熱管技術在熱能工程中的應用

文/吳克強

一、熱管技術介紹

熱管技術自國外引進以來應用領域不斷擴大，人們對熱管技術的認可越來越高，從一開始的應用于航天、軍工等行業，到現在廣泛應用于熱力工程等項目，可見，熱管技術的潛能正在不斷被開發出來，了解熱管技術，首先要了解什么是熱管及其工作原理。

(一）熱管的基礎構造

熱管的基礎構造是由工作液體、管芯和管殼組成，其中，工作液體又分為氣態和液態兩種類型，是熱管在工作時傳遞熱量的中間媒介，生活中經常使用的工作液體為甲醇、水等液體，其中水的工作溫度在45-210℃之間[1]。第二個組成部分是管芯，它貼近管殼，由特殊的多孔材料制造而成。第三部分是管殼，它是熱管最外部的結構，一般由堅硬的材料制成，如不銹鋼、銅等，具有一定的抗壓性。

(二）熱管技術的使用原理

熱管在實際運用過程中，可以分成三個階段，包含蒸發階段、絕熱階段、冷凝階段。首先，熱管在工作時第一個環節是蒸發階段，通過受熱使液體蒸發，蒸汽會把熱量帶走，流向冷凝階段，而在流向的過程中，熱管經歷了絕熱階段，最終被冷凝，冷凝過后的熱氣會再次凝結成液體，從毛細多孔材料回到原始蒸發階段，由此形成了一個閉合的熱量循環過程。

二、熱管技術在熱能工程中的應用

(一）熱管技術在火力發電工程中的應用

熱管技術誕生于1963年的美國，后經不斷改造和發展，熱管技術逐漸應用到人們的生產生活中來。我國起初把熱管技術應用到航天、軍工產業，后續證明，熱管技術在熱能工程中有著不可替代的作用，因此，熱管技術開始廣泛應用于熱能工程中。

1.熱管技術在鍋爐中的應用

空氣預熱器是鍋爐重要的組成部分，然而傳統鍋爐中的空氣預熱器經常會出現積灰、磨損、腐蝕漏風等弊端，這在一定程度上影響了鍋爐工作的正常進行，同時在維修成本上花費較高，所以在安全和經濟兩方面上都有弊端。然而，熱管技術的應用則會大大改善這種現象，用熱管代替傳統的空氣預熱器可以有效控制鍋爐管壁的溫度，一旦超出水蒸氣露點和酸露點就能避免腐蝕現象的產生。熱管自身具備良好的漏風控制度，所以在工作期間不易發生漏風現象。同時，還可以通過設計煙速達到自吹灰的作用，從而避免堵灰。

2.熱管技術在余熱回收中的應用

日常生產生活中對余熱的回收可以起到節約成本和能源、保護環境的作用。熱管技術除了在鍋爐中有廣泛應用，其在余熱回收中也應用頗廣，且效果顯著。如在紡織業中，熱管技術將余熱回收，同時把熱量傳遞到固定的裝置內，從而使熱量進行循環利用。在余熱回收中，熱管技術利用鮮風遭受定型機負壓作用后進入熱管的蒸發階段時，熱管開始吸取熱量，之前的鮮風通過傳熱管的新風段，流入至定型機烘箱的散熱器中[2]這一原理，通過把熱管裝置在余熱排口處，吸收廢棄余熱，從而節約了成本和資源。

(二）熱管技術在電廠中的應用

1.熱管式冷油器

熱管技術的發展在電廠工程中也發揮著重要的作用。熱管式冷油器是電廠汽輪機運行過程中的重要組成部分，其主要應用于冷卻汽輪機透平油，保證汽輪機的軸瓦能夠在指定溫度中安全持續的運行，保證汽輪機工作效率的有效性。熱管技術下應用的冷油機能夠解決汽輪器中存在的一些閉塞性問題，例如油污染。采用熱管式冷油機，不僅提高了其冷卻的效率，還能夠有效的節約水源，促進資源有效利用，并且更容易進行檢修。雖然熱管式冷油器的價格較高，比列管式換熱器價格高，但是就發展角度、性價比來說，熱管式冷油器更勝一籌，應用范圍更為廣闊。

熱管式冷油器主要使用溫度高的透平油，讓其從入口進入至油室，利用熱管進行加熱。熱管以其傳熱性特點把熱量帶走，使熱管處于冷卻階段。由于熱管的工作液體要憑借重力作用才能進行回流工作，所以冷卻過后的水需要在上面，而傳統的列管式冷油器則不是這樣，存在一定的弊端。在這一環節中，管內與外部換熱直接變成了熱管外部換熱，最終使油與水分離。在清理污垢上也要方便許多，只需清理熱管外表即可，大大減少了日常的維護量。

2.半開式自動調節重力熱管

自動調節重力熱管技術是通過鍋爐排煙過程中余熱集中采暖或者供冷，這在很大程度上降低了排煙的溫度，起到節能作用。

該熱管技術的工作原理是：在熱管蒸發階段吸收外部的熱量，促使部分的液體得到蒸發并沸騰，在蒸汽進入到絕熱階段之后進入冷凝階段，凝結之后的液體會進入到熱井，然后再次回流進入到熱管的蒸發階段，進而進行再次循環。為了有效保證熱管可以在高于大氣壓之下工作運行，需要設計專門的穩壓結構，從而確保熱管的正常工作。主要方法是在蒸汽出口接上U形管，U形管的管口需要覆蓋上小孔和密封槽相連。工作進行時，密封處與U形管所產生的液柱差就是熱管的表壓，壓力上升時，蒸汽經過U形管進入密封槽釋放出壓力，而壓力下降時，液柱隨著U形管開始上升，直至壓力均衡。當U形管高度足夠時，能夠防止液體倒置進入熱管中。為了保證熱管液位的穩定性，在兩相流原理基礎上需要設計液位的自調節結構，從而使熱管與兩相流的傳感器構成連通器，用此調節器促進蒸汽的作用力去控制回流液體的面積，控制回流量。

三、結語

隨著社會經濟的高速發展，人們在享受便捷生活的同時也在經歷了資源、能源浪費嚴重、環境污染的階段，如何在不影響經濟發展的同時滿足資源的可持續發展，新型技術開發迫在眉睫。熱管技術的出現剛好解決了這一問題，在運用過程中，實現了熱能的循環利用，不僅僅降低了成本還節約了能源，保護環境，同時相對于傳統的技術，熱管技術更加安全。通過討論熱管技術在熱能工程中的應用及發展，促使人們對熱管技術逐漸重視，為我國的熱能工程貢獻力量。

[1]羅毅，金良軍.熱管技術在熱能工程中的應用[J].工程技術:引文版，2016(5):00140-00140.

[2]沈鐵軍.熱管技術及其在熱能工程中的主要應用[J].中國科技投資，2016(27).