1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

资源制约国家的发展，也是人类赖以生存的必要条件，资源的开发及其利用影响着一个国家的发展。保证资源稳定开发。现在是、将来仍然是每个国家发展战略的重中之重^[1]。随经济不断发展，对于资源的需求量也在不断增加，在社会的各领域都在不断的改良消耗方式回收资源，充分的利用资源，随着经济发展和社会进步，对于能源的依赖性也越来越强，我国人口众多、资源特别是优质能源有限, 我国正处于工业化进程中等情况, 应注意科技进步和政策引导, 提高能源效率, 能源的清洁化利用, 积极倡导能源和经济的可持续发展。

我国对资源的使用效率低，资源使用系统的技术和管理系统的落后的局面没有得到根本转变。提高使用效率，完善余热回收系统及技术才能缓解我国能源枯竭问题的根本途径^[2]。工业废气资源没有得到充分利用，在工业废蒸汽利用方面我国很大的潜力。以节能减排为目标的技术改革和结构改造的工作重中之重^[3]，现在工业锅炉或者电站锅炉的炉窑都应安装空气预热器以及改造现有的回收装置充分利用废蒸汽也可以达到节能减排的目标。

1.1 我国余热资源的概况

我国现在属于发展中国家，特别是工业发展迅速产量不断增加，燃料的需求量也在增加，但是生产效益不是很乐观^[4]。在工业生产中，使用的加热炉、转炉、反射炉等这些锅炉消耗大量的燃料，但是他们的热效率只有30%，其余的热量被高温烟气、炉渣、蒸汽带走了60%，普遍存在着废气浪费^[5]，造成废气浪费严重的现象，各行业的余热资源如表1所示^[6]。

表1 各行各业的余热资源概况

我国的余热资源十分丰富，很大潜力^[7]。据统计我国各种工业炉大概95万台，能耗占我国工业能耗35%以上，其中还有大量的资源被浪费例如冶金、钢铁行业的余热占总燃料产生热量的1/3、建筑材料占40%这些行业余热资源丰富^[8]，回收余热资源间接的降低了成本并且余热资源还可在生活区提供取暖、加热助燃空气等，所以现在各领域也都注视到余热资源价值。冶金行业也开始回收余热安装了换热器、余热锅炉、等设备回收余热，回收的余热主要用于加热入炉的助燃空气等。经过十年的努力开发出了新的回收技术有高炉余压发热技术、副产煤气回收技术、燃结余热技术等^[9]。以宝钢为例该公司现在余热回收量和以前的余热回收量相比提高了86%^[10]。其余的行业也都开始陆续的回收利用余热资源来降低燃料成本，提高生产效益。我国近几年对于余热的开发技术不断进步有工业炉余热利用技术、余热锅炉技术等^[11]。余热资源已经被我国各行业高度重视，重点开发资源。

1.2 空气预热器

空气预热器是用锅炉余热热量加热空气的换热器^[12]。热源主要是烟气和废蒸汽。

1.2.1 蒸汽预热器的原理及结构

蒸汽空气预热器的工作运行原理见图１，来自外界的冷空气在鼓风机的作用下，通过冷风钢管，冷空气进入蒸汽预热器内，并在预热器中完成导热，加热后的热空气通过热风管进入炉排底部风室，再进入炉膛^[13]。 蒸汽型空气预热器结构图２，其中由两段串联结构的加热器组成^[14]。

图1.蒸汽预热器的原理

图2.蒸汽空气预热器结构图

1.3 管式空气预热器的种类及特点

管式空气预热器形状大多是立方形，钢管彼此之间垂直交错排列^[15]。管式空气预热器的优点主要是是密封性好、便于生产，因此大多应用于电厂和工业等行业中回收废气。管式空气预热器的缺陷是占地面积大、钢管内容易堵灰、不易于清理及维护^[16]。

翅片（钉头）管式空气预热器的换热管的表面缠绕或焊接着许多翅片（钉头），以增加换热面积，提高换热效率，应用较多^[17]。翅片管易腐蚀穿孔，易积灰，难清灰，易堵塞^[18]。

1.3.1 蒸汽预热器加热空气操作注意事项

（1）蒸汽预热器开始运行时蒸汽管道启动应依次开启管路上的疏水阀进行疏水和排污，防止发生在堵塞和运气不顺等。

（2）暖管过程要缓慢控制温度变化，并检查各支点的管道膨胀情况，然后检查焊接口、法兰有无泄漏。

（3）随着温度的不断升高，排净疏水后应关闭疏水阀。缓慢开启汽门升压到正常压力，后再检查蒸汽管有无泄漏情况，发现问题及时维修^[19]。

1.4 蒸汽型空气预热器工业前景

在工业各行业生产中，因为工艺的特性。在热空气与冷却工艺水在容器内接触时，会产生大量的50～60℃左右的蒸汽，随着蒸汽大量的挥发，同时也在损失大量的冷却工艺水^[20]。在工业生产中伴随着大量燃料的消耗，产生了大量高温废气其中包括蒸汽。我们通过空气预热器来回收其中一部分高温废气加热准备供入炉内的冷空气^[21]。在垃圾焚烧发电厂中一般使用蒸汽式空气预热器，电厂中产生的酸性气体较多，在低温的情况下容易腐蚀，因此采用空气预热器蒸汽加热^[22]。蒸汽型空气预热器的一次风可分为两段加热：第一段是低压加热段，采用汽轮机抽取蒸汽加热助燃空气；第二段是高压加热采用锅炉出口的过热蒸汽或者汽包的饱和蒸汽加热助燃空气^[23],垃圾发电厂一般都使用空气预热器的蒸汽加热。如图3所示

图3、 垃圾发电厂蒸汽加热

1.5 蒸汽预热器的发展

目前，我国的发电厂都在不断扩大规模，凝气机组和汽轮机发电比重增大，电厂经济效益收到限制，为了提高效益，电厂生产过程中产生的高温废蒸汽回收利用，回收的高温废蒸汽大部分用来加热空气，少部分蒸汽用于冬季取暖设备热量的提供及比较清洁的蒸汽提供给食品生产厂，经过多年的发展开发出了光管式预热器其结构简单，空气阻力小，不易积灰并且容易清理。预热器的散热面积小。一般适用于空调方面。为了满足工业及其他行业余热回收要求又开发翅片管预热器，翅片管预热器具有耐高温，耐高压和降低腐蚀的优点。但是其占地面积较大，消耗大量的燃料，对其结构进行了强化，由于空气较为清洁。翅片管在国内外都是主要的换热原件^[24]。现在又发展了新的翅片管”碳钢-铝复合管翅片管”，复合管中附着的铝层以及铝层和碳钢层之间的间隙增加了整个传热过程中的热阻^[25],使得铝制复合管的传热效果降低,使表面蒸发器的使用效率降低^[26]。通过研究铝-碳钢复合管中的铝层的换热实验结果表明,铝-碳钢复合管的总传热系数比普通碳钢管低7.8%^[27]。在翅片管预热器中金属管表面增加了翅片数量,增大散热面的作用，结合传统的板式预热器开发出新的高温预热器^[28]。

1.6 结束语

我国各行业余热资源十分丰富其中包括大量的废蒸汽^[29]。锅炉燃料的燃烧需要大量的空气来助燃，所以可以利用这些废蒸汽来加热空气，既可以降低成本，也可以保护环境，增强企业的竞争力，是我国的工业走上良性循环的之路。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题是对700万kcal/h炉空气加热器进行设计，通过【温度330℃，2.5mpa（g）】的过热蒸汽加热锅炉一次风，锅炉一次风量：107200nm3/h；一次风进口温度：20℃，出口温度：≥230℃；热源出口须为不含汽的全液态水。水平风道。设备内空气流动阻力降≤350pa。设备的结构中须考虑热膨胀，流动和传热均匀，内保温等方面内容。换热面及壳体材质为采用碳钢材料。

设计时应注意问题：

（1） 换热器所用材料为碳钢，在安装时应考虑吊装方便的问题。