超導(dǎo)熱管式預(yù)熱器在常壓爐的工業(yè)應(yīng)用

常壓爐是煉油廠常減壓蒸餾裝置的重要設(shè)備之一，也是裝置主要的耗能設(shè)備，其能耗占常減壓蒸餾裝置總能耗的50%以上。洛陽(yáng)石油化工總廠常減壓蒸餾裝置常壓爐設(shè)計(jì)負(fù)荷為27.9MW,目前實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為34.9MW，在目前滿負(fù)荷運(yùn)行工況下．從常壓爐對(duì)流室出來(lái)的煙氣排煙溫度為350℃左右，流量為67dma3/h，攜帶熱量為6.98MW，該熱量占常壓爐負(fù)荷的20%，占裝置總能耗的15%。這部分熱量?jī)r(jià)值可觀，能否有效回收對(duì)常減壓蒸餾裝置達(dá)標(biāo)和節(jié)能降耗工作至關(guān)重要。

◆改造前余熱回收系統(tǒng)預(yù)熱器存在問(wèn)題
原設(shè)計(jì)余熱回收系統(tǒng)采用的是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，該預(yù)熱器存在以下問(wèn)題：
一、漏風(fēng)量大。由于回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器的轉(zhuǎn)動(dòng)面和固定面存在空隙，再加上空氣側(cè)和煙氣側(cè)存在較大壓差，這樣易使空氣在轉(zhuǎn)子處發(fā)生“短路”，且由于長(zhǎng)周期的運(yùn)行產(chǎn)生的變形磨損和腐蝕，往往造成實(shí)際漏風(fēng)系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)漏風(fēng)系數(shù)．最大漏風(fēng)量可達(dá)30%左右，這樣也就造成了不必要的能量浪費(fèi)。
二、故障率較高。由于回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器轉(zhuǎn)動(dòng)部件校多，如轉(zhuǎn)子、齒輪油泵、減速器、齒輪箱等，為維持這些轉(zhuǎn)動(dòng)部件正常運(yùn)行，還需要配備復(fù)雜的潤(rùn)滑管路系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于蓄熱片積灰造成轉(zhuǎn)子失去動(dòng)平衡或蓄熱片脫落卡住造成驅(qū)動(dòng)電機(jī)跳閘，潤(rùn)滑管路泄漏，轉(zhuǎn)子軸承失效等故障經(jīng)常發(fā)生，如1997年全年預(yù)熱器各類故障達(dá)12次，非正常停運(yùn)時(shí)間52d，嚴(yán)重影響了裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)，成為威脅裝置安全生產(chǎn)的一大隱患。
三、壓力降大。多層波紋形狀的蓄勢(shì)片相互疊加構(gòu)成了回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器的傳熱主體，蓄熱片的波紋形狀顯然增加了傳熱面積和傳熱系數(shù)，但也同時(shí)增加了預(yù)熱器的壓力降，且由于燃料油中含有大量的金屬鹽類雜質(zhì)（如Fe, Ni，Na, Ca, Mg, V等）和浮塵，燃燒后吸附在高溫?zé)煔庵写罅康奶剂Ｗ由?，到達(dá)空氣預(yù)熱器時(shí)，流速降低，溫度降低，就凝結(jié)、吸附在蓄熱片上，逐漸積累，產(chǎn)生灰垢。由于蓄熱片的波紋形狀加之積灰粘性極強(qiáng)，一般的吹灰方法很難將灰垢較好的除去，因而產(chǎn)生流道堵塞，增加了預(yù)熱器的壓力降，降低了熱導(dǎo)率。同時(shí)這些灰垢附著在蓄熱片上，易產(chǎn)生垢下腐蝕，造成蓄熱片脫落，影響預(yù)熱器安全運(yùn)行。
四、露點(diǎn)腐蝕。該廠常壓爐煙氣的露點(diǎn)溫度一般為140~150℃，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器其蓄熱轉(zhuǎn)子的蓄熱片不斷的運(yùn)動(dòng)于空氣（冷端0~100℃）和煙氣（熱端180~350℃）之間，其蓄熱片在不斷加熱和冷卻過(guò)程中每運(yùn)轉(zhuǎn)一圈將受到兩次露點(diǎn)腐蝕，往往蓄熱片運(yùn)行一年已經(jīng)腐蝕不堪，必須整體更換。所以露點(diǎn)腐蝕是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器難以躲過(guò)的致命弱點(diǎn)。
由于以上原因，造成回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器熱回收率較低，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器實(shí)際運(yùn)行熱回收率只有4% ~5%，低于其6%~8%的設(shè)計(jì)熱回收率也低于一般余熱回收系統(tǒng)7%~10%的熱回收率。

余熱回收系統(tǒng)改造后的運(yùn)行及效果
一、余熱回收系統(tǒng)運(yùn)行情況
余熱回收系統(tǒng)改造后安全運(yùn)行了近兩年，未出現(xiàn)任何故障，節(jié)能效果良好，排煙溫度降低了35~70℃，空氣預(yù)熱器溫度提高了60~100℃，爐子熱效率提高了5~8個(gè)百分點(diǎn)。其改造前后對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

超導(dǎo)熱管空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)上未考慮吹灰設(shè)施，機(jī)構(gòu)上雖可防止集灰，但效果不大，運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)空氣入爐溫度有所下降，而煙氣出爐溫度稍有上升，判斷為熱管積灰。以后設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)考慮安裝合適的吹灰設(shè)施。

結(jié)論
通過(guò)多年來(lái)的工業(yè)應(yīng)用證明，超導(dǎo)熱管空氣預(yù)熱器具有技術(shù)先進(jìn)，節(jié)能效果顯著，運(yùn)行安全可靠，故障率低，傳熱效率高，熱回收率高等優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)極具潛力的新技術(shù)，具有國(guó)際領(lǐng)先水平和廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

二、經(jīng)濟(jì)效益
（1）更換為超導(dǎo)熱管空氣預(yù)熱器后，原預(yù)熱系統(tǒng)除鼓、引風(fēng)機(jī)外其它動(dòng)力系統(tǒng)及潤(rùn)滑油系統(tǒng)全部不需要，節(jié)省動(dòng)力費(fèi)4×RMB￥，節(jié)省運(yùn)行維護(hù)費(fèi)20×RMB￥。
（2）過(guò)去回轉(zhuǎn)預(yù)熱器每次檢修需進(jìn)行蓄熱片的更換，備件需20×RMB￥左右，而熱管一般在5年內(nèi)不需修理。
（3）采用熱管預(yù)熱器后將能有效地防止露點(diǎn)腐蝕及灰堵，從而避免了因預(yù)熱器故障造成的預(yù)熱系統(tǒng)切除，因此產(chǎn)生較好的效益。
（4）超導(dǎo)熱管預(yù)熱器年節(jié)約燃料油1500t，折合人民幣150×RMB￥左右。投資回收期只有8個(gè)月。

一、工作原理
超導(dǎo)熱管的工作介質(zhì)由多種無(wú)機(jī)活性金屬及其化合物混合而成，具有超常的熱活性和熱敏感性，遇熱而吸，遇冷而放。這種熱超導(dǎo)工質(zhì)在一定溫度下被激活，并以分子震蕩形式來(lái)傳遞熱量，它超強(qiáng)導(dǎo)熱性能使其導(dǎo)熱系數(shù)是一般金屬的一萬(wàn)倍左右，是水熱管的十倍左右，在傳導(dǎo)方向上幾乎沒(méi)有溫度的衰減并能以極快的速度傳遞（超音速傳遞）。
二、特點(diǎn)
超導(dǎo)熱管與普通熱管相比具有如下特點(diǎn)：
（l)適用范圍廣。適用溫度為60一1000℃，而一般液體工質(zhì)如水，只能用于100一350℃。溫壓曲線如圖1 。
（2）安全可靠。不存在管內(nèi)超壓?jiǎn)栴}，不怕干燒。液體工質(zhì)汽化后，隨著溫度升高飽和蒸汽壓也升高，而超導(dǎo)介質(zhì)熱管的內(nèi)壓兒乎不隨溫度度的變化而變化，如圖1 。

圖1 熱管工作的溫壓曲線

（3)節(jié)省鋼材，優(yōu)化傳熱。設(shè)計(jì)上可不考慮耐壓強(qiáng)度，只考慮傳熱性能、耐腐蝕和穩(wěn)定性即可。
（4）可消除導(dǎo)熱死區(qū)。水及其它液體工質(zhì)在高溫相變過(guò)程中和母管金屬有不同形式的化學(xué)反應(yīng)，如水熱管內(nèi)就易產(chǎn)生氫氣等不凝氣體，從而在熱管上部形成導(dǎo)熱死區(qū)，影響傳熱效果，而超導(dǎo)介質(zhì)熱管不存在此問(wèn)題。
（5）安裝方便，不受安裝位置限制。一般熱管必須依靠重力實(shí)現(xiàn)液體的循環(huán)（稱重力式熱管）。超導(dǎo)熱管可任意安裝，只要有溫差就可傳熱。
（6）良好的導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱速度快，強(qiáng)度大，效率高，超導(dǎo)熱管熱量的傳遞隨著溫差增加而增加，一般液體工質(zhì)其汽相速度不能超過(guò)音速，一旦達(dá)到音速，即出現(xiàn)“阻塞”現(xiàn)象，如圖2。

圖2 熱管熱傳遞速率

（7）具有良好的等溫性。試驗(yàn)證明，一根長(zhǎng)4M的超導(dǎo)熱管，其一端置于100℃的熱水中，另一端置于無(wú)風(fēng)的大氣中，熱、冷兩端溫差不大于1℃；而同樣條件下的一般液體工質(zhì)熱管，熱、冷兩端溫差高達(dá)3～4℃。這說(shuō)明超導(dǎo)熱管具有良好的等溫性，即可在很小的溫差下，傳遞很大的熱通量，傳熱阻力小。
（8）由于不考慮內(nèi)壓，超導(dǎo)熱管形狀具有更大的靈活性，具有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。