1、確定露點(diǎn)溫度

當(dāng)原料中含有S且在高溫下燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生SO2，少量SO2與O2反應(yīng)形成SO3，根據(jù)煙氣中SO3和水分含量的不同，露點(diǎn)溫度也不相同。SO3含量越高，露點(diǎn)越高；水分含量越高，露點(diǎn)越高。對(duì)一含硫煙氣進(jìn)行余熱回收，首先要確定其露點(diǎn)溫度。當(dāng)我們知道了氣相中S03和H20的含量，將其換算成氣相分壓，就可以通過(guò)露點(diǎn)溫度圖或由霍夫露點(diǎn)計(jì)算式得出露點(diǎn)溫度。換熱器設(shè)計(jì)時(shí)要求換熱管管壁的溫度要高于露點(diǎn)20 ℃～30 ℃，從而有效防止換熱元件的低溫露點(diǎn)腐蝕和積灰。

2、換熱元件的選擇

對(duì)于含硫煙氣的余熱回收一般情況下應(yīng)選擇熱管換熱器，熱管換熱器的換熱元件是熱管。在余熱回收領(lǐng)域熱管換熱器比較常規(guī)間壁式換熱器有兩大優(yōu)勢(shì)：

a）壁溫可調(diào)；

b）冷熱側(cè)均可纏繞翅片擴(kuò)展受熱面。

煙氣的余熱回收以提高經(jīng)濟(jì)效益為目的，而熱管換熱器中熱管的價(jià)值占換熱設(shè)備總造價(jià)的比值達(dá)75%～85%，因此選擇一種造價(jià)低廉、運(yùn)行平穩(wěn)的熱管在余熱回收換熱器的設(shè)計(jì)中意義重大。熱管種類很多，在煙氣余熱回收中通常采用鋼水重力熱管，碳鋼水重力熱管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便，所用工作液體水無(wú)毒無(wú)味，汽化潛熱大，黏度低，傳熱性能穩(wěn)定，工作溫度較寬，30 ℃～250 ℃。因此在基本解決了碳鋼水的相溶性問(wèn)題后，逐漸成為煙氣余熱回收中的選擇。

3、壁溫的調(diào)整

存在露點(diǎn)腐蝕的情況下，設(shè)備材質(zhì)無(wú)論采用碳鋼還是不銹鋼，使用壽命一般不超過(guò)1 a。如果煙氣含塵較多，管壁溫度又低于露點(diǎn)，設(shè)備通常是因積灰堵塞換熱面而失效。因此將管壁溫度提高至露點(diǎn)以上是熱管換熱器換熱是否成功的關(guān)鍵。

當(dāng)不考慮熱損的情況下，熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量，則換熱量Qx為：

Qx=UhAh（th-tv）=UcAc（tv-tc），（1）

式（1）中，Qx為換熱量W；Uh、Uc為熱側(cè)和冷側(cè)的傳熱系數(shù)；Ah、Ac為熱側(cè)和冷側(cè)的傳熱面積m2；th、tc為熱側(cè)和冷側(cè)的流體溫度℃；tv為熱管內(nèi)部工質(zhì)的蒸汽溫度℃。

由式（1）可以看出通過(guò)調(diào)整Uh、Ah和Uc、Ac的值，可使熱管的蒸汽溫度tv接近熱流體或遠(yuǎn)離熱流體溫度。由于熱管的管壁溫度接近管內(nèi)蒸汽溫度，所以可用調(diào)整U、A值的辦法來(lái)控制熱管管壁溫度。

煙氣和空氣換熱時(shí)，由于氣體的換熱系數(shù)很接近，一般是通過(guò)調(diào)整熱管冷熱側(cè)比例，翅片高度和螺距來(lái)調(diào)整管壁溫度。當(dāng)煙氣和水進(jìn)行換熱時(shí)，因水的換熱系數(shù)比煙氣高很多，所以水側(cè)一般采用光管，除了調(diào)整冷熱比例，還可以通過(guò)增加或減少折流板的數(shù)量來(lái)調(diào)整管壁溫度。

4、纏繞翅片擴(kuò)展受熱面

現(xiàn)在常用的有兩種翅片，一種是套片，一種是高頻焊螺旋翅片。套片是機(jī)器沖壓的圓薄片，用人工一片一片地套到基管上，在使用過(guò)程中因脹縮系數(shù)不同，套片和基管之間會(huì)逐漸產(chǎn)生縫隙并充滿灰塵，熱阻增大甚至使翅片失去換熱能力，而且套片相對(duì)較薄不耐磨，設(shè)計(jì)工況風(fēng)速10 m/s左右時(shí)，套片的使用壽命不足1a。我公司換熱器全部采用的是高頻焊翅片管。高頻焊翅片管是用高頻焊機(jī)將鋼帶圍繞基管纏繞焊接而成，翅片厚度一般在1mm～2mm，熱阻小，換熱效率高，熱管換熱器采用高頻焊翅片熱管作為換熱元件可提高換熱效率，增加使用年限。熱管分為冷熱兩端，所以可在冷熱側(cè)同時(shí)纏繞翅片以擴(kuò)展受熱面。

5、換熱方式的確定

熱管換熱器冷熱介質(zhì)通常有兩種換熱方式：并流和逆流。在兩種流體進(jìn)出口溫度一定，傳熱量相同時(shí)，逆流平均溫差大于其它換熱方式平均溫差，從傳熱方程式：

Q=KAΔt，（2）

可知，所需的換熱面積比采用其它換熱方式時(shí)要小，所以設(shè)備體積小，結(jié)構(gòu)緊湊成本低。式（2）中，Q為傳熱量W；K為換熱系數(shù)W/（m2?℃）；A為換熱面積m2；Δt為溫差℃。但在熱管換熱器中采用逆流換熱時(shí)，因逆流傳熱會(huì)使熱流體的高溫對(duì)應(yīng)冷流體的高溫，熱流體的低溫對(duì)應(yīng)冷液體的低溫，造成熱液體側(cè)入口的幾排熱管內(nèi)部蒸汽溫度過(guò)高，有可能超過(guò)鋼水熱管的最高工作溫度，而在熱流體出口的幾排熱管管壁溫度過(guò)低，導(dǎo)致低溫腐蝕和堵灰現(xiàn)象。因此，換熱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)并流和逆流兩種換熱方式都要進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)全面比較，最后選擇合理的方案。  

6、含塵量對(duì)換熱器結(jié)構(gòu)的影響

當(dāng)煙氣含塵量較高時(shí)，在設(shè)計(jì)管壁溫度高于露點(diǎn)的基礎(chǔ)上應(yīng)考慮采用大螺距低翅片管，傾斜放置。但重力熱管軸線與水平線角度應(yīng)不小于20°，以保證冷凝介質(zhì)的可靠回流，此時(shí)翅片不是水平而是傾斜的，有利于灰塵的下落。特殊情況下也可以采用光管。換熱器煙氣側(cè)箱體兩邊設(shè)置清灰門(mén)，換熱器底部設(shè)灰斗，以方便換熱器定期清灰和排灰。在比較重要或有較高要求的情況下可在換熱器上安裝清灰器，根據(jù)工作實(shí)際情況設(shè)置清灰頻率，在灰斗下方設(shè)置連續(xù)排灰閥，實(shí)現(xiàn)灰塵的自動(dòng)化清理。