能节约大量燃料。

  省煤器不只是汽锅排出的烟气热量的利用器，而且还是一种尽可能把水预热到最高温度的有利工具。因为它受热面的价格要比汽锅受热面便宜，而且未达到沸点的水与烟气之间的温差也比较大。此外，在现代省煤器中，因为管径较小，而且水在管中是强迫流动，传热系数比汽锅受热面高，受热面的布置也比较紧凑。

  由于上述原因，人们便把汽锅本体的受热面减少。由于烟气离开汽锅受热面时温度提高，也就是提高了汽锅受热面单位面积的蒸发量。更多地是利用烟气的热量在较为便宜有效的省煤器加热面上预热水。从此，省煤器就逐渐成为合理锅炉设备中的必要部分了。在省煤器中水被加热接近于沸腾温度，甚至有部分蒸发。

 在低压设备中至今仍有旧式构造的省煤器。这种省煤器是用铸铁制造的，只能承受不高的压力和水温。铸铁比钢更能抵抗内外的腐蚀。现代与汽锅有密切关系的省煤器是钢制的。在一般锅炉的省煤器中，水每升温1℃，烟气就平均降温2~3℃.

  省煤器的特点，气水热管换热器都具备。在气-水热管换热器中也可以有非沸腾式和沸腾式。在非沸腾式气-水热管换热器中，水不被加热到沸腾温度，而只被加热到沸腾点以下20 ~ 50℃。在沸腾式气水热管换热器中，水不仅被加热，而且伴有部分蒸发。在此种换热器的出口处，水汽混合物中蒸汽的含量按着重量计算可达10%~15%，有时还会高出很多。

  沸腾式省煤器是一种与汽锅有不可分割的、紧密联系的设备。在非沸腾式省煤器中，一般在汽锅与省煤器之间的给水管上装有阀门，并且给水和烟气常常都有旁路以便省煤器能单独退出运行。在沸腾式省煤器中，省煤器与锅炉之间一般不装设任何阀门类的管制件，而且排水管的构造应保证能由省煤器中使蒸汽自由流入汽锅。锅炉整体的给水调节在省煤器之前进行。

  水在省煤器中的流动方向应该是自下向上流动，而烟气则应自上而下。为了便于除去省煤器中分离出来的空气以及省煤器在正常运行条件下破坏时可能出现的蒸汽泡，水流方向自下而上是必需的。而为了保证水及烟气构成逆流和改善省煤器的传热情况，烟气自上而下的流动也是必需的。

  由于铸铁的抗冲击能力很弱，在铸铁省煤器中不允许把水加热到沸腾温度，以避免产生使省煤器管子破裂的水击。在装置省煤器时都装有旁通烟道，以便从锅炉中来的烟气能绕过省煤器。当升炉、停炉以及在事故停载负荷时都要使烟气从旁路通过。旁路还可以用来调节水的预热。

  钢质省煤器的应用受到了阻碍，其原因是由于薄壁钢管受热面的腐蚀很难防止。省煤器中的腐蚀现象发生在与烟气接触的外壁，同时也发生在与水接触的内壁。腐蚀在省煤器的全部表面上造成分布得比较均匀或不均匀的溃疡，或者只造成个别的、局部的溃疡。局部性的溃疡更为危险，它能很快地造成针孔或漏洞。

  燃烧生成物中所含的氧气、二氧化碳及二氧化硫能溶解在水滴中，这样会引起外受热面的腐蚀。二氧化硫溶于水以后会形成亚硫酸，能使腐蚀加速进行。为了防止外受热面的腐蚀，需要避免在外受热面上有水分。

  水分在省煤器外受热面上的出现可能是烟气中水蒸气凝结的结果（所谓受热面出汗），或是当省煤器运行有各种不正常现象的时候。例如：当管上有了针孔的时候，当省煤器各部分联结不严而漏水的时候，当开始给冷态省煤器吹灰的时候，当把蒸汽通往吹灰设备的管路疏水不良时以及当吹灰管路上的阀门不严有蒸汽通入未参加运行的省煤器的时候等等。

  只要省煤器的运行监察和修理进行得正常，上述各种运行中的故障是可以减至最少的。因此，只要除去因省煤器出汗而发生的腐蚀现家就可以了。这种现象是在发生省煤器的给水预热不够的时候。如果烟气冷却到露点温度，也就是与烟气中水蒸气部分压力相当的饱和温度以下时，烟气中的水蒸气就会凝结在省煤器受热面上而成为小露滴。但是只有紧靠在省煤器管壁的最边上一层烟气中的水蒸气会凝结。这一层烟气的温度最低，可认为它等于管壁温度（即使烟气平均温度相当高也是如此）。

 当管壁附近约等于管壁温度的烟气温度低于露点温度霞时，水蒸气就会凝结在管壁上。因此，防止管壁出汗就是要使省煤器进水部分的最低管壁温度高于露点温度。

 由于管壁对水的放热系数a₂很高，而烟气对管壁的放热系数a₁很低，省煤嚣进水部分的管壁温度只微微高于水温，因此，给水温度必须高于烟气的露点温度。

  省煤器表面的腐蚀在使用化学处理过的水的情况下会发生。但是如果水中没有溶解的氧和二氧化碳的话，腐蚀的进行速度是极为微小的。如果水中有氧存在，即使量极其微小，也会加剧腐蚀的进行。省煤器表面上最常见的氧腐蚀是局部性的腐蚀，在某些地方形成麻点一样的破坏金属的病症。要防止省煤器表面的腐蚀，需要进行省煤器给水除氧。要防止凝结水流经省煤器的途中有空气溶解进去，同时，从生产中回来的凝结水和从给水处理设备送来补充凝结水损失的补充水都需要除氧。

省煤器遇到的问题，气液热管换热器都能遇到，只不过是在省煤器中水是在管内流，而在热管中水和烟气都在管外流动而已。省煤器是管内表面与水接触，而热管是部分外表面与水接触。在与水接触一段的热管内部的温度为工作介质的温度可以比管外的水温高许多，这一点是与省煤器大不相同的。