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热管换热器在活性氧化铝生产中的应用

文章发布时间:2015/2/8 18:48:19

 

 

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热管换热器在活性氧化铝生产中的应用
朱广斌
(中铝山东分公司化学品氧化铝厂,山东淄博255052)
[摘要]介绍了热管换热器的工作原理,热管的热力学计算及热管的基本选择。经生产实践证明,热管换热器回收的余热应用于活性氧化铝生产后期活化焙烧工序是行之有效的,既提高了产能又降低了天然气消耗。
[关键词]活性氧化铝;热管换热器;快速脱水;废气余热;节能降耗
[中图分类号]TF821[文献标识码]B[文章编号]1008-5122(2013)04-0027-03
中铝山东分公司化学品氧化铝厂多品种产品区主要产品为活性氧化铝,利用普通氢氧化铝作为原料,采用闪速焙烧法制备ρ-Al2O3,ρ-Al2O3可用作高级耐火材料、耐火纤维及生产体型氧化铝的主要原料。其生产流程中的闪速焙烧炉及球型氧化铝流程中的活化焙烧炉采用热源为天然气燃烧炉,均为高热能耗设备。以前尾气处理是将闪速焙烧炉烟气通过布袋收尘器后直接排空,高温尾气既损失热量又造成环境污染。烟气中大量的余热如何回收利用对节能降耗至关重要。2010年8月与大连某公司联合制作了SNKY-100气-气型热管换热器用于闪速焙烧工序的高温烟气换热,换出热量用于活铝球活化焙烧前的预热。热管换热器的应用提高了闪速焙烧产量,又降低天燃气的单耗。
1·热管换热器
1.1热管工作原理
热管即在一个密闭的结构中装有若干工质,借助液体的蒸发、输送和冷凝,然后靠管壁吸液芯毛细张力使冷凝液由冷凝端回到蒸发端,如此通过液体工质的相变热端吸热,冷端放热循环,从而达到使热量从该结构的热端传导至冷端的目的。热管换热器就是若干这样的热管按一定的顺序排列的组合,如图1所示。

热管换热器较其他换热器具有热传导能力强、等温差下传递热量大、冷热两端等温性好、通过采用不同工质应用温度范围广(-200~2000℃),而且每根热管都是一个独立的工作单元,单元之间互不影响,单个损坏并不影响换热器的整体使用。
1.2热力计算及热管基本选择
各种流程中的工艺参数不同使换热器工作工况条件有差异。为保证选用换热器能够达到该流程工艺所规定的换热条件,换热器强度足够及结构可靠,便于制造、安装及检修,还需要考虑经济是否合理。对换热器各项参数,包括热管的管径、热管数量、冷热端长度比、换热工质、热管材质,要结合流程实际工艺条件要对其进行一个初期的热力计算并以此为依据进行判断和选择。
1.2.1给定换热器条件参数(表1)

1.2.2工质选择

此工作温度可以选用水做为工质,工作温度为50~250℃,水做为工质经济及使用综合效果评价最佳[1]。
1.2.3放置形式及热管结构选择
本流程中烟道为水平管路,故可采用重力式热管,换热器卧式放置热管垂直分布热端居下,重力式热管内部不需吸液芯,靠重力使冷凝工质回流,重力式热管制造工艺简单相应的制作费用较低。
1.2.4管材及扩展表面选择
热管选取管外径25mm材质为20#钢的无缝钢管替代常规使用的钢-铜复合管,针对钢-水的不相容性管材做高温蒸汽表面钝化处理,水工质内添加一定量的缓蚀剂。换热管外加高频焊片翅片以增加换热面积,考虑烟气含尘量较高翅片材质选用较耐腐蚀的08F,翅片厚度1.5mm。
1.2.5换热器选择
通过热力计算所确定的基本参数确定应用其现有产品SNKY系列热管换热器,并结合实际流程情况对换热器做出部分调整。其参数见表2。

2·生产流程中的具体应用及效果
2.1换热器使用
热管换热器安装于闪速焙烧炉出口与闪速焙烧炉布袋收尘器进口之间,余热回收设备现场安装完毕后,设备管路以及部分壳体外做硅酸盐保温,保温层厚度80mm。通过换热器换热得到的热空气送至生球原料仓用于体型活铝生产的活化焙烧的预热。因流程受限,空气循环需增加8-09No6.8A(11kW)排风机一台。

从流程(图3)及安装图(图2)中看出热管换热器除空气循环风机外无其他动力设备,运行操作简单。开车时,在闪速焙烧炉提温之前先启动换热器空气循环排风机,这是因为本换热器采用碳钢-水热管而烟气进口温度300℃,热管内蒸汽压力偏高,提前启动排风机可使热管工作温度稳步升高至其正常工作温度200℃而不至于超过此温度,有利于热管的稳定工作延长热管寿命:停车时,闪速焙烧炉停车后烟气温度下降至200℃,停止空气循环风机并打开换热器与布袋收尘器间管道上的空气配风口,这是因为闪速焙烧炉降温过程缓慢,焙烧停止后烟气仍要持续高温一段较长时间,停风机后打开配风口可以保护布袋收尘器不至长时间高温收尘,避免了使用寿命降低或损坏。

2.2热管换热器使用中需注意的问题
(1)热管换热器积灰。积灰是热管换热器比较常见且对其正常工作影响较大的问题之一,换热器本身结构设计使其具有一定的自清灰能力但不能完全避免积灰形成。烟气本身含尘量大、烟气进入换热器流速减小及热管翅片的阻挡等导致物料沉降附着于热管、翅片及换热器壳体。针对积灰问题,在换热器烟气侧加装了压缩空气脉冲阀,空气压力(0.15MPa),30min左右脉冲吹扫一次,实践证明此方法对清除热管及翅片积料效果明显。除此外还要定期打开烟气侧底部清灰口进行人工清扫。空气侧在排风机进口加转过滤滤棉即可防止空气侧积灰形成。
(2)合理控制排烟温度防止低温露点腐蚀。热管换热器最低管壁温度在烟气出口空气进口处,也是最易发生低温露点腐蚀的地方。本换热器最低壁温104℃,存在局部露点腐蚀发生的可能性而空气进风口无提温设施,生产运行中通过循环空气排风机进口风门(风机亦可安装变频器调节)合理调节空气流量来控制排烟温度,使其保持在120℃以上,冬季温度较低时适当调整烟气出口温度130~140℃,通过如此操作自2010年换热器使用至今未发现明显低温露点腐蚀。
2.3使用效果
原闪速焙烧烟气温度高达300℃,为保证闪速焙烧炉布袋收尘器收尘布袋不至长期高温失效而增加了常开的空气配风口给烟气降温,一方面保护了布袋收尘器收尘袋,另一方面也使负压损失增加制约下料量导致闪速焙烧炉焙烧效率降低,安装热管换热器后烟气温度降至120℃,正常生产中不再需要额外增加空气配风,减少了负压损失,有效的增加了闪速焙烧炉的下料量,使得焙烧效率得以提升。换热空气用于活铝球活化熟化预热,缩短了活化焙烧时间,节约了活化焙烧天然气消耗。
3·经济效益
安装换热器后初步统计单台提产约0.6t/d,换热得到的热空气用于体型活铝活化预热,使得活化焙烧天然气消耗降低8.7Nm3/h。目前工业天燃气价格为2.95元/Nm3,活性氧化铝的销售利润按300元/t,工业电按0.5元/kW·h,项目总投资费用7万元。
设备资产按15年折旧,年折旧:
7/15=0.47万元/a
换热器年维护费用(按成本系数0.13计):
7×0.13=0.91万/a年风机动力消耗:
11×24×360×0.5=4.75万元/a年增加毛利润:
(8.7Nm3/h×2.95元/Nm3×24h+0.6t/d×300元/t)×360d=28.6万元/a年增加净利润:
28.6-0.47-0.91-4.75=22.47万元/a。
4·结束语
通过实践证明,热管换热器的应用对活性氧化铝生产余热回收利用是行之有效的,对提高活铝产品的综合效益效果十分明显,但生产运行中也发现了一些问题,如活铝闪速焙烧的烟气含尘量较大,氧化铝颗粒对热管磨损较重影响热换使用寿命,为解决此问题后期与换热器厂家商讨在烟气进口侧换热管增加防磨护瓦并且进行渗铝处理,在增加换热管耐磨性方面取得了较好的效果,2011年3月使用至今换热良好。热管换热器在活性氧化铝中的应用为该厂的节能降耗做出了贡献。
[参考文献]
[1]方彬,白文彬.锅炉和窑炉节能热管换热器[M].哈尔滨工业大学出版社,1985:58.

 

 

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