中国的小氮肥行业是最具有中国特色的行业，从起步发展到今天，一直处于探索、创新的过程中，特别是在近二十年的经济环境下，优胜劣汰，不采用新技术的企业就有被淘汰的可能。我们公司的大部分热管产品和热管应用技术就是在这种条件下发展起来的，尤其是在小氮肥造气工段吹风气余热回收系统中，热管技术特性得到了充分的发挥。氮肥企业造气工段是高产降耗，确保设备正常运行的重要工段；降低蒸汽消耗，充分合理回收余热，是造气工段技术改造的核心。
1热管在余热回收系统中适用的设备
由于重力式钢水热管的优良的导热性能，及其造价相对的低廉，在吹风气余热回收系统中，主要采用的是此种热管。但又因为其适用温度段的局限，所以必须和列管式设备进行合理搭配，各取所长。
九十年代初，我公司应小氮肥企业技术改造、节能降耗，降低成本的要求，应用热管技术在造气工段吹风气余热回收系统中，实现了真正的、比较理想的“两煤变一煤”的流程；即造气工段所用蒸汽不用外给蒸汽，全部由工段内部余热回收设备提供。当时吹风气余热回收系统典型流程为：燃烧炉－列管式空气预热器－列管式蒸汽过热器－热管式蒸汽发生器－热管空气预热器－引风机－排空。(图 1)
图 1 吹风气余热回收系统工艺流程简图 1
鉴于当时小氮肥企业生产规模的局限，燃烧炉烟气量最大在 20000～30000 标米每小时左右，炉出口温度在 800～900℃，经过前端多个列管式换热设备的逐级回收，进入热管蒸发器的温度有 630℃，产生 0.4MPa 饱和蒸汽 7～8 吨；烟气出口温度在 165℃以下。此工况下，热管式蒸发器内的热管管内温度一般在 260℃左右，热管采用φ38X3 的无缝钢管，外绕制翅片，管材为 20＃钢；烟道采用桥式双流道方式，方案获国家专利。经过厂家试运行，效果非常理想。这一阶段我公司生产的典型设备为 QZ－2 型桥式双流道热管余热回收装置及其改进型。此型号设备应用厂家比较多，最初应用于山东寿光化肥厂和高密化肥厂等山东省几个厂家，之后应用于国内多个省市地区的小氮肥企业；仅九三至九六年就推广应用了十七台套。
九十年代后期，由于国家对农业的重视，开始重点扶持小氮肥行业，小氮肥厂家纷纷开始扩大生产规模，造气工段的产气量也随之增大，原有吹风气余热回收系统的流程已经不适合生产需要。此时燃烧炉出口烟气量一般在 50000～70000 标米每小时，烟气显热量增大，厂家对余热回收重要性的认识也增强，加之国家对环保的要求越来越严，烟气出口温度也越来越低，基本保持在酸露点以上，140℃左右，甚至更低至 110℃。此时的典型流程为：
燃烧炉－列管式余热锅炉－列管式空气预热器（一空）－列管式蒸汽过热器－热管式蒸发器－热管式软水加热器－热管式空气预热器（二空）－引风机－排空。(图 2)
图 2 吹风气余热回收系统工艺流程简图 2
由于烟气显热的增加，前部利用高温设置水管锅炉，生产高压饱和蒸汽，中部应用热管式蒸发器，生产低压饱和蒸汽，并经过其前部列管式蒸汽过热器，使蒸汽温度过热至 350℃；热管蒸发器出口的烟气设计为200℃左右，利用这部分低品位余热，进一步发挥热管优势；预热软水和空气。这一时期由于吹风气余热回收系统的烟气量增大，原热管蒸发器烟气流通形式的缺点曝露出来，阻力加大；经我公司设计人员对设备进一步试验、优化，基本全部采用烟道式大烟箱，热管适当采取顺排排列，减小了系统阻力。此流程最大特点是后部应用热管式软水加热器和热管式空气预热器，较好的发挥了热管低温热传导性好的优势，增大了热管式蒸发器的蒸发量，改善了燃烧炉内的燃烧效果。此流程九六年首先应用于鲁西化工集团化肥厂，热管式蒸发器回收热量所产 0.4MPa 蒸汽达20 吨左右，经济效益显著。之后九七年天津蓟县化肥厂，九八年山东禹城化肥厂，九九年福建富宝化工集团顺昌化肥厂，二零零零年安徽阜阳化肥厂，二零零一年山西丰喜化工集团临猗化肥厂相应采用此流程。此阶段我公司的应用在流程中的典型热管设备为 QZ 型和 ZRZ 型热管式蒸汽发生器，ZGS 型软水加热器，及 RKY 型热管式空气预热器。
近期，由于国内经济发展的需要，小氮肥企业进一步向中氮过渡；规模小，经济效益不好的重复型小氮肥企业，逐步被淘汰或兼并。随着各氮肥厂的造气工段的造气炉炉型的变大，产气量进一步增加；吹风气余热回收系统应用的余热锅炉有向高温高压型发展的趋势，有的厂家已经开始应用余热发电，或产生高温高压蒸汽外供其他工段使用。吹风气余热回收系统内应用的低压的热管余热锅炉有可能被淘汰，热管在吹风气余热回收系统中的应用主要集中在低品位余热回收上，象热管式软水加热器，热管式空气预热器等设备，并将向大型化，模块化发展。
2应用实例
某化肥厂吹风气余热回收系统，燃烧炉烟气量 68000 标米每小时，燃烧炉出口温度为
920℃，经过热工计算，采用典型流程：
燃烧炉－列管式余热锅炉－列管式空气预热器（一空）－列管式蒸汽过热器－热管式蒸发器－热管式软水加热器－热管式空气预热器（二空）－引风机－排空。
各余热回收设备技术特性如下：
3.1 管余热锅炉：
烟气入口温度：920℃；出口温度：790℃；
工作压力：2.5MPa；蒸发量：6.5t/h；
3.2 管式空气预热器：
烟气入口温度：790℃；出口温度：750℃；
空气入口温度：150℃；出口温度：400℃；
空气流量：12000NM3/h;
3.3 列管式蒸汽过热器：（我公司产品）
烟气入口温度：750℃；出口温度：670℃；
蒸汽入口温度：152℃；出口温度：350℃；
蒸汽流量：19t/h;工作压力：0.4Mpa；设备总重 9.7 吨；
3.4 热管式蒸汽发生器：
烟气入口温度：670℃；出口温度：270℃；
工作压力：0.4MPa；蒸发量：19t/h；设备总重 50.8 吨；
此热管设备为卧式汽包，应用φ38 的无缝钢管，外绕制翅片，长为 5000 毫米，共用1160 支。整个设备汽包直径为 2400mm，总高为 6600mm,宽为 2700mm,长为 7400mm,热管翅化后换热面积为 2200㎡，烟气流通截面为 6.5m㎡，考虑到系统阻力的要求，热管为顺排排列，设备阻力小于 800Pa；
3.5 两级热管式软水加热器：
烟气入口温度：270℃；出口温度：170℃；
软水入口温度：90℃；出口温度：150℃；
一级软水流量：7t/h;工作压力：3.9MPa；
二级软水流量：20t/h;工作压力：1.5MPa；设备总重 27.6 吨；
此台设备采取套管式结构，分成前后两级换热区，前区为 3.9MPa 软水加热区，采用
5000mm 长的φ38 翅化热管 140 支，后区为 1.5MPa 软水加热区，采用同种热管660 支。整
个设备总高为 5400mm,宽为 2600mm,长为 5200mm,热管翅化后换热面积为 1540m㎡，烟气流通截面为 7.9㎡，热管为顺排排列，设备阻力小于 250Pa；
3.6 热管式空气预热器：
烟气入口温度：170℃；出口温度：110℃；
空气入口温度：10℃；出口温度：150℃；
空气流量：22000NM3/h；设备总重 28.9 吨；
此台设备采取常见卧式热管空预器结构，采用 5000mm 长的φ38 翅化热管 860 支。整个设备总高为 5400mm,宽为 2600mm,长为 4300mm,热管翅化后换热面积为 1500m㎡，烟气流通截面为 7.9㎡，热管为叉排排列，设备阻力小于 500Pa；因为烟气含硫成分非常低，酸露点较低，烟气出口温度设计为 110℃；整个系统运行后，阻力较低，达到了预计指标，余热得到充分回收。
3 结论
从我们多年为氮肥企业热管余热回收设备设计的经验来看，热管式余热回收设备优点很多，总结在应用中比较突出的如下：
⑴设备结构设计比较灵活，可根据场地、空间大小的要求进行设计，卧式、立式、套管式等结构都有应用；
⑵低品位余热回收比较有成效，尤其是 100～300℃的余热，采用热管设备后，效果比其它型式的换热器明显，使用都比较满意；
⑶通过控制热管管内温度，控制管壁露点腐蚀的形成，排烟温度进一步降低，可充分回收余热；
⑷热管为单管作业，这使得热管设备的运行比较稳定，维修方便。
随着氮肥企业技术改造力度的加大，对高温热管的需求明显的增多，但目前所能应用的高温热管造价普遍比较高，并且技术也不成熟，我们希望与各大热管企业和研究单位，多方面进行合作，加大研究力度，尽早使热管在高温区域发挥其长处，为余热回收事业作出更大的贡献。
1热管在余热回收系统中适用的设备
由于重力式钢水热管的优良的导热性能，及其造价相对的低廉，在吹风气余热回收系统中，主要采用的是此种热管。但又因为其适用温度段的局限，所以必须和列管式设备进行合理搭配，各取所长。
九十年代初，我公司应小氮肥企业技术改造、节能降耗，降低成本的要求，应用热管技术在造气工段吹风气余热回收系统中，实现了真正的、比较理想的“两煤变一煤”的流程；即造气工段所用蒸汽不用外给蒸汽，全部由工段内部余热回收设备提供。当时吹风气余热回收系统典型流程为：燃烧炉－列管式空气预热器－列管式蒸汽过热器－热管式蒸汽发生器－热管空气预热器－引风机－排空。(图 1)
图 1 吹风气余热回收系统工艺流程简图 1
鉴于当时小氮肥企业生产规模的局限，燃烧炉烟气量最大在 20000～30000 标米每小时左右，炉出口温度在 800～900℃，经过前端多个列管式换热设备的逐级回收，进入热管蒸发器的温度有 630℃，产生 0.4MPa 饱和蒸汽 7～8 吨；烟气出口温度在 165℃以下。此工况下，热管式蒸发器内的热管管内温度一般在 260℃左右，热管采用φ38X3 的无缝钢管，外绕制翅片，管材为 20＃钢；烟道采用桥式双流道方式，方案获国家专利。经过厂家试运行，效果非常理想。这一阶段我公司生产的典型设备为 QZ－2 型桥式双流道热管余热回收装置及其改进型。此型号设备应用厂家比较多，最初应用于山东寿光化肥厂和高密化肥厂等山东省几个厂家，之后应用于国内多个省市地区的小氮肥企业；仅九三至九六年就推广应用了十七台套。
九十年代后期，由于国家对农业的重视，开始重点扶持小氮肥行业，小氮肥厂家纷纷开始扩大生产规模，造气工段的产气量也随之增大，原有吹风气余热回收系统的流程已经不适合生产需要。此时燃烧炉出口烟气量一般在 50000～70000 标米每小时，烟气显热量增大，厂家对余热回收重要性的认识也增强，加之国家对环保的要求越来越严，烟气出口温度也越来越低，基本保持在酸露点以上，140℃左右，甚至更低至 110℃。此时的典型流程为：
燃烧炉－列管式余热锅炉－列管式空气预热器（一空）－列管式蒸汽过热器－热管式蒸发器－热管式软水加热器－热管式空气预热器（二空）－引风机－排空。(图 2)
图 2 吹风气余热回收系统工艺流程简图 2
由于烟气显热的增加，前部利用高温设置水管锅炉，生产高压饱和蒸汽，中部应用热管式蒸发器，生产低压饱和蒸汽，并经过其前部列管式蒸汽过热器，使蒸汽温度过热至 350℃；热管蒸发器出口的烟气设计为200℃左右，利用这部分低品位余热，进一步发挥热管优势；预热软水和空气。这一时期由于吹风气余热回收系统的烟气量增大，原热管蒸发器烟气流通形式的缺点曝露出来，阻力加大；经我公司设计人员对设备进一步试验、优化，基本全部采用烟道式大烟箱，热管适当采取顺排排列，减小了系统阻力。此流程最大特点是后部应用热管式软水加热器和热管式空气预热器，较好的发挥了热管低温热传导性好的优势，增大了热管式蒸发器的蒸发量，改善了燃烧炉内的燃烧效果。此流程九六年首先应用于鲁西化工集团化肥厂，热管式蒸发器回收热量所产 0.4MPa 蒸汽达20 吨左右，经济效益显著。之后九七年天津蓟县化肥厂，九八年山东禹城化肥厂，九九年福建富宝化工集团顺昌化肥厂，二零零零年安徽阜阳化肥厂，二零零一年山西丰喜化工集团临猗化肥厂相应采用此流程。此阶段我公司的应用在流程中的典型热管设备为 QZ 型和 ZRZ 型热管式蒸汽发生器，ZGS 型软水加热器，及 RKY 型热管式空气预热器。
近期，由于国内经济发展的需要，小氮肥企业进一步向中氮过渡；规模小，经济效益不好的重复型小氮肥企业，逐步被淘汰或兼并。随着各氮肥厂的造气工段的造气炉炉型的变大，产气量进一步增加；吹风气余热回收系统应用的余热锅炉有向高温高压型发展的趋势，有的厂家已经开始应用余热发电，或产生高温高压蒸汽外供其他工段使用。吹风气余热回收系统内应用的低压的热管余热锅炉有可能被淘汰，热管在吹风气余热回收系统中的应用主要集中在低品位余热回收上，象热管式软水加热器，热管式空气预热器等设备，并将向大型化，模块化发展。
2应用实例
某化肥厂吹风气余热回收系统，燃烧炉烟气量 68000 标米每小时，燃烧炉出口温度为
920℃，经过热工计算，采用典型流程：
燃烧炉－列管式余热锅炉－列管式空气预热器（一空）－列管式蒸汽过热器－热管式蒸发器－热管式软水加热器－热管式空气预热器（二空）－引风机－排空。
各余热回收设备技术特性如下：
3.1 管余热锅炉：
烟气入口温度：920℃；出口温度：790℃；
工作压力：2.5MPa；蒸发量：6.5t/h；
3.2 管式空气预热器：
烟气入口温度：790℃；出口温度：750℃；
空气入口温度：150℃；出口温度：400℃；
空气流量：12000NM3/h;
3.3 列管式蒸汽过热器：（我公司产品）
烟气入口温度：750℃；出口温度：670℃；
蒸汽入口温度：152℃；出口温度：350℃；
蒸汽流量：19t/h;工作压力：0.4Mpa；设备总重 9.7 吨；
3.4 热管式蒸汽发生器：
烟气入口温度：670℃；出口温度：270℃；
工作压力：0.4MPa；蒸发量：19t/h；设备总重 50.8 吨；
此热管设备为卧式汽包，应用φ38 的无缝钢管，外绕制翅片，长为 5000 毫米，共用1160 支。整个设备汽包直径为 2400mm，总高为 6600mm,宽为 2700mm,长为 7400mm,热管翅化后换热面积为 2200㎡，烟气流通截面为 6.5m㎡，考虑到系统阻力的要求，热管为顺排排列，设备阻力小于 800Pa；
3.5 两级热管式软水加热器：
烟气入口温度：270℃；出口温度：170℃；
软水入口温度：90℃；出口温度：150℃；
一级软水流量：7t/h;工作压力：3.9MPa；
二级软水流量：20t/h;工作压力：1.5MPa；设备总重 27.6 吨；
此台设备采取套管式结构，分成前后两级换热区，前区为 3.9MPa 软水加热区，采用
5000mm 长的φ38 翅化热管 140 支，后区为 1.5MPa 软水加热区，采用同种热管660 支。整
个设备总高为 5400mm,宽为 2600mm,长为 5200mm,热管翅化后换热面积为 1540m㎡，烟气流通截面为 7.9㎡，热管为顺排排列，设备阻力小于 250Pa；
3.6 热管式空气预热器：
烟气入口温度：170℃；出口温度：110℃；
空气入口温度：10℃；出口温度：150℃；
空气流量：22000NM3/h；设备总重 28.9 吨；
此台设备采取常见卧式热管空预器结构，采用 5000mm 长的φ38 翅化热管 860 支。整个设备总高为 5400mm,宽为 2600mm,长为 4300mm,热管翅化后换热面积为 1500m㎡，烟气流通截面为 7.9㎡，热管为叉排排列，设备阻力小于 500Pa；因为烟气含硫成分非常低，酸露点较低，烟气出口温度设计为 110℃；整个系统运行后，阻力较低，达到了预计指标，余热得到充分回收。
3 结论
从我们多年为氮肥企业热管余热回收设备设计的经验来看，热管式余热回收设备优点很多，总结在应用中比较突出的如下：
⑴设备结构设计比较灵活，可根据场地、空间大小的要求进行设计，卧式、立式、套管式等结构都有应用；
⑵低品位余热回收比较有成效，尤其是 100～300℃的余热，采用热管设备后，效果比其它型式的换热器明显，使用都比较满意；
⑶通过控制热管管内温度，控制管壁露点腐蚀的形成，排烟温度进一步降低，可充分回收余热；
⑷热管为单管作业，这使得热管设备的运行比较稳定，维修方便。
随着氮肥企业技术改造力度的加大，对高温热管的需求明显的增多，但目前所能应用的高温热管造价普遍比较高，并且技术也不成熟，我们希望与各大热管企业和研究单位，多方面进行合作，加大研究力度，尽早使热管在高温区域发挥其长处，为余热回收事业作出更大的贡献。
