熱能工程中熱管技術應用分析

【摘要】當今傳熱工程面臨兩大問題：研究高絕緣材料和高導熱材料。具有良好導熱性的材料有鋁、紫銅和銀，但其導熱系數只能達到102W/（m·℃）的數量級，遠不能滿足某些工程中的快速散熱和傳熱需要，熱管的發明就解決了這一問題。熱管的相當導熱系數可達105 W/（m·℃）的數量級。為一般金屬材料的數百倍乃至上千倍。它可將大量熱量通過很小的截面積遠距離的傳輸而無需外加動力。由于熱管具有導熱性能好、結構簡單、工作可靠、溫度均勻等良好性能。熱管是傳熱領域的重大發明和科技成果，給人類社會帶來巨大的實用價值。

【關鍵詞】熱管技術關鍵點；空預器；余熱回收

引言：由于我國是一個發展中國家，能源的中和利用水平較低，因此自80年代初我國的熱管研究及開發的重點轉向節能及能源利用，相繼開發了熱管氣-氣換熱器，熱管余熱鍋爐、高溫熱管蒸汽發生器，高溫熱管熱風爐等各類熱管產品。從1987年到1991年。我國先后在四川、福建、北京、浙江等地8臺130t/h以上電站鍋爐上應用了大型熱管換熱器，回收煙氣余熱加熱鍋爐鼓風空氣。

1、熱管的工作原理和基本組成

1.1熱管的工作原理

熱管是一種具有高導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管殼內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、可控制溫度等一系列優點。由熱管組成的熱管換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小、有利于控制露點腐蝕等優點。目前已廣泛應用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機械等行業中，作為廢熱回收和工藝過程中熱能利用的節能設備，取得了顯著的經濟效益。

典型的重力熱管在密閉的管內先抽成真空，在此狀態下充入適量工質，在熱管的下端加熱，工質吸收熱量汽化為蒸汽，在微小的壓差下，上升到熱管上端，并向外界放出熱量，凝結為液體。冷凝液在重力的作用下，沿熱管內壁返回到受熱段，并再次受熱汽化，如此循環往復，連續不斷的將熱量由一端傳向另一端。由于是相變傳熱，因此熱管內熱阻很小，熱管的高導熱能力與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數量級的熱量，所以能以較小的溫差獲得較大的傳熱率，且結構簡單，具有單向導熱的特點，特別是由于熱管的特有機理，使冷熱流體間的熱交換均在管外進行，這就可以方便地進行強化傳熱。此外，由于熱管內部一般抽成真空，工質極易沸騰與蒸發，熱管啟動非常迅速。

熱管這種傳熱元件，可以單根使用，也可以組合使用，根據用戶現場的條件，配以相應的流通結構組合成各種形式換熱器，熱管換熱器具有傳熱效率高、阻力損失小、結構緊湊、工作可靠和維護費用少等多種優點，它在空間技術、電子、冶金、動力、石油、化工等各種行業都得到了廣泛的應用

1.2熱管的基本組成

熱管的基本組成關鍵有3個部分，就是工作液體、管殼與管芯。其中，熱管工作時完成熱量的傳遞關鍵是經過工作液體這個煤質來實現，關鍵有水、甲醇、丙酮等，在熱管內呈液態與氣態兩種物理狀態，在熱管是真空狀態的前提下才可以充入，而且把毛細材料中全部的微孔所有填滿后才結束密封。制造管殼的重要材料是金屬性質的材料，包含不銹鋼、碳鋼等，這樣制成的管殼是統統密閉的而且具備一定的壓力承受值的，在內部的空腔部位還有原始真空度的存在。管芯的重要制作材料是毛細多孔材料，它是緊貼著管壁的，通常呈現形式為燒結的金屬粉末。

2、熱管技術 的重要特點

2.1熱管換熱設備較常規設備更安全、可靠，可長期連續運行。

這一特點對連續性生產的工程有特別重要的意義。常規換熱器設備一般是間壁換熱，冷熱流體分布在器壁的兩側流過，如管壁或者器壁有泄漏，則將造成停產損失。由熱管組成的換熱設備，則是在二次間壁換熱，即熱流要通過熱管的蒸發段管壁和冷凝段才能傳到冷流體，而熱管一般不能可能在蒸發和冷凝段同時破壞，所以大大增加了設備運行的可靠性。

2.2熱管管壁可溫度可調性

熱管管壁的溫度可以調節，在低溫余熱回收或熱交換中是相當重要的。因為可以通過適當的熱流變換把熱管管壁溫度調整在底溫流體的露點以上，從而可以防止露點腐蝕，保證設備的長期運行。這在電站鍋爐尾部的空氣預熱方面應用得特備成功，設置在鍋爐尾部的熱管空氣預熱器，由于能調整管壁溫度不僅能防止煙氣結露，而且也避免了煙氣在管壁上的粘結，保證鍋爐長期運行，并提高了鍋爐效率。

2.3冷、熱段結構和位置布置靈活

由熱管組成的換熱設備的受熱部分和放熱部分結構設計和位置布置非常靈活，可適應于各種復雜的場合。由于結構緊湊占地空間小，因此特別適合工程改造及地面空間狹小和設備擁擠的場合，且維修工作量小。

2.4熱管換熱設備效率高，節能效果顯著。

3、熱管技術在熱能工程中的應用

3.1熱管換熱器在火電廠鍋爐上的應用

熱管式換熱器基本結構如下：它有很多的排成管束的熱管組成，中間有一隔板，煙氣和空氣分別在熱管外部兩側流過；熱量主要通過熱管內部的蒸發--冷凝來傳熱。這種換熱器的主要特點： 1）它是個典型的逆流換熱，又因熱管本身接近于等溫工作，這就使熱管換熱器具有較高的換熱效率；2）冷、熱流體用隔板嚴密隔開，可以消除兩種流體互相泄漏的現象。即使熱管有一端破裂，也不會使冷熱流體相互串通；3）每根熱管都是獨立的，并可拆卸，易于檢修和更換。熱管換熱器應用火電廠鍋爐空氣預熱器，有利于解決以往空氣預熱器的磨損、腐蝕、堵灰、漏風等難題。這是因為：1）熱管在煙氣側的管壁溫度是均勻的。可以通過調節熱管的冷熱段大小來調節管壁溫度，使之高于煙氣的酸露點和水蒸氣露點。避免腐蝕的發生；2）如果管壁溫度高于酸露點和水蒸氣露點，則附著于管外表面的煙氣呈干燥而疏松狀態。設計一定的煙速可使煙氣有自吹灰作用，避免了灰的堆積和堵塞；3）熱管式空氣預熱器的結構本身保證了漏風系數為零。即使個別熱管被腐蝕或磨穿，由于熱管兩端密封，也不可能產生漏風；4）熱管式空氣預熱器可以減小磨損。目前熱管空氣預熱器在大型機組上成功的應用已證明了它是一個非常理想的換熱裝置。

3.2煉焦爐余熱回收工程中的應用

通常狀況下，從煉焦爐被釋放出來的煙氣，溫度會特別的高，不實施回收運用，就會釀成特別大的浪費。假如把熱管技術使用到煉焦爐，而且安裝到煙囪內，這些大量的余熱就能夠回收運用。第一個程序，在熱管內，工作介質對于煙囪內的熱量實施有效的吸收，而且蒸發成氣體，這些氣體會傳送到凝結段，實施熱量的釋放后，開始凝結，當能量統統的釋放之后，不斷形成液態的介質，再一次的流回蒸發段，不斷的循環。經過凝結段的應用，獲得的熱量，應該實施加熱，除去鹽水，由于熱管傳送的熱量類型特別多。因此汽與誰的混合物就會大量的出現，而且沿著上升管在集箱的內部匯合實行，而且在最后都進入汽包完成分離。

4、結 語

隨著人類對資源的開發與運用，傳統能源漸漸減少，把熱管技術應用于熱能項目，不但能夠完成熱能的有效流動，并且還能夠節約大量的能量，從而完成節約能源的目標。 總之，熱管技術已深入人們生活的每個區域，從軍工到民用，從空間到地面，處處能夠見到它的應用，而且不一樣功能的熱管也日趨向縱深方向發展。

參考文獻：

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[2]何天榮.熱管技術及其在熱能工程中的應用[J].工業鍋爐，2013（21）