热管换热器在省煤器中的应用

 在小型锅炉改造的基础上，还有能量可省，如排烟中热量的利用还有很大的潜力。小型快装锅炉的排烟温度在220~280℃左右，其排烟损失为10%~15%左右。利用热管省煤器从排烟中回收放走热量的20%左右是现实的，就这一项可以提高锅炉热效率2%~3%左右。热管省煤器已有应用。

一、低温腐蚀和酸露点

 原油中除了含有单体硫、氧化硫以外，还有各种形式的硫化物。蒸馏原油分别得到汽油、挥发油、轻油等，这种过程使硫化物浓缩，油料变粗，含硫量增大。在燃烧这些重油的时候，经常腐蚀低温部分的空气预热器，省煤器和引风机等。因在燃烧时燃料中的一部分硫变成三氧化硫（SO3),再生成硫酸而腐蚀金属。燃料中含有硫，在燃烧时大部分变成二氧化硫（SO2),这就是烟气中产生硫酸的原因。

S+O₂=SO₂

SO₂+1/2O₂=SO₃

在产生硫酸的过程中，最重要的过程是由SO₂变成SO₃.有下面,两种理论：

火焰理论：在火焰部分，二氧化硫和活性氧化反应，产生三氧化硫。

催化理论：在高温部分的传热管表面存在着铁、氧化物，由于这两种物质的作用而产生接触氧化反应。

 总之，在高温处，一部分二氧化硫被氧化，生成三氧化硫。三氧化硫的生成量与燃料的含硫量、火焰温度以及烟气中的含氧量有关，如果含硫量、火焰温度和烟气中的含氧量都高，则产生的三氧化硫就多，在锅炉低温处，三氧化硫和烟气中的水蒸气反应，生成硫酸蒸气，温度降低后凝结成硫酸雾。

SO₃+H₂O=H₂SO₄(气体）→H₂SO₄(雾）

 把硫酸蒸气开始凝结成硫酸雾的最高温度叫做酸露点。烟气中的三氧化硫多，酸露点就高。

目前一般使用的重油含硫量为2%,当含氧量为4%的时候，产生1000μL/L的SO₂,其中有2.2%(即22μL/L)变成SO₃.把烟气温度降到露点以下，且和低温壁面接触时，烟气中的SO₃就和水结合、生成高浓度的硫酸。

当SO₃为22μL/L,烟气中的水分为10%时，酸露点温度在140℃左右。

当壁温为120℃,烟气中的水分为10%时，产生硫酸的浓度是76%。金属在高温高浓度硫酸里的腐蚀情况和在大气里的腐蚀情况是不一样的，不仅是普通钢，即使是不锈钢在高浓度的硫酸里，腐蚀也很厉害，对这一问题必须给予充分重视。

二、热管的低温腐蚀

 1. 老式直接冷却式省煤器

 酸露点的高低随燃料含硫量（%）、烟气含氧量（%）及含湿量（%）的情况而异。一般说来，如果是重油，常要求管壁温度在100℃℃以上。由于水侧的热传导率很大。因此，管壁温度接近水温。为了保证管壁温度在露点以上而不被腐蚀，就必须保证给水温度在100℃C以上。在采用凝结水回收等余热回收措施的时候，给水温度在50~70℃左右，很难避开腐蚀区。

 2. 热管省煤器

 热管省煤器具有热流移动快，表面温度均匀等特点。由于传热介质在管子吸热芯内流动这一结构上的原因，使热管省煤器具有表面温度高等特点。

 热管省煤器冷却段在水室内和烟气分开，因此和酸腐蚀无关。烟气侧的管壁温度按前面讲的同条件下的直接冷却式换热器。由于热管内部传热介质温度高就能保证管壁温度高。

 但是，排烟温度不能无条件地任意下降，因为内部介质的温度是由烟气温度和给水温度决定的，所以就要根据不同的设计条件来分别计算，但是算出的排烟温度必须大于酸露点温度。在使用热管省煤器的时候，必须考虑排烟温度、给水温度、蒸气负荷的变化，所设计的系统一定要能够适应这些变化，从而使管壁温度不致降到某一要求值以下。

三、直接冷却式U形管和热管比较

 有人为了对排烟管道的腐蚀情况和翅片的堵塞情况进行调查，在外径为38.1管上装上翅片，分别作成直接冷却式U形管和情况相同的热管，然后放入同一烟道内进行试验。经过半年的运行，发现二者的表面均附有大量未燃物。但是，直接冷却式U形管上的附着物非常坚固，必须用螺丝刀和铁锤才能除去，而且有所腐蚀。而热管上的附着物非常柔软，是多孔疏松的炭灰，用嘴能吹掉一些，如果用水冲洗就更好了，冲洗后的热管和新的一样。

总之，表面温度下降，产生腐蚀，同时还造成未燃物堆积，污秽了传热面，降低了热回收效率。但是，U形管式比热管式容易产生因未燃物堆积而不能运行的情况。

四、锅炉余热回收系统

在已有的老式锅炉上装设热管省煤器时，送风系统的剩余压头够不够是个关键问题，因此，在设计热管时通道的阻力尽量小。如果压头不够，就必须装引风机。由此产生的问题是：增加了设备投资，还要考虑一定的安装位置。热管省煤器阻力小，采用吹灰或水冲洗的方法能够维持正常运行，压力损失在30mmH₂O左右。

五、结束语

上面简要介绍了热管省煤器的情况，设计时，必须详细调查锅炉的布置、风道形状、压力平衡、燃料含硫量、排烟温度、给水温度等情况以及安装现场的尺寸等。