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摘 要

余热资源回收作为节约能源的基本方法之一，越来越成为人们关注的焦点。本文介绍了高炉炼铁行业中提高风温的技术措施，着重介绍了使用热管换热器回收利用烟气余热对助燃空气进行预热的过程。该技术能够有效节约高炉煤气的消耗，同时产生低碳环保等社会效益。热管换热器是目前市场占有率较高的换热器之一，作为一种理想的余热回收换热设备，其具有启动性好、无内阻、无需外加动力等优点。

本文给出了设计一台整体式空预器换热设备的详细过程，通过给出的冷热流体流量以及进出口温度等条件进行设计计算，得到了换热管排数、管节距、管根数等所需数据，同时调整压降、成本在允许范围内，设计要求能够确切完成。对设计中涉及的气密性、泄露、震动、酸露腐蚀等问题进行了分析考虑，同时对热管换热器未来的发展也进行了合理展望。热管换热器以其在节能、环保、节约经费、维护方便等方面的优势，在未来仍然有着较好的发展。

关键词：余热回收 热管换热器 整体式 效益

Design of integral heat pipe heat exchanger for super large blast furnace hot blast stove(air)

ABSTRACT

Recovery of residual heat resource is a basic method of energy saving, which is more and more important in pretreatment. The recovery of residual heat resource is one of the basic methods of energy saving, which has become the focus of attention.This paper introduces the technical measures to raise the air temperature in the blast furnace ironmaking industry, with emphasis on the process of preheating combustion air by using heat pipe heat exchanger to recycle flue gas waste heat. This technology can effectively save large-scale gas consumption and bring social benefits, such as low carbon and environmental protection. Heat pipe heat exchanger is one of the heat exchangers with high market share at present. As an ideal waste heat recovery and heat exchange equipment, it has the advantages of good start-up, no internal resistance, no need for external power, etc.

In this paper, the detailed process of designing an integral air preheater heat exchange equipment is given. When designing and calculating the number of heat exchange tube banks, pipe pitch and number of tubes, the required data, such as cold and hot liquid flow rate and inlet and outlet temperature, shall be provided. At the same time, the pressure drop and cost are adjusted within the allowable range, and the design requirements can be completed exactly. The air tightness, leakage, vibration, acid dew corrosion and other issues involved in the design are analyzed and considered. At the same time, the future development of heat exchangers has been reasonably examined. Heat pipe heat exchanger will still have better development in the future due to its advantages in energy saving, environmental protection, cost saving and convenient maintenance.

Keywords:waste heat recovery;heat pipe exchanger;integrality;benefit

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 本文研究内容及意义 1

第二章 高炉热风炉 2

2.1 高炉热风炉的作用 2

2.2 顶燃式热风炉的工作原理及优势 2

2.3 国内高炉高风温现状 3

第三章 整体式热管换热器 4

3.1 热管结构及工作过程 4

3.2 整体式热管换热器换热流程 5

3.3 预热配置方式 6

3.4 整体式热管换热器在高炉热风炉上的应用 7

3.5 整体式热管换热器的研究与发展 7

第四章 换热器的设计计算 9

4.1 设计要求及设计参数 9

4.2 计算步骤 10

4.3 计算过程 11

4.3.1 计算传热量Q 11

4.3.2 冷空气出口温度及对数平均温差 12

4.3.3 确定迎风面积及迎风面管排数 13

4.3.4 求总传热系数 14

4.3.5 求所需热管数 18

4.3.6 求换热器纵深排数 18

4.3.7 求通过热管换热器的压力降 18

4.3.8 经济核算 20

4.3.9安全性校核 22

第五章 常见问题和解决方案 27

5.1 换热器的设计 27

5.2 翅片积灰 27

5.3 强度和气密性 27

5.4 振动 28

5.5 腐蚀 28

第六章 结论 29

参考文献 30

致谢 33

第一章 绪论

1.1 选题背景

每年我国在钢铁冶金行业的能源消耗量在全国年耗中占比是相对较大的，能够达到20%左右。在全国能源行业发展处于疲态，能源危机日益突出的情况下，如何能利用普遍存在的低热值煤气，达到提高热风炉技术经济指标是需要研究的问题。热风炉是钢铁行业中不可或缺的设备，相当于高炉鼓风的预热器，能够为高炉炼铁连续提供所需的高效、高温热风，然而同时其也是钢铁冶炼行业中耗能占比较大的设备。热风炉通过高炉煤气燃烧产生热量，将热量储存在热风炉内壁的格子砖内，再进行换炉操作，通入即将送入高炉的鼓风，使鼓风吸收格子砖内的热量，温度升至1200℃左右。高炉通常配有3-4座热风炉，采取两烧一送或两烧两送的工作机制。提高风温能有效强化钢铁冶炼效果，成为当前炼铁技术发展的方向。而烟气余热利用技术是有效利用热风炉排出的低品味余热对进炉的较低温煤气或助燃空气进行预热，能有效提高风温，同时减少热风炉内高炉煤气的消耗，节约煤气资源。

1.2 本文研究内容及意义

在实际的生产过程中，要求在保证热管换热器正常运行的条件下，应当尽力提高高炉鼓风温度，同时节约前期经费投入。在实际生产中，炼铁系统中排出的废气带走了可观的显热，造成热能资源的浪费。为实现钢铁行业的节能减排目标、回收热风炉中的大部分低温余热，本文要求设计一台整体式热管换热器，对低温的助燃空气进行预热，提高进炉温度，有利于煤气的燃烧，同时达到节能的目的。

然而整体式热管换热器在超大型高炉热风炉上的应用，受换热器结构限制，如何在设计过程中提高其换热量及换热效率是需要进一步研究的问题。目前大部分采用重力热管换热器进行高炉废气的余热回收，对运行过程中发生的腐蚀、噪音、振动等问题都有了较为全面的解决方案。

第二章 高炉热风炉

2.1 高炉热风炉的作用

热风炉是钢铁冶炼系统中不可缺少的设备，其主要功能是为高炉输送高温高压的热风，技术上要求其加热能力越强、越快就越好。炼铁系统中的热风炉一般使用低热值的高炉煤气加热空气，对外输出热风。

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