江苏索普(集团)有限公司采用20世纪90年代的先进生产工艺羰基合成法生产醋酸。其中一氧化碳原料气是由氧气、二氧化碳、焦炭在一氧化碳造气炉中反应生成的。产出的气体温度高达600～700℃。为合理利用能源,分二段来回收能量。这部分气体首先进入余热锅炉(一种挠性管板式列管换热设备,产0
63ＭＰａ的蒸汽)放出热量,出余热锅炉的气体温度为220℃,再进入两相闭式热虹吸管(重力热管)换热器,进一步回收热能,然后送到洗气塔洗涤、冷却,最后送往气柜本文介绍的就是重力热管换热器(简称热管)在该流程中的工业应用。
1结构
重力热管换热器以水为工质,按工作温度划分应划分为中温热管换热器。由于是气
气换热故在热管加热段和冷却段均焊有高频焊翅片以扩展传热面,解决了气体传热系数小的问题,并可使设备结构紧凑(图1)。该热管管壳材料为10#钢或20#钢,翅片材料为Ｑ235Ａ。热侧气体为造气炉内燃烧反应产生的一氧化碳气体,其中含少量的未反应完的二氧化碳气体;冷侧为进炉参加反应的原料气(ＣＯ2+Ｏ2)。为防止冷热气体互混换热器的结构采用了双隔板结构。
2工作原理
该热管换热器应用了依靠重力使冷凝液回流到蒸发段的原理:将工作介质充入抽成高真空的管壳内,然后加以密封,一端为蒸发段,而另一端为冷却段(图2)。当一端受热时,液体状的工作介质吸收热量气化成蒸汽,蒸汽流向另一端,在另一端由于受到冷却使蒸汽释放气化潜热凝结成液体,液体在重力(或沿多孔材料在毛细力)的作用下,回流到蒸发端并再次气化,如此反复循环,连续不断地将热量由一端传至另一端。
3特征
该热管具有以下特征:ａ.管内为高真空,工作介质极易蒸发气化;ｂ.管内传热热阻很小,能以较小的温差获得较大的传热率;ｃ.工作时管内为汽、液两相共存,且为饱和蒸汽,有优良的等温性能;ｄ.冷热流体之间的换热均在管外进行,能方便地进行传热强化;ｅ.每一根热管都独立工作。即使某根热管或数根热管的管壁破损,都不会发生冷热流体的互混现象;ｆ.由于热管的端部不受约束,在高温条件下,也不存在因热膨胀而产生热应力破坏的问题,经久耐用,安全可靠。
4应用情况
该重力换热器于1997年10月在江苏索普集团有限公司醋酸厂投入运行,至今运行情况良好,从未发生冷热气体互混现象。另外,提高了气化剂入炉温度,从而减少了原材料的消耗,同时降低了煤气温度,减轻了洗气塔的冷却负担,单台换热器的有关数据见表1。气化剂吸收热量Ｑ=ＷＣ(ｔ2-ｔ1)=3119×0.98(393-303)=275096ｋＪ
ｈ,0.7ＭＰａ(绝)蒸汽的汽化热约为2080ｋＪ
ｋｇ,单价约为100元/ｔ。单台热管换热器相当于节省蒸汽:275096/2080=132.3ｋｇ
ｈ(假设蒸汽汽化热全部被吸收),以每年生产330天计算,相当于节省蒸汽:132
3×24×330=1048ｔ,年产生效益1048×100=10.48万元。江苏索普集团有限公司共有5套造气炉生产装置,每年产生效益为10
48×5=52.4万元。
5结束语
热管换热器在一氧化碳造气炉装置中的成功应用,实现了节能降耗的目标,产生的经济效益是非常可观的。笔者认为在一氧化碳造气炉出口的第一段余热回收中,将余热锅炉改用热管式余热锅炉更妥,因在高温条件下热管不存在因热膨胀而产生热应力破坏的问题,可大大延长设备的使用寿命(目前在役的余热锅炉寿命仅为1～2年)。
