热管换热器设计时应考虑事项及关键技术问题

一、热管换热器设计考虑

1.  热管主要尺寸的确定

   热管的外径为25mm

   热管的内径为20mm

   翅片的外径为50mm

   翅片的高度为12.5mm

   翅片的厚度为0.8~ 1.0mm

热管的长度要根据经过热管的排烟流量和被加热流体流量的大小，以及流经热管时流速的大小来确定。

2. 翅片间隙的确定

 对空气侧，取2~3mm，对烟气侧，有的隧道密烧天然气，取4~5mm，有的燃煤锅炉排烟不容易积灰，取5~6mm。有的锅炉燃煤排烟容易积灰，取6~ 7mm。

 翅片间隙取得小，对翅片卷边有利，否则卷边容易出现裂纹，另外对增加传热面，改善控制热阻有利，翅片太密容易积灰。

3. 吹灰器的考虑

 对有翅片烟气侧管束中一般都要设置吹灰器，安装两支就可以了，必须是能转动的，前后左右都能吹，用蒸汽或压力空气吹都可以。有的排烟不积灰可以不放。在烧重油燃料的窑炉或锅炉排烟道中应用，一定要放吹灰器。也可以把沿烟气流向的管间距加大，加大到能放上吹灰器，要清灰时把壳体侧面门打开，然后把吹灰器伸入各排管束中间，前后上下地吹。这种方法清灰，效果更佳。

4. 热管的确定

 采用水钢铜复合热管还是水钢热管，这就要根据它们的特点和具体应用情况来确定。

 水钢铜复合热管，它的管壳一般是由1.5mm的铜管与1.0mm的钢管复合在一起组成的，它的主要特点是：

  ①. 工作性能稳定，由于铜管把水与钢隔开，铜水长期接触，化学性能稳定，管内不会产生不凝气体，因此工作性能稳定；

  ②. 这种热管一般端帽是铜与铜焊，因此强度不高，不能耐高的温度；

  ③. 成本高，每支管中加一支铜管，又加上铜钢管的复合工序，所以成本高。

 水钢热管，它的管壳是无缝碳钢管，壁厚一般为2.5mm，有翅片时，1.5mm也可以。它的特点是：

  ①. 成本低，比水钢铜复合热管低40%；

  ②. 强度高，高达50%；

  ③. 重量轻，如选1.5mm壁厚时，要轻40%；

  ④.传热热阻小，无复合层，所以热阻小；

  ⑤. 艺性能好；

  ⑥. 便于推广应用。

 在有的场合下，应用水钢铜复合热管是合适的。但它的成本太高，在小型锅炉上应用，从经济效益上看是不合算的。

5. 水钢热管的改进

 ①. 钢管内表面的处理，如采用钝化或镀层等，把水与钢隔开。

 ②. 水中加缓蚀剂，使水与钢之间的化学反应减缓，少产生一些不疑气体。

 ③. 可在设计时，有意加长一段，作为不凝气体的储存室，如加上放气阀就更好了。

二、关键技术问题

1. 积灰问题

 燃烧天然气的隧道窑是没有积灰的。燃烧重油的密炉是有积灰的。燃烧煤的窑炉和小型锅炉中，尾部受热面积灰是不可避免的。这是因为工业窑炉和小型锅炉的负荷变动较大，或者启停频繁。在低负荷时，烟气速度小，温度也低，尾部受热面上结露的可能性比较大，很容易发生积灰。加上密集的翅片之后，如不加吹灰器，是很难过积灰关的。

在这些烟道中我们都安装过热管换热器，经过长期运行的考验，发现在有的燃煤锅炉排烟道中不积灰，有的积灰非常严重。热管受热面积灰的特点是：

 ①. 干灰、松软、一碰就掉；

 ②. 容易清除，用蒸汽、压缩空气吹或水冲洗都很容易清除干净；

 ③. 无腐蚀。

普通换热器受热面积灰的特点是：

 ①. 积灰较硬，不容易清除；

 ②. 要用金属等工具，才能清除掉；

 ③. 积灰处的金属表面有腐蚀。

 针对热管受热面积灰的特点，采取以下的设计措施：

 ①. 适当加大烟气的流速，最大烟气流速不要低于8m/s；

 ②. 适当加大翅片的间距和管束排列的热管间距。

2. 磨损问题

 在含尘烟气中工作的热管其翅片要受到灰粒的磨损，这也是需要考虑的问题。

 为了减少磨损，采取如下措施：

 ①. 设计时，控制烟气流速不能过高，最大烟气流速，不要超过12m/s；

 ②. 适当加厚翅片和注意选择翅片材质。

3· 腐蚀问题

 一般在窑炉和锅炉尾部受热面存在着烟气侧的低温腐蚀问题，当燃料含硫多，烟气温度降得较低时，腐蚀现象比较严重。

 与间壁式换热器的直接传热相比，热管换热器中多了一个中间载热体（管内工质）的传热环节，与烟气接触的受热面壁面温度较高，而翅片的温度又较管壁母体的温度高。这是热管防止腐蚀的有利条件所在。

 防止出现腐蚀问题，主要采取的措施：

①. 设计时，控制热管换热器烟气侧出口温度不要太低；

②. 要控制第一排和最未排，尤其最末排热管内工作介质的温度不能太低。

4. 安全性问题

 水钢铜复合热管作为气-气热管换热器的基本传热元件，应用在2500以下的窑炉和锅炉的排烟中进行工作，通过实际考验证明，安全性是没有问题的。对水钢热管，作为气-气热管换热器基本元件，应用在350℃C以下的热流体中进行工作是安全的。水钢热管作为气-液热管换热器的基本元件，在500℃以下的热流体中进行工作，安全性是没有问题的，设计得好，温度还可以高些。上述的热管除了在实际装置中考验外，还在实验台上经过运行考验，均未发现有不安全的事故发生。

 在实际运行中，对上述关键性技术问题等，都一进行了实验研究，结果都得到了较理想的结论。

5. 经济效果问题

 效果：以4锅炉排烟道中热管换热器为例，每年每台节煤为100t，可提高锅炉热效率39~4%

 成本回收期：用水钢铜复合热管作为元件换热器的回收期为二年；用水钢热管作为元件换热器的回收期为一年左右。

 应用：全国化肥厂造气炉、窑炉和小型锅炉的数量是相当大的，据计算，如应用10%左右，每年就可节煤200万吨左右。