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径向热管换热器的工艺特点及其应用实践

马志

(河北钢铁集团 宣钢公司 焦化厂，河北 宣化 075100)

摘 要：分别介绍了干熄焦系统中，轴向和径向热管换热器工艺特点、工艺流程、热交换原理，分析了轴向热管换热器的缺点、径向热管换热器的优点。宣钢干熄焦系统应用径向热管换热器后，能够满足工艺要求，日常生产中不需维护。

关 键 词：径向热管换热器；工艺特点；应用

1 引言

干熄焦工艺中，锅炉给水预热器(副省煤器)设置在循环风机之后，其作用是进一步降低入干熄炉循环气体温度，强化干熄炉内红焦与循环气体的换热效果。给水预热器的设置，降低了干熄炉的气料比和动力消耗，提高了干熄焦的经济性。最初的给水预热器为蛇管间壁式换热器。干熄焦国产化以来，热管换热技术在给水预热器中得到了应用，在降低操作难度、防止露点腐蚀，减少设备维护量上表现优异[1]，逐渐成为给水预热器的主流形式。宣钢5#、6#焦炉干熄焦系统的给水预热器采用了新型径向热管式换热器，在防止露点腐蚀、提高换热效果等方面比普通轴向热管换热器都得到了提高。

2 轴向热管换热器的工艺

2.1 轴向热管工作原理

轴向热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内填充有适当的液态工质，使紧贴热管内壁的吸液芯毛细多孔材料被液态工质充满。热管的一端为蒸发段(加热段)，另一端为冷凝段(蒸发段)，必要时可在蒸发段与冷凝段之间设置绝热段。当热管的一端受热时，吸液芯中的液态工质受热蒸发，工质蒸汽依靠微小的压差流向冷凝段，放出热量后凝结成液体，再依靠毛细力沿吸液芯流回蒸发段。如此循环往复，实现冷热流体的热交换。由于热管中工质的循环动力是毛细力，热管中的热流方向是可逆的，即热管的一端是蒸发段还是冷凝段，取决于其所处的位置是受热还是散热。轴向热管原理如图1所示。

2.2 轴向热管换热器的工艺特点

普通干熄焦热管式给水预热器为整体式轴向热管换热器，由循环气体箱体、锅炉给水集箱、管板(中间隔板)、热管、套管等组成，管板将热管换热器分为循环气体箱体和锅炉给水集箱两部分。热管束作为换热元件穿过隔板横贯循环气体箱体和锅炉给水集箱，在气体箱体内的部分称为加热段，锅炉给水箱体内的部分称为蒸发段，热管自气体箱体向给水集箱向上倾斜式布置。当热循环气体流经循环气体箱体时，热管蒸发段内的工质受热蒸发，工质蒸汽在微小的压差下流向锅炉给水集箱内热管的冷凝段与锅炉给水换热，工质蒸汽释放出热量后凝结成液体，而锅炉给水被加热。液态工质经吸液芯依靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环往复，实现循环气体与锅炉给水的换热。

3 径向热管换热器的工艺特点

3.1 径向热管工作原理

径向热管由同心的内外夹套管组成，内管通过冷流体，外管为一封闭的壳体，紧贴其内壁装有吸液芯，吸液芯内充满液态工质(外管可做成翅片管或光管)。与轴向热管的传热方向为管长方向不同，径向热管的传热方向为径向。当热流体通过外管时，吸液芯中的液态工质受热汽化，依靠压差迅速流向内管外壁，工质蒸汽释放出热量在内管壁上凝结成液体，内管中的冷流体被加热。内管壁上的工质液体靠重力流至外管壁的吸液芯，并借助毛细力充满吸液芯(图3)。这样，工质在内外管的环隙中周而复始地进行着蒸发-冷凝-蒸发的过程，实现了冷热液体的热交换。

3.2 径向热管换热器的工艺特点

径向热管换热器由循环气体箱体、径向热管束、进水集箱、出水集箱、进水管、出水管等组成，径向热管在气体箱体中水平成列放置，一端接进水集箱，另一端接出水集箱。径向热管由外侧夹套管和内侧换热基管构成双层套管结构，夹套管与换热基管间充有热管工质。夹套管外侧和换热基管在气体箱体内的外露部分涂有防腐涂层。径向热管由内管、外管、工作介质组成，外管为一封闭的壳体，内管和外管之间的环状间隙内部被抽成高真空，环隙内封闭有工作介质。烟气热量由管壁传给管内工质，工质蒸发后沿环隙径向流动，与内管中的锅炉给水热交换后冷凝成液体，冷凝液由重力作用返回到外管内壁，如此循环往复，通过工质的相变实现循环气体和锅炉给水的热量的高效传递(图4)。

4 径向热管与轴向热管换热器的比较

4.1 轴向热管换热器的主要缺点

(1)轴向热管换热器中轴向热管经过中间隔板横贯循环气体箱体和锅炉给水集箱，热管与中间隔板的焊接点较多，易出现泄漏，一旦锅炉给水进入循环气体集箱，将会使大量锅炉水进入循环气体中，与红焦发生反应，产生氢和一氧化碳等可燃性气体，威胁干熄焦正常生产。

(2)轴向热管的热流方向为热管长度方向，不凝性气体易在端部凝结，使等温性能受到影响，降低热管的换热性能。

(3)轴向热管换热器由于必须将循环气体与锅炉给水分隔，须做成分箱体形式，设备体积大，占地面积大。

4.2 径向热管换热器的优点[2]

(1)具有良好的等温性。径向热管环隙内蒸汽的饱和压力取决于蒸汽的饱和温度，外管表面温度基本相等。不凝性气体对其影响较小，热管传热性能较好。

(2)能有效控制壁面温度。由于循环气体侧的面积远远大于锅炉给水侧的面积，所以能有效提高热管壁面温度，防止循环气体中硫化物对管壁的露点腐蚀。

(3)设备易维护。由于水路的焊点都在循环气体箱体外侧，出现泄漏，不必完全停止干熄焦生产即可进行维修。

(4)热管损坏对循环气体系统影响小。径向热管的外管出现磨穿和泄漏后，只会使少量的工质进入循环气体中，锅炉给水不会进入循环气体，与红焦反应产生可燃性气体。

(5)设备体积小、布置紧凑。径向热管换热器省去了锅炉给水集箱，设备体积小，布置紧凑。

5 应用效果

径向热管换热器在宣钢干熄焦系统中应用后，能够满足工艺要求，正常生产时干熄炉入口循环气体温度控制在规定温度，日常生产中不需维护，投产一年半后的年修中发现径向热管外表面没有腐蚀现象。径向热管换热器的应用深化了热管换热技术在干熄焦工艺中的发展，对干熄焦工艺的优化和发展具有积极意义。

参 考 文 献

[1]   周绪祥.热管换热器在干熄焦系统中的应用[J].燃料与化工，2007，38(5)：45～25.

[2]   蒋丽芬.热管的发展及在工业生产中的应用[J].化工技术与开发，2003，32(5)：37.