| HNG系列熱管散熱器是北京首鋼設(shè)計院和我公司共同開發(fā)的高新技術(shù)產(chǎn)品,。其主要用于高爐荒煤氣干法除塵工藝的荒煤氣降溫,?？蓪⒒拿簹鉁囟扔?50℃降到200℃,，保證布袋除塵器的許用溫度。是鋼鐵企業(yè)余熱回收及相變調(diào)溫的可靠產(chǎn)品,。
熱管降溫器在高爐布袋除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
天津華能集團能源設(shè)備有限公司 （301900）
摘要：本文介紹在煉鐵高爐荒煤氣布袋除塵系統(tǒng)中,，降低荒煤氣溫度來滿足布袋除塵器的許用溫度的一項技術(shù),。該技術(shù)采用熱管做傳熱元件,，并用水做降溫介質(zhì),，利用水的相變吸收荒煤氣的熱量。
關(guān)鍵詞：熱管散熱器 高爐煤氣 相變降溫
1.前言
高爐煤氣除塵凈化在煉鐵生產(chǎn)中有重要的作用,，每噸生鐵產(chǎn)出煤氣約1600--2000 m3,，是鋼鐵廠重要的二次能源。因為含塵量高必須凈化,，使含塵6-12g/m3除塵到10mg/m3以下才能使用,。目前煉鐵高爐的煤氣除塵工藝分為干式和濕式兩大類。高爐煤氣的干法與濕法相比,，不僅能合理利用煤氣顯熱,，提高煤氣熱效率，增加TRT發(fā)電量,，而且系統(tǒng)基本不用水,、電、從根本上解決了二次水污染及污泥處理問題,。因而在國內(nèi)500 m3以下高爐大多應(yīng)用干法除塵工藝,，自從2004年首秦1號（1200 m3）高爐干法除塵工藝成功運行后，我國大高爐開始采用該技術(shù),。
高爐干法除塵采用布袋除塵技術(shù)，分為反吹風布袋除塵和低壓脈沖布袋除塵兩種工藝,。這兩種工藝國內(nèi)都有應(yīng)用事例,。但兩種干法除塵工藝均需煤氣降溫,。高爐正常工作時煤氣進入布袋前溫度150—220℃，這一溫度滿足布袋許用溫度（布袋許用工作溫度小于220℃）,，當高爐操作不正常時,，煤氣進入布袋前溫度達300℃左右，特別在高爐故障時,，瞬時溫度高達550℃左右,，遠遠超出了布袋所能承受的溫度，造成布袋燒損,，嚴重影響布袋除塵器的可靠運行,。因此，高爐布除塵煤氣降溫問題亟待解決,。本文通過首秦2號高爐（2000 m3）干法除塵項目的實例,，介紹一種新型降溫裝置，它成功解決干法除塵中的煤氣降溫技術(shù)問題,。
2.首秦2號高爐（2000 m3）布袋除塵技術(shù)
2.1干法除塵范圍
干法除塵的范圍是從重力除塵器出口到凈煤氣管網(wǎng)入口,，包括：干法除塵工藝設(shè)備、土建結(jié)構(gòu),、電氣自動化檢測控制等,。
2.2工藝流程
來自重力除塵器的荒煤氣（含塵6-10g/m3）經(jīng)過總管進入多箱體低壓脈沖布袋除塵過濾凈化，凈煤氣含塵量約5 mg/m3（經(jīng)實測含塵量為1-2 mg/m3）,，經(jīng)箱體支管匯入凈煤氣主管輸出,。管網(wǎng)按干式煤氣設(shè)計，進入高爐煤氣柜前設(shè)噴水降溫,。
箱體列式布置,，共設(shè)14個箱體，生產(chǎn)時可全部投入或部分使用,，以完成高爐煤氣全部凈化,。濾布積灰定時由脈沖閥啟動高壓氣體向濾袋內(nèi)噴射，使濾袋急遽膨脹,、抖動而掉落,。灰斗中的干灰每天定時排放,，采用氣力排灰輸送方法各箱體的灰輸送至一個大灰倉儲存,，每天集中由罐車裝車運出。（見工藝流程圖）
2.3工藝條件
（1） 高 爐 容 積：2000m3
（2） 煤 氣 發(fā) 生量：400000Nm3/h
（3） 煤 氣 壓 力：0.2—0.25MPa
（4） 布袋入口煤氣溫度：120—220℃
（5） 荒 煤氣 含塵 量：8—12g/m3
（6） 凈 煤氣 含塵 量：＜5mg/m3
3.3降溫系統(tǒng)
布袋除塵器工作溫度要求120—220℃,瞬時允許到260℃,。因此溫度調(diào)節(jié)和控制十分重要,。本設(shè)計在布袋除塵入口前荒煤氣主管道上并聯(lián)一套熱管降溫器。正常生產(chǎn)時煤氣溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，可以直接進入布袋,，當高爐生產(chǎn)出現(xiàn)溫度過高時,，煤氣經(jīng)過換熱降溫使布袋入口煤氣溫度降至200℃左右。
4.熱管降溫器的工作原理
熱管降溫器是一種氣――液換熱裝置,，它主要通過傳熱元件——熱管將荒煤氣熱量傳遞給軟水,，軟水由液態(tài)相變?yōu)闅鈶B(tài)，帶走荒煤氣的熱量,，從而保證進入布袋室的荒煤氣控制在一定的溫度范圍內(nèi),。
正常情況下（來自重力除塵器的高爐煤氣溫度低于220℃），熱管降溫器的各種閥門處于關(guān)閉狀態(tài),，來自重力除塵的高爐煤氣直接進入布袋除塵器,；當通過重力除塵器后荒煤氣溫度大于220℃的時候，程序會自動把換熱器管道上的蝶閥打開,，高溫煤氣通過熱管散熱器,，將煤氣溫度降至200℃左右，然后進入布袋除塵器進行除塵,。
5．熱管降溫器的結(jié)構(gòu)
熱管降溫器由熱管散熱器,、汽包、上升管,、下降管等組成,。熱管散熱器是相變式熱管降溫裝置的主要設(shè)備，它為直立圓筒結(jié)構(gòu),，由外筒體,、內(nèi)筒體和熱管三部分構(gòu)成（首秦2號高爐兩臺并聯(lián)）。熱管徑向斜置焊接在熱管散熱器的內(nèi)筒體壁上,，插入內(nèi)筒體的是光管,，內(nèi)筒體外側(cè)熱管段鎳基釬焊有縱翅片。工作時荒煤氣走熱管散熱器外筒體與內(nèi)筒體之間的夾套,，軟水走熱管散熱器內(nèi)筒體里面,，并和汽包自然循環(huán)，產(chǎn)生飽和蒸汽排向大氣,。
6．技術(shù)要點
6.2.1 換熱效果說明
本設(shè)備采用熱管散熱器應(yīng)用熱管作傳熱元件具有極高的傳熱性能,；氣——液換熱，一側(cè)是具有一定流速的荒煤氣另一側(cè)是軟水相變?yōu)檎羝?，換熱時對流換熱系數(shù)為40—60W/m2.℃,。260—300℃的高爐煤氣經(jīng)過熱管散熱器，溫度降至200 ℃左右,。同時產(chǎn)生0.2MPa的飽和蒸汽,，排向大氣,。
6.2.2 應(yīng)急降溫效果
正常情況下，熱管散熱器的各種閥門處于關(guān)閉狀態(tài),，來自重力除塵的高爐煤氣直接進入布袋除塵器,，熱管降溫器不工作，處于冷態(tài),。當通過重力除塵器后荒煤氣溫度大于220℃的時候，程序會自動把換熱器管道上的蝶閥打開,，高溫煤氣通過熱管散熱器,。這時高溫煤氣與冷態(tài)設(shè)備內(nèi)的低溫水進行換熱。換熱溫差大,，瞬時可將550℃的煤氣降至200℃左右,，實現(xiàn)應(yīng)急降溫，保證布袋除塵器穩(wěn)定運行,。
6.2.3 設(shè)備運行及使用壽命分析
應(yīng)用于該工段的換熱設(shè)備在設(shè)計上需考慮三個方面的問題,。一是設(shè)備沖刷問題；二是熱應(yīng)力造成設(shè)備損壞問題,；三是積灰問題,。
熱管降溫器(外筒體、內(nèi)筒體兩臺并聯(lián))工作時荒煤氣走熱外筒體與內(nèi)筒體之間的夾套,，煤氣通過熱管降溫器流速為8m/s,，流速較低；煤氣側(cè)熱管鎳基釬焊有縱翅片,，鎳基合金厚度≥0.05mm,，硬度HRC≥56。因此合理的解決煤氣對設(shè)備的沖刷問題,。
熱管散熱器的熱管單支點焊接在內(nèi)筒體壁上,，其熱漲冷縮變形不受約束，避免了應(yīng)力破壞,；外筒體與內(nèi)件也沒有約束點,。因此熱管降溫器不存在熱應(yīng)力造成設(shè)備損壞問題。
熱管具有單管作業(yè)性能,，有一根熱管（即使部分熱管）損壞不會造成換熱的煤氣和水混淆,，對換熱的影響也不大。因此可保證設(shè)備長周期穩(wěn)定運行,。
7.運行費用及占地
熱管降溫器利用水的汽化相變吸收煤氣的熱量（水的汽化潛熱2499KJ/Kg）,，運行時只需消耗少量軟水。首秦2號高爐（2000m2）配套的熱管降溫器工作時每小時只消耗14噸的軟水,。沒有其他消耗,。
熱管降溫器換熱效果好,、體積非常小，占地也非常少,。首秦2號高爐（2000m2）配套的設(shè)備占地36m2,。
8．與列管式降溫器的比較
列管式降溫器結(jié)構(gòu)是上下管板固定列管管束，煤氣走列管內(nèi),，靠風冷和噴水降溫,。其設(shè)備存在以下技術(shù)不足：
（1） 管板固定管束，存在嚴重的熱應(yīng)力造成設(shè)備損壞問題,。
（2） 煤氣與低溫的空氣或低溫的水換熱,，管內(nèi)煤氣達到露點。不可避免的造成管內(nèi)積灰,。
（3） 管外噴水降溫存在兩個問題：一是水噴在管壁上很容易形成水垢,；二是北方冬季冰凍問題無法解決。
熱管式降溫器與列管式降溫器的比較表
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名 稱
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應(yīng)力損失
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積 灰
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換熱效果
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應(yīng)急降溫
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運行費用
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使用問題
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體積
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熱管式
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無
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輕
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好
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較強
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低
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無
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小
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列管式
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有
|
嚴 重
|
一般
|
一般
|
高
|
水垢,、冰凍
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龐大
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9．實際運行數(shù)據(jù)
見微機運行參數(shù)照片
10．結(jié)論
熱管降溫器已在首秦1號高爐（1200 m2）,、2號高爐（2000 m2）等干法除塵系統(tǒng)中應(yīng)用， 降溫效果良好, 沒有發(fā)生布袋因高溫燒損而引起高爐荒煤氣放散的現(xiàn)象, 提高了干法布袋除塵器的可靠性,。
典型用戶：
首鋼集團秦皇島鋼鐵公司
濟南鋼鐵股份有限公司
秦皇島首秦公司
河北首鋼遷安鋼鐵有限公司
太原鋼鐵有限公司
首鋼京唐聯(lián)合鋼鐵有限公司
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