文 献 综 述

能源是人类社会发展的重要基础资源。人类目前正在大规模使用的石油、天然气、煤炭等化石资源是非再生能源，它们在地球地质年代形成，在人类可预期的时间内不能再生。就目前已探明的储量而言，势必有枯竭之日。据资料介绍，以目前储量计算，全世界石油还可以开采40.6年，天然气还可以开采65.1年，煤炭还可以开采155年^[1]。因此，节约能源，善用能源，提高能源利用率及单位能源产生的综合经济效益，是目前在能源消耗过程中必须解决的现实问题。

我国是一个能源总量比较丰富的国家，能源生产总量居世界第二位，但人均能源储量远远低于世界平均水平，整体的能源使用效率相对于发达国家严重偏低，只相当于节能水平最高国家的50%左右^[2]。面对这个现实，节约能源不仅是一件十分迫切的任务，而且是一项大有作为的事业。据有关资料介绍，如果采取有效的节能措施，提高能源的有效利用率20%，节能的能源数量将达到目前已知的天然气储量^[1]。

鉴于我国人口多、能源资源特别是优质能源资源有限, 以及正处于工业化进程中等情况, 应特别注意依靠科技进步和政策引导, 提高能源效率, 寻求能源的清洁化利用, 积极倡导能源、环境和经济的可持续发展^[3]。

1.工业锅炉烟气余热回收现状

锅炉省煤器是利用排烟部分的余热对锅炉给水进行预加热，提高给水温度的节能设备。它的主要作用是回收烟气余热，提高给水温度，减少排烟温度的损失，提高锅炉效率。省煤器最初用于燃油锅炉上，目的是节省燃油消耗，故称为省油器^[4]。在现代锅炉中，省煤器已成为不可缺少的一部分。在低压锅炉中，省煤器的装饰主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，一般仍不可能取消对流锅炉管束。在中压，特别是高压和超高压锅炉中，由于给水温度高，并采用了空气预热器，因此，省煤器的应用主要是为了减少蒸发受热面，以价廉的省煤器受热面来代替价昂的蒸发受热面。此外，对锅筒式锅炉而言，尤其是工业锅炉，给水经省煤器提高温度后再进入锅筒，也减轻了锅筒所承受的热应力的影响^[5-6]。工业燃煤锅炉的平均热效率只有67%，近25%的热能通过烟气排放到大气当中，排烟温度高达200℃以上，既污染了环境，又浪费了宝贵的烟气余热资源。因此许多大型锅炉均有安装铸铁或不锈钢材质的壳管式省煤器，用来回收烟气余热，预热锅炉给水。但是由于煤炭的含硫量较高，燃烧时通常会产生硫氧化物，与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽。当省煤器的金属管壁温度低于硫酸蒸汽的凝结点（称为酸露点），就会在其表面形成液态硫酸（称为结露）。长期以来，传统壳管式省煤器由于结露而引起的腐蚀，甚至穿孔现象时常发生，严重影响锅炉的运行安全，所以目前的锅炉都是通过提高排烟温度来缓解结露和腐蚀现象的产生，烟气温度居高不下。加之这类省煤器的体积庞大、烟气阻力大，容易积灰、堵灰，换热效率逐年降低，使用寿命短，经常要清灰，因此中小型锅炉很少使用，大型锅炉使用一段时间后，因积灰堵灰严重而基本不用，任由高温烟气带走热量，浪费能源^[7-11]。锅炉烟气温度每下降15～18℃可以提高锅炉效率1％，因此降低锅炉烟气温度已成为锅炉节能的一个重要途径，同时又必须解决换热管低温腐蚀的难题，于是热管式省煤器便应用而生^[12-13]。

2.热管式省煤器的优越性^[14-16]
（1）换热效率高。 热管是靠工质相变时吸收和释放汽化潜热，以及工质流动来传导热量的，导热率很高，其导热能力是同等银导热能力的2000倍、紫铜的6000倍。
（2）等温性能好。 热管内腔处于饱和状态的蒸汽由蒸发段流向冷凝段的压力差很小，因而整根热管的温差很小（只有1℃左右）。热管工作的壁面温度较高，远离酸露点及低温腐蚀区域，从根本上避免了结露腐蚀和堵灰现象的出现，大幅度降低设备的维护成本，不需要经常清灰，且清灰方便。

（3）流动阻力小。 由于热管式省煤器设计结构紧凑、换热方式灵活，而且体积小、重量轻、占地少，烟气阻损只有300Pa左右，因此，非常适合各种型号锅炉的烟气余热回收使用。
（4）工作安全可靠。由于热管工作不需要动力，无运动部件，不产生噪音，冷热流体均在管外流动，且通过隔板完全分开，单根热管独立工作，互不影响，易拆卸更换，即使单根热管失效，也决不会发生冷热流体的掺杂，危机锅炉的运行安全。所以热管省煤器用于易然、易爆、腐蚀、多尘等流体的换热场合具有很高的安全可靠性，使用寿命很长，这也是热管能用于宇宙空间的主要原因。
（5）壁温可调可控。 对于腐蚀性较强的烟气，可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来控制热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域，远离烟气酸露腐蚀。因此使用热管式余热锅炉可彻底解决锅炉低温腐蚀难题，进一步大幅度降低锅炉排烟温度，回收更多的中低温热能^[17]。
因此使用热管式省煤器代替壳管式省煤器是技术可行、经济实惠的方案，是锅炉烟气余热回收技术和省煤器设备行业的革命性替代产品，非常适合燃煤锅炉回收高温烟气余热资源^[18-20]。

图1 热管省煤器工作示意图 图2 热管省煤器