| HNG系列熱管散熱器是北京首鋼設(shè)計(jì)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(tuán)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(xiàng)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?yàn)楹瑝m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(hào)（1200 m3）高爐干法除塵工藝成功運(yùn)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(fēng)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(shí)煤氣進(jìn)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(dāng)高爐操作不正常時(shí)，煤氣進(jìn)入布袋前溫度達(dá)300℃左右，特別在高爐故障時(shí)，瞬時(shí)溫度高達(dá)550℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了布袋所能承受的溫度，造成布袋燒損，嚴(yán)重影響布袋除塵器的可靠運(yùn)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(hào)高爐（2000 m3）干法除塵項(xiàng)目的實(shí)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(hào)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(dòng)化檢測(cè)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(jìn)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(shí)測(cè)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(jì)，進(jìn)入高爐煤氣柜前設(shè)噴水降溫。
箱體列式布置，共設(shè)14個(gè)箱體，生產(chǎn)時(shí)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(shí)由脈沖閥啟動(dòng)高壓氣體向?yàn)V袋內(nèi)噴射，使濾袋急遽膨脹、抖動(dòng)而掉落?；叶分械母苫颐刻於〞r(shí)排放，采用氣力排灰輸送方法各箱體的灰輸送至一個(gè)大灰倉儲(chǔ)存，每天集中由罐車裝車運(yùn)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(shí)允許到260℃。因此溫度調(diào)節(jié)和控制十分重要。本設(shè)計(jì)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(shí)煤氣溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，可以直接進(jìn)入布袋，當(dāng)高爐生產(chǎn)出現(xiàn)溫度過高時(shí)，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(jìn)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(jìn)入布袋除塵器；當(dāng)通過重力除塵器后荒煤氣溫度大于220℃的時(shí)候，程序會(huì)自動(dòng)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(jìn)入布袋除塵器進(jìn)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(hào)高爐兩臺(tái)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(shí)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(diǎn)
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(shí)對(duì)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(shí)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(jìn)入布袋除塵器，熱管降溫器不工作，處于冷態(tài)。當(dāng)通過重力除塵器后荒煤氣溫度大于220℃的時(shí)候，程序會(huì)自動(dòng)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(shí)高溫煤氣與冷態(tài)設(shè)備內(nèi)的低溫水進(jìn)行換熱。換熱溫差大，瞬時(shí)可將550℃的煤氣降至200℃左右，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急降溫，保證布袋除塵器穩(wěn)定運(yùn)行。
6.2.3 設(shè)備運(yùn)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(jì)上需考慮三個(gè)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(tái)并聯(lián))工作時(shí)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(duì)設(shè)備的沖刷問題。
熱管散熱器的熱管單支點(diǎn)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(diǎn)。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(huì)造成換熱的煤氣和水混淆，對(duì)換熱的影響也不大。因此可保證設(shè)備長周期穩(wěn)定運(yùn)行。
7.運(yùn)行費(fèi)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(yùn)行時(shí)只需消耗少量軟水。首秦2號(hào)高爐（2000m2）配套的熱管降溫器工作時(shí)每小時(shí)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(hào)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(fēng)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(yán)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(dá)到露點(diǎn)。不可避免的造成管內(nèi)積灰。
（3） 管外噴水降溫存在兩個(gè)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(yùn)行費(fèi)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(qiáng)
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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
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嚴(yán) 重
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一般
|
一般
|
高
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水垢、冰凍
|
龐大
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9．實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)
見微機(jī)運(yùn)行參數(shù)照片
10．結(jié)論
熱管降溫器已在首秦1號(hào)高爐（1200 m2）、2號(hào)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?zé)龘p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(tuán)秦皇島鋼鐵公司
濟(jì)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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