分离式热管换热器蒸发段倾角参数研究

分离式热管换热器作为一种新型的、适合大型化的换热设备，在烟气余热回收中具有越来越重要的作用。其蒸发段与冷凝段分离布置，具有占地面积小、布置灵活、最大限度回收烟气余热和节约能源的特点。以前，许多学者对分离式热管换热器蒸发段在垂直或倾斜布置的条件下，分别对影响热管系统传热特性和流动特性的因素进行了系统研究[1～3]，但是对于分离式热管换热器蒸发段倾斜角度（倾角）的布置对热管系统传热特性、流动特性、磨损和积灰特性等方面综合影响的研究尚不充分，尤其是在磨损强度较大的循环流化床（Circulating Fluidized Bed，CFB）锅炉烟气余热回收的工艺应用中。本文结合以往学者对分离式热管换热器的研究，以东方电厂490 t/h CFB锅炉烟气余热回收工艺为研究对象，综合考虑了倾角对分离式热管换热器蒸发段传热特性、流动特性、磨损和积灰特性等方面的影响，确定了最佳倾角设计范围，其研究结果将对分离式热管换热器在CFB锅炉烟气余热回收装置设计优化时提供一定的参考和借鉴。
1·分离式热管换热器烟气余热回收工艺应用
分离式热管换热器由于具有占地面积小、可灵活布置、换热效率高等优点在烟气余热回收利用中得到了广泛地应用。CFB锅炉燃烧温度较低，且采用石灰石进行炉内脱硫，因而烟气酸露点温度较低，为分离式热管换热器高效、安全地回收烟气余热提供了必要条件。
东方电厂490 t/hCFB锅炉烟气余热回收工艺采用两级烟气冷却器回收低温烟气余热。第一级烟气冷却器即分离式热管换热器，布置于末级空气预热器下方，分离式热管换热器蒸发段布置在尾部烟道内，其冷凝段布置在尾部烟道外的侧面平台上，蒸发段和冷凝段相对应的联箱通过蒸汽上升管和冷凝液下降管连接，构成各自独立的封闭系统。尾部烟道内低温烟气自上而下，依次横向掠过空气预热器和分离式热管换热器蒸发段，排烟经排烟通道进入除尘器。一、二次冷空气进入分离式热管换热器冷凝段经预热升温后，分别进入一、二次风热风道；第二级烟气冷却器即烟气深度冷却器，布置于除尘器之后，从低压加热器抽取凝结水作为烟气深度冷却器工质进行换热，吸收热量后再汇入上级低压加热器入口，可以减少汽轮机抽汽，从而提高机组效率。进入烟气深度冷却器的凝结水必须保证合理的入口温度，以确保烟气深度冷却器低温段发生有限速率的低温腐蚀，具体实施措施可采用两级低压加热器出口凝结水混合以及凝结水再循环系统。此工艺可极大限度地回收低品位烟气余热[4～7]。烟气余热回收工艺流程如图1所示。

为充分利用空气预热器底部空间、回收烟气余热，综合考虑分离式热管换热器蒸发段传热特性、流动特性、磨损和积灰特性等因素，分离式热管换热器蒸发段设计为V型结构，其侧视结构示意图如图2所示。

2·分离式热管换热器蒸发段倾角参数研究
针对东方电厂CFB锅炉烟气余热回收工艺方案，对倾角与分离式热管换热器蒸发段传热特性、流动特性、磨损和积灰特性等方面关联特性进行了分析。
2.1倾角对蒸发段传热特性的影响
研究表明，随倾角增大，换热系数先逐渐增大后又逐渐减小。倾角大于7°后，换热系数随倾角增大而增加的趋势逐渐变缓，倾角在16°~18°时换热系数达到最大值，之后又有所下降，但倾角在7°~30°范围内，换热系数变化幅度很小[1]。