玻璃窑尾烟气热管换热器的设计

廖阔 李步广 顾智窗 孙建华 付葆荣

摘要：玻璃窑是高耗能、低能效的生产行业，虽然目前有些玻璃窑配备了余热锅炉用来进行余热回收，但排烟温度还是较高，存在着余热利用不充分的现象。本文为某玻璃窑尾烟气设计了一台热管换热器，可以充分利用余热资源，解决腐蚀和堵、积灰等问题，也给相同工况余热利用提供了参考。

关键词：热管;迎风面宽度;透过系数;翅化比;翅化效率;净自由容积;当量直径

引言

节能减排是国家“十二五”计划的关键任务，是可持续发展的重头戏。作为高耗能、低能效大户的玻璃生产企业，一直以来是节能改造的重点对象。比较普遍的做法是对窑炉产生的烟气进行余热回收，在窑炉尾配备换热器将500℃的烟气进行余热回收，产生一定压力、温度的蒸汽，用于发电、生产或生活使用，从而提高能源的利用效率。

本文拟针对某小型玻璃窑余热锅炉利用后50000Nm3/h、300℃的烟气采用热管换热器进行余热二次利用，来提高玻璃窑进气温度。

1.热管换热器计算方法及步骤1.1 热管换热器的计算方法

热管换热器是由若干独立传热的热管按一定的排列方式所组成，目前均采用重力式热管作传热元件。换热器设计计算的主要任务在于求取总传热系数U，然后根据平均温差ΔT及热负荷Q求得总传热面积A，从而定出管子根数N。

热管气-气换热器传热计算的热平衡方程为：

2.热管换热器的设计计算

2.1 确定基本条件参数

热源条件为50000Nm3/h、300℃的烟气，经过换热器后出口温度200℃，空气进口温度20℃、流量49500Nm3/h。采用热管长2.5m，外径25mm、内径20mm，热管横纵向间距分别为65mm和90mm，翅片高12.5mm、厚1mm、间隙6mm。

2.2 工艺计算

2.2.1计算总传热量Q

烟气的定性温度为：（式6）

根据假定情况下的定性温度确定空气的热物理参数，计算空气侧的热量。再根据计算的与总传热量Q进行比较，通过调整假定的出口温度逐步逼近准确值。设迭代精度及步长分别为0.5和0.1，最终得到为125.5℃，定性温度为72.75℃。

2.2.3确定迎风面宽度B和热管列数n

（式20）

2.2.10计算自由容积NFV和当量直径D

（式21）

（式22）

设计完成换热器的结构形式如图1所示。

图1 热管换热器结构

3.结论

本文将热管换热器应用到玻璃窑烟气余热利用领域，有以下几个优点：

换热器中冷热流体完全隔开，单根热管的破损不会影响整个换热器的使用;冷热流体分开流动，易实现纯逆流换热，由于传热均在管外进行，管外的换热系数高于管内，更适用于低品位热源的回收;对于含尘量较大的烟气，可以通过简单的结构调整解决磨损和堵灰问题;热管在冷热两侧的温差小，壁温比常规管壳式换热器高，相同工况下更易避免露点腐蚀问题;

本文的设计给气-气余热利用热管换热器的设计提供了参考。

参考文献：

[1]李宝江.利用热管蒸发器（余热锅炉）回收玻璃熔窑烟道废气余热现状[J].玻璃与搪瓷.2013（1）：12-18.

[2]胡帆，史庆玺等.玻璃窑余热利用关键技术问题的探讨[J].动力工程学报.2011（5）：381-386.