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熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱組件,熱管技術(shù)首先于1944年由美國(guó)人高格勒（R·S·Gaugler）所發(fā)現(xiàn),并以“熱傳遞裝置”（Heat Transter Device）為名取得專利,當(dāng)時(shí)因未顯示出實(shí)用意義,而沒(méi)有受到應(yīng)有的重視。直到六十年代初期,由于宇航事業(yè)的發(fā)展,要求為宇航飛行器提供高效傳熱組件,促使美國(guó)洛斯——阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的格羅弗（G·M·Grover）于1964年再次發(fā)現(xiàn)這種傳熱裝置的原理,并命名為熱管（Heat Pipe）,首先成功地應(yīng)用于宇航技術(shù),之后引起了各國(guó)學(xué)者的極大興趣和重視。熱管技術(shù)于上世紀(jì)七八十年代進(jìn)入中國(guó)。

熱管通過(guò)在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量,具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度等一系列優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是抗氧化、耐高溫性能較差。此缺點(diǎn)可以通過(guò)在前部安裝一套陶瓷換熱器來(lái)予以解決,陶瓷換熱器較好地解決了耐高溫、耐腐蝕的難題。

以熱管為傳熱元件的換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻損小、有利于控制露點(diǎn)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機(jī)械等行業(yè)中,作為廢熱回收和工藝過(guò)程中熱能利用的節(jié)能設(shè)備,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

熱管內(nèi)蒸發(fā)段工質(zhì)受熱后將沸騰或蒸發(fā),吸收外部熱源熱量,產(chǎn)生汽化潛熱,由液體變?yōu)檎羝?產(chǎn)生的蒸汽在管內(nèi)一定壓差的作用下,流到冷凝段,蒸汽遇冷壁面及外部冷源,凝結(jié)成液體,同時(shí)放出汽化潛熱,并通過(guò)管壁傳給外部冷源,冷凝液靠重力(或吸液芯)作用下回流到蒸發(fā)段再次蒸發(fā)。如此往復(fù),實(shí)現(xiàn)對(duì)外部冷熱兩種介質(zhì)的熱量傳遞與交換。

一、板式換熱器

板式交換器,在表面上具有一定的波紋,并且由許多金屬片疊裝而組成的一種換熱器。這一種換熱器的每個(gè)金屬板片間都有薄矩形通道,通過(guò)板片進(jìn)行熱量交換,我們可以通過(guò)結(jié)構(gòu)來(lái)區(qū)分板式換熱器,在電廠中使用的板式換熱器主要分為兩類①可拆卸板式換熱器②焊接板式換熱器。而第二種即焊接板式換熱器在電廠應(yīng)用更為廣泛。

二、GGH換熱器

GGH又叫煙氣再熱器,是煙氣脫硫系統(tǒng)中的主要裝置之一。它的功能在于使排出的煙溫度加熱上升,達(dá)到露點(diǎn)溫度以上,而過(guò)程便是將噴水后原煙氣中脫硫后的凈煙氣重新加熱到符合環(huán)保法規(guī)要求的排放溫度(通常不低于75～80℃),從而做到污染物在排出后能夠在大范圍內(nèi)擴(kuò)散,而不是在電廠周圍集中沉降。煙氣露點(diǎn)腐蝕是因?yàn)榱蛟�素�(fù)诫s在燃料中,當(dāng)燃料燃燒時(shí)會(huì)生成SO2,

SO3,一旦換熱面的外表面溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度時(shí),在換熱面上經(jīng)過(guò)的SO2或SO3就會(huì)形成硫酸霧露珠,導(dǎo)致?lián)Q熱面腐蝕,而GGH就在這個(gè)過(guò)程中擔(dān)任重要的角色,而且如果在表面再涂刷一層zs-1041煙氣防腐涂料,可以大大的減輕對(duì)進(jìn)煙道和煙囪的腐蝕、提高污染物的擴(kuò)散度、降低進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度、降低塔內(nèi)對(duì)防腐的工藝技術(shù)要求。

三、熱管換熱器

熱管式換熱器在結(jié)構(gòu)上可分為整體式熱管換熱器和分離式熱管換熱器兩種。整體式熱管換熱器的等溫性相對(duì)分離式熱管換熱器較突出,所以可回收熱風(fēng)爐煙道廢氣的低溫余熱,另一方面可預(yù)熱助燃空氣和煤氣便是利用了其容易密封,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但是,在助燃空氣和煤氣方面,整體式熱管換熱器也存在不足,由于大直徑的助燃空氣管道和煤氣管道往返較多,若安裝上整體式熱管換熱器,便增加了投資,并且管道容易破裂。分離式熱管換熱器的工作原理,與整體式熱管換熱器的區(qū)別在于分離式熱管的受熱端和冷凝端置于不同的換熱器內(nèi),分離式熱管換熱器利用了液化與汽化的原理,用兩條管道在連接分離的受熱端和冷凝端,一個(gè)為蒸汽連接管,另一個(gè)則為液體連接管。由于放在熱端的熱媒體被高溫的廢氣所加熱,所以變成蒸汽,加熱后的蒸汽經(jīng)過(guò)蒸汽連接管送到冷凝端。帶著從加熱端加熱的蒸汽在經(jīng)過(guò)冷凝端時(shí),便被煤氣或助燃空氣冷卻,變成液體,液體在通過(guò)液體管道流通到加熱端受熱,而做到蒸汽-液體間的順暢轉(zhuǎn)換則是依靠分離式管道內(nèi)兩端的高低差實(shí)現(xiàn),在整個(gè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)熱量的連續(xù)傳遞。

四、熱媒體換熱器

熱媒體利用了礦物油,這種礦物油化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、流動(dòng)性、親熱性良好、具有高沸點(diǎn)、高閃點(diǎn)的,因而油價(jià)格十分昂貴。其價(jià)格昂貴的原因更在于系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期有效地回收熱量熱媒。為了避免此類油在交換過(guò)程中受損,所以利用熱媒體換熱的電廠對(duì)設(shè)備的安裝要求很高,因?yàn)槊芊庑允�分重要。換熱器的工作原理是：熱風(fēng)爐道中的高溫廢氣加熱著從煙氣換熱器中的熱媒體,被冷卻后的熱風(fēng)爐煙道廢氣再通過(guò)煙囪排入大氣,加熱后的熱媒體則在鋼管內(nèi)將從廢氣帶來(lái)的熱量供于助燃空氣換熱器和煤氣換熱器,將熱量傳遞給助燃空氣和煤氣,加熱后的助燃空氣和煤氣送入熱風(fēng)爐內(nèi)燃燒,在助燃空氣和煤氣燃燒后,其便冷卻,冷卻后的熱媒體經(jīng)過(guò)循環(huán)泵再次送入煙氣換熱器內(nèi)加熱,就這樣進(jìn)行反復(fù)循環(huán)。

五、低壓省煤器

鍋爐低壓省煤器又叫低壓省煤器低壓省煤器,是利用鍋爐排煙余熱,節(jié)約能源的有效措施之一。低壓省煤器的名字由來(lái)使因?yàn)槠淅�用了低壓凝結(jié)水而不是高壓給水,而且水側(cè)的壓力比較低,其結(jié)構(gòu)上與普通的省煤器相似,但一般在引風(fēng)機(jī)之后;二是連接于汽水系統(tǒng)中,在回?zé)嵯到y(tǒng)中串并聯(lián)。低壓省煤器的水側(cè)聯(lián)接于汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的低壓加熱部分。煤耗的節(jié)省則是它通過(guò)回?zé)嵯到y(tǒng)排擠抽汽實(shí)現(xiàn)的。低壓省煤器安裝之后,汽輪機(jī)在工作時(shí)不僅可以得到一份外來(lái)的熱量,而且節(jié)省了一部分抽汽,從而減少了浪費(fèi),提高了效率,使汽輪機(jī)在工作時(shí)更加環(huán)保。

1、熱管式換熱器可以通過(guò)換熱器的隔板完全分離。在運(yùn)行過(guò)程中,單根熱管因磨損、腐蝕、超溫等原因發(fā)生爆裂時(shí),不會(huì)影響換熱器的運(yùn)行。熱管換熱器在易燃、易爆、腐蝕性流體換熱中具有很高的可靠性。

2、熱管換熱器的冷熱流體體分離可以很容易地完成冷熱流體的逆流換熱。外管的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)高于內(nèi)管的傳熱系數(shù),因此在低品位熱回收中應(yīng)用是非常經(jīng)濟(jì)的。

3、對(duì)于含塵量高的流體,熱管換熱器可以通過(guò)改變結(jié)構(gòu)和受熱面膨脹來(lái)處理?yè)Q熱器的磨損和堵灰。

4、采用熱管換熱器回收腐蝕性煙氣余熱時(shí),可調(diào)節(jié)蒸發(fā)段和冷凝段的傳熱面積,調(diào)節(jié)熱管管壁溫度,使熱管盡量避開(kāi)最大腐蝕面積。

化學(xué)工業(yè)

1、硫酸系統(tǒng)熱管換熱器回收焚燒爐出口高溫SOx氣體的余熱、在轉(zhuǎn)化工段回收高溫氣體的余熱,產(chǎn)生熱水或蒸汽供系統(tǒng)使用。

2、醫(yī)藥、日化工業(yè)熱管換熱器可用于回收藥氣或廢氣的余熱,生產(chǎn)清潔熱風(fēng),干燥物料。

3、利用可變熱導(dǎo)熱管可對(duì)反應(yīng)床層進(jìn)行恒溫控制的同時(shí),取出或輸入反應(yīng)熱。

4、大型化肥廠合成對(duì)流段盤管；中、小型氮肥廠造氣工程、變換工段,利用熱管式蒸發(fā)器回收工藝氣余熱產(chǎn)生蒸汽供合成氨系統(tǒng)使用,變換工段一、二水加熱器。

5、甲醇轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段盤管。

6、苯酐裝置熱容器。

電力工業(yè)

利用熱管換熱器可作為各種鍋爐的尾部受熱面。如熱管式空氣預(yù)熱器可替代傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器和列管式空氣預(yù)熱器,提高受熱面壁溫,避免露點(diǎn)腐蝕,提高爐膛進(jìn)風(fēng)溫度和爐膛含氧量,減少漏風(fēng),延長(zhǎng)鍋爐運(yùn)行周期。

1、工業(yè)鍋爐尾部的熱管空氣預(yù)熱器．熱管式省煤器或翅片管省煤器。

2、電站鍋爐尾部的熱管空氣預(yù)熱器可分下列幾種用途：

①在原低溫段空氣預(yù)熱器的空氣入口前設(shè)置一熱管式空氣預(yù)熱器,進(jìn)一步降低鍋爐排煙溫度,減少排煙熱損,提高鍋爐效率；

②整個(gè)低溫段空氣預(yù)熱器均為熱管式結(jié)構(gòu)；

③用鍋爐排放的熱煙氣加熱脫硫后的冷煙氣,即電站脫硫的GGH。

3、燃?xì)忮仩t對(duì)流段后部。

4、電力輸送線路的保護(hù),在高海拔及寒冷地區(qū)的電力輸送塔、變電站等都需要熱管來(lái)保護(hù)其地基不會(huì)因季節(jié)變化而過(guò)度膨脹或者融沉。

石油化工

1、 煉油廠的常壓爐、減壓爐、常減壓二合一爐、加氫爐．減粘爐、重整爐等,利用熱管式空氣預(yù)熱器回收出爐煙氣的余熱加熱空氣,以提高加熱爐的送風(fēng)溫度。

2 煉油廠催化裝置再生煙氣和各種內(nèi)、外取熱器的余熱回收,可產(chǎn)生中壓蒸汽并用于動(dòng)力系統(tǒng)。

3、乙烯裂解爐對(duì)流段盤管、煉油廠加熱爐對(duì)流段盤管。

冶金工業(yè)

1、煉鐵廠用高爐煙氣來(lái)預(yù)熱空氣、煤氣的單預(yù)熱或雙預(yù)熱整體式或分離式熱管換熱器,回收熱風(fēng)爐煙氣余熱,節(jié)約煤氣,提高熱風(fēng)爐的升溫速度、爐頂溫度和送風(fēng)溫度 降低煉鐵焦比,節(jié)約焦炭。

2、利用熱管式蒸汽發(fā)生器或翅片管式蒸汽發(fā)生器回收各種帶冷機(jī)和環(huán)冷機(jī)所輸送的燒結(jié)礦的顯熱,產(chǎn)生蒸汽。

建材建筑

對(duì)于水泥、陶瓷等建材行業(yè),利用換熱器回收窯爐煙氣的余熱,產(chǎn)生熱風(fēng)或熱水。如熱管式熱風(fēng)爐或熱管．列管組合式熱風(fēng)爐,可產(chǎn)生500℃以下的熱風(fēng),干燥清潔物料。建筑業(yè)熱管式空氣預(yù)熱器可用于室外的新鮮空氣和室內(nèi)的渾濁空氣之間的熱交換；在集中空調(diào)制冷機(jī)組中,利用熱管換熱器口收廢氣余熱產(chǎn)生低壓蒸汽供空調(diào)制冷機(jī)組使用。

交通工程

青藏鐵路的守護(hù)者——熱管

近10年來(lái),熱管技術(shù)在交通工程上有很大的拓展,解決了很多以往幾十年都沒(méi)有解決的問(wèn)題,比如高寒高海拔地區(qū)的道路、橋梁、石油管線的保護(hù),越來(lái)越多地以來(lái)熱管元件了。最具有代表性的是我國(guó)青藏鐵路的建設(shè),青藏鐵路穿過(guò)很多凍土區(qū)域,因環(huán)保的要求,不能隨意采取措施來(lái)保護(hù)鐵路而去破壞土壤環(huán)境,熱管不但能滿足環(huán)保的要求,也能滿足保護(hù)鐵路的要求,它的工作原理只是在冬天的時(shí)候,通過(guò)傳熱,自動(dòng)地縮小地上與地下的溫差,從而使凍土在夏天不致融化,以達(dá)到保護(hù)鐵路路基的目的。

石油天然氣

高寒冷地區(qū)的石油或者其他流體的輸送管線也會(huì)因季節(jié)的變化,導(dǎo)致管線的基礎(chǔ)也會(huì)因季節(jié)的變化而變形,這種變化會(huì)破壞管線,導(dǎo)致重大事故。同時(shí)管道內(nèi)的流體與管道摩擦也會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,這些熱量累積起來(lái)非�？陀^,長(zhǎng)期以往會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生毀滅性的破壞,美國(guó)在建設(shè)阿拉斯加輸油管線的時(shí)候,為了保護(hù)那里的永凍土層,在管線沿線設(shè)立了大量的熱管以阻止管線熱量向地下傳播。

電子工業(yè)

在電子工業(yè)領(lǐng)域,熱管散熱器也逐漸流行開(kāi)來(lái),這些散熱器相比以往的普通的風(fēng)冷或者水冷的方式來(lái)說(shuō),大大地節(jié)約了成本、降低的噪音、減少了空間要求、最關(guān)鍵的散熱效率是以往方式不可比擬的。小到筆記本里面,大到高鐵動(dòng)車?yán)锩娑紩?huì)用到新型的熱管散熱器。

其他行業(yè)

除上述熱管應(yīng)用以外,在其他方面,熱管同樣有著很廣泛的應(yīng)用。諸如太陽(yáng)能的熱管取熱發(fā)電裝置、電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻的熱管結(jié)構(gòu)、家用熱管太陽(yáng)能集熱裝置、高寒地區(qū)凍土層熱管穩(wěn)定技術(shù)等,有力地推動(dòng)了技術(shù)進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。