邵 君

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

淺談熱回收器的原理及應(yīng)用

邵 君

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

生產(chǎn)系統(tǒng)化工廢熱回收可以為廠區(qū)和生活區(qū)冬季采暖提供熱源，在一定程度上創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，其中的主要設(shè)備在于熱回收器，本文介紹了熱回收器的分類、工作原理及應(yīng)用，同時(shí)對(duì)我公司采用的高效噴射式熱交換器回收化工廢熱的工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了闡述。

熱回收器；工藝流程；余熱；熱源；節(jié)能降耗

1 項(xiàng)目背景

廠區(qū)廢熱回收采暖和生產(chǎn)系統(tǒng)化工廢熱回收利用項(xiàng)目是唐山三友化工股份有限公司技改技措新項(xiàng)目，此項(xiàng)目以重堿車間循環(huán)冷卻水回水及煅燒后產(chǎn)生的廢氣為熱源，采用熱回收器對(duì)廠區(qū)和生活區(qū)冬季采暖循環(huán)水進(jìn)行加熱，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施過程均遵循了循環(huán)經(jīng)濟(jì)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約降耗、環(huán)保安全等原則，是我公司循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念的典型實(shí)例。

以生產(chǎn)系統(tǒng)化工廢熱回收為例，此項(xiàng)目分兩部分：

第一部分：純堿生產(chǎn)重堿車間螺旋板換熱器循環(huán)冷卻水回水溫度為55 ℃左右，通過廠區(qū)冷卻循環(huán)回水管網(wǎng)送至冷卻塔進(jìn)行冷卻。為了節(jié)約能源，純堿公司把螺旋板換熱器循環(huán)冷卻回水的熱量進(jìn)行回收，送至電廠加熱采暖，后又回流至冷卻塔，被加熱的采暖水用于開發(fā)區(qū)冬季采暖。

本項(xiàng)目在現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置區(qū)內(nèi)，利用生產(chǎn)裝置提供的廢熱回水，新敷設(shè)兩條輸水管道，電廠增加熱泵回收裝置進(jìn)行熱量回收，實(shí)現(xiàn)利用廢熱回水采暖，降低能耗。

第二部分：純堿生產(chǎn)重灰工序、三效蒸發(fā)工序產(chǎn)生大量的低品位的廢熱蒸汽，經(jīng)過回收用于采暖后，仍有剩余。在現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置區(qū)內(nèi)，新建一套回收裝置和換熱裝置，利用純堿廢熱加熱脫鹽水，降低能耗，使集團(tuán)整體利益最大化。

2 熱回收器簡介

換熱器是用于將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器、熱回收器，是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等使用，應(yīng)用十分廣泛，在生產(chǎn)中占有重要地位。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。其中混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場(chǎng)合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。

按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：

冷卻塔(或稱冷水塔)：在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進(jìn)行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)：在工業(yè)上用這種設(shè)備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多?？照{(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認(rèn)為是它的一種特殊形式。

噴射式熱交換器：在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進(jìn)行傳熱，并一同進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管的出口達(dá)到同一壓力和溫度后送給用戶。

混合式冷凝器：這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。

3 噴射式熱交換器的應(yīng)用

我公司廠區(qū)廢熱回收采暖和生產(chǎn)系統(tǒng)化工廢熱回收利用項(xiàng)目采用噴射式熱交換器，熱交換過程如圖1所示，當(dāng)液體(工作流體)通過噴嘴時(shí)，在其出口形成一定的低壓，從而將蒸汽(吸入流體)吸入，與液體(工作流體)一起經(jīng)混合管進(jìn)一步混合，以達(dá)到加熱的目的。被加熱到要求溫度的液體，則從加熱器出口端流出。噴射式熱交換器的設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要由以下幾部分組成：上部排汽筒體、錐段、噴嘴部分、中間筒體、下部排水筒體、支撐結(jié)構(gòu)等。內(nèi)部介質(zhì)流動(dòng)方向如箭頭所示，軟水由軟水進(jìn)口a進(jìn)入，廢氣由廢氣進(jìn)口c進(jìn)入，軟水經(jīng)過噴嘴部件時(shí)，在其出口形成一定的低壓，變成噴霧狀的水汽，與風(fēng)機(jī)出口來的廢蒸汽一起經(jīng)混合段混合，進(jìn)行接觸熱交換，冷水吸熱變成熱水同時(shí)在重力作用下，由軟水出口b排出，未進(jìn)行熱交換的廢氣和熱交換完成后摻雜小水珠的廢氣直接由廢氣出口d排出，如此循環(huán)，完成了整個(gè)熱交換過程。

圖1 熱回收器工作原理示意圖

圖2 噴射式熱交換器結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我公司需確定現(xiàn)有廢氣是否滿足換熱要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及查閱相關(guān)資料可以確定：額定排氣量12 000+20 000=32 000 N·m3/h，排氣壓力約為2 kPa(G)，溫度75 ℃，查得蒸汽分壓力為38.6 kPa(a)，該壓力下的密度為0.24 m3/kg，回水量為300 m3/h，將回水由55 ℃加熱到70 ℃，需用蒸汽量9 t/h,我公司廢氣中含有的蒸汽量計(jì)算過程如下：

V汽=11 992 N·m3/h

V2=39 998 m3/h

m=ρv=0.24×1 000×39 998=9.6 t/h

經(jīng)過上述計(jì)算可以得知，我公司廢氣中的蒸汽量完全可以滿足換熱要求。

4 結(jié)構(gòu)分析

設(shè)備本體結(jié)構(gòu)分析：如圖2所示，排風(fēng)筒有變徑段，在流量不變的前提下，變徑段可以有效增加流體流速，提高流體霧化率，氣液混合換熱過程中進(jìn)一步回收廢氣余熱。但是變徑造成了設(shè)備整體頭重腳輕，小直徑下端與桶體焊接處剪力大，受風(fēng)載荷與地震載荷影響易發(fā)生折斷，故在小直徑段與變徑段外側(cè)加一直筒段，分散受力，增加強(qiáng)度，使設(shè)備整體性強(qiáng)度更好。

設(shè)備安裝定位：受廠區(qū)現(xiàn)場(chǎng)條件限制，設(shè)備安裝位置較高，三友廠區(qū)地鄰渤海，風(fēng)載荷與地震載荷較大，故需對(duì)其進(jìn)行風(fēng)彎矩與地震彎矩計(jì)算。將設(shè)備分六段進(jìn)行計(jì)算，其中三個(gè)截面受力較大，計(jì)算結(jié)果如圖3所示，故對(duì)截面1-1與截面2-2處桶體焊接支耳，土建專業(yè)做框架進(jìn)行支撐，將力通過鋼結(jié)構(gòu)分散開，截面3-3做限位，限位距離15 mm。

圖3 熱回收器風(fēng)載荷地震載荷示意圖

5 總 結(jié)

噴射式熱交換器作為高效換熱器，以其特有的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，利用化工廢氣余熱將冷水變成熱水供應(yīng)到各個(gè)廠區(qū)及附近地區(qū)，供熱效果良好，從而達(dá)到了節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用的目的，理論上可節(jié)約低壓蒸汽9 t/h，按一個(gè)采暖季計(jì)，每年可節(jié)約蒸汽50 000 t，經(jīng)濟(jì)效益可觀。同時(shí)，將廢氣中的污染顆粒大面積的帶回到軟水中起到了保護(hù)環(huán)境的作用。

[1] 陳敏恒, 叢德滋, 方圖南.化工原理(上冊(cè))[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006

[2] 史美中,王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì)[M].南京：東南大學(xué)出版社,2003

[3] 曲文海.壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000

TQ114.15

B

1005-8370(2017)04-41-03

2017-02-24

邵君(1987—)，2011年畢業(yè)于燕山大學(xué)。2011年至今在唐山三友化工股份有限公司工作，助理工程師。