分離式熱管散熱器在火力發電站熱能回收上的應用

錢忠永

【摘要】當前火電廠發電是我國電力產業的主流形式，在創造大量財富提供公益服務的同時，也具有耗能多、污染重等諸多社會、環境問題。因此，利用分離式熱管散熱器可以使發電廠熱能的利用效率更高、產值更好。因而，具有著廣闊的市場前景和技術創新等發展空間。

【關鍵詞】分離式熱管原理熱能回收火力電廠

一、火力發電存在的問題和常規思路

火力發電我國的主導發電形式，在利用煤、石油或者天然氣等可燃資源經過燃燒產生大量的熱量基礎上，再通過一些技術手段使之轉化為電能。由于具體國情等原因，利用火力發電在我國占據行業優勢。但是，與此同時也存在一些問題。

（1）煤炭資源是不可再生資源，當前的諸多電廠存在著耗能多的問題。過度利用和不合理利用煤炭、天然氣資源會造成我國煤炭資源的浪費，降低了煤炭資源的使用效率。水資源同樣也是非常寶貴的，在發電過程中需要大量的水資源冷對汽輪機進行冷卻。

（2）火力發電廠在運行中大量使用煤炭進行發電，煤炭的運輸、儲存以及燃燒轉化電能的過程，都會對生態環境造成很大的破壞。煤炭燃燒會釋放出大量的二氧化硫和氧化氮代謝物等酸性氣體引發酸雨。

煤炭資源在鍋爐中燃燒，會導致大量的煙氣產生并排放到大氣中。這是導致發電廠資源浪費以及對生態環境破壞嚴重的主要原因之一。煙氣中大量污染物的排放直接對生態環境造成破壞，同時，大量的熱能以煙氣為載體被直接排放出來，導致熱能大量浪費。直接降低煙氣的溫度，會導致煙氣中的硫酸蒸汽會在低溫的條件下凝結成液態，將會腐蝕低溫受熱面。同時，煙氣溫度降低導致鍋爐中的受熱面與工質之間的溫差減小，從而降低發電的效率。因此，收集煙氣中的余熱，并對其加以利用，對助燃空氣進行預熱，有助于提高發電效率，推動產能的提高。

二、熱管理論與實踐

熱管一種傳導熱量的元件，G.M.Grover在美國的LosAlamos國家實驗室發明了熱管。這種導熱元件具有強大的導熱能力，迄今為止沒有任何一種金屬的導熱能力可以與之媲美。利用這種熱管技術所制成的熱管換熱器，可以運用到火力發電廠中，對鍋爐中的煤炭燃燒產生的煙氣中的余熱進行回收。

（1）熱管的工作原理

熱管技術的工作原理就是制造熱管兩端的溫差，通過介質的蒸發、冷凝、回流、循環，從而帶動熱量快速的傳導。將熱管的分為兩段，蒸發段和冷凝段，分別在熱管的兩端。首先將熱管內抽成真空，再注入一定量的特定液體，熱管內壁要有吸液芯。當溫度很高的煙氣進入熱管一端，熱管中的液體迅速受熱蒸發，熱管兩端受熱不均勻形成壓力差，導致蒸汽流向熱管的冷凝段，并在冷凝段冷凝形成液體，被熱管內壁上的吸液芯吸收。液體在通過吸液芯多孔材料的毛細力作用下回流至蒸發段，再次受熱蒸發。如此快速的循環往復，使熱量快速的傳導。

（2）熱管技術的特點

由于熱管具有很高的熱傳導性，所以將熱管技術運用到換熱器中可以大大提高換熱效率，其優勢遠高于其它種類的換熱器。

1.高導熱性。熱管技術的傳熱介質是液態或者氣態的，在熱管內部介質受到的傳熱阻力較小，因此熱管的導熱效率遠高于金屬，大概是金屬導熱元件的10³～10⁴倍。2.表面溫度均勻。由于液體蒸汽在熱管內快速循環，整個熱管內始終處于蒸汽飽和狀態，管內兩端壓差很小，所以熱量流失的很少，整個熱管能夠基本保持等溫的狀態。3.適應高溫環境。熱管能夠適應其它換熱元件無法達到的溫度環境，以目前的熱管技術，熱管在800℃的溫度環境下，依然能夠勝任熱傳導工作。

此外，熱管技術還具有更換靈活，冷凝段與蒸發段可隨時轉換、使用周期長以及工作安全可靠等眾多優勢。

（3）分離式熱管換熱器

大型火力發電站一般發電量都非常大，每天都會有的煙氣排放量巨大，能達到幾百萬立方米。

分離式熱管換熱器就是將熱管的蒸發段和冷凝段分開，形成兩個箱體。再用液體下降管和蒸汽上升管將兩個箱體鏈接在一起。受熱后的液體變為蒸汽通過蒸汽上升管將熱量輸送到換熱器中。再利用蒸汽凝結所釋放出的熱量又會對冷流體進行加熱，使其蒸發。冷凝的液體在重力的作用下在回流到蒸發段，如此循環往復，達到熱量傳導的目的。

分離式熱管換熱器的特點是可以適應設備大型化的需要，分離式熱管散熱器不需要制造大型的熱管，熱管緊密性強，比單管換熱器更加便于制造、運輸、安裝分離式熱管換熱器已經在很多發達國家和地區中得到了廣泛使用，大量的事實證明這種技術有效的減少資源的浪費，我國正著面臨產業轉型的初期，傳統的火力發電站還大量存在，完成轉變還需要時間，為了避免資源的繼續浪費和減少對環境的破壞，促進類似分離式熱管換熱器這樣的技術的普及有重要的意義。