浅谈热管及热管气-气换热器的应用

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　　摘 要：热管是一种依靠管内工质的蒸发，凝结和循环流动而传递热量的部件。由热管元件组成的，利用热管原理实现热交换的换热器称之为热管换热器。热管换热器最大的特点是：结构简单，传热效率高、动力消耗小。其越来越受到人们的重视，是一种应用前景非常好的换热设备。目前，它被广泛应用于动力、化工、冶金、电力、计算机等领域。本文浅谈热管换热器的发展现状、应用。
　　关键词：热管;热管热交换器;设计计算
　　一、热管的现状
　　在众多的传热元件中，热管是人们所知的最有效的传热元件之一，它可将大量热量通过其很小的截面积遠距离地传输而无需外加动力。
　　我国自70年代开始，开展了热管的传热性能研究以及热管在电子器件冷却器及空间飞行器方面的应用研究。由于碳钢-水两相闭式热虹吸管的结构简单、价格低廉、制造方便，易于在工业中推广应用，碳钢-水相容性的基本解决，使得此类热管的已广泛的应用，我国的热管技术工业化应用的开发研究发展迅速。
　　二、热管及其应用
　　热管构造的四要素是：1.工质或工作流体;2.管芯或毛细结构;3.管壳;4.翅片。热管工作的主要任务是从加热段吸收热量，通过内部相变传热过程，把热量输送到冷却段，从而实现热量转移。
　　三、热管换热器及气-气换热器
　　热管式换热器是一种新型的换热器，于70年代初开始应用于工业中作为节能设备。虽然热管换热器在工业中应用时间不长，但发展速度很快。热管换热器最大的特点是：结构简单、换热效率高，在传递相同热量的条件下，热管换热器的金属耗量少于其他类型的换热器，换热流体通过换热器时的压力损失也比其他换热器小，因而动力消耗也小。热管换热器的这些特点正越来越受到人们的重视，是一种应用前景非常好的换热设备。
　　热管气-气换热器是目前应用最为广泛的一种余热回收设备，它利用锅炉、加热炉等排烟余热预热炉内的助燃空气，不仅可提高炉子的热效率，还可以减轻对环境的污染，因此，热管气-气换热器在余热回收利用中得到非常广泛的应用。
　　传统的气-气换热器的缺点是笨重，愈提高烟气冷却程度或者空气的加热温度，气-气换热器就愈加笨重。气-气换热器所排出的烟气的温度也受到限制，既决定于技术经济条件，也决定于必须避免在气-气换热器的金属表面上结成水滴，因为水滴会引起金属壁的腐蚀，灰分也会粘在湿金属壁上使之加速积垢。燃料中含硫越多，在金属壁上结成的水的就会越危险。从气-气换热器中排出的容许温度决定于必须使金属壁温度高于烟气露点的条件。
　　采用热管气-气换热器能够把排出烟气时带走的热量损失减少到能够允许的程度，每当使排出的烟气温度降低20℃，锅炉整体效率可提高约1%。此外热管气-气换热器能使炉膛中前部烟道中的烟气温度有某些提高。在这些地方，烟气与水或蒸汽的温度差将会增加，因而经过受热面传过的热量也就增加了。辐射传递的热量增加尤为显著。
　　由于水-碳钢热管的研制成功，使得气-气热管换热器的制造成本大幅减低，从而促进了热管气-气换热器的工业化应用。热管气-气换热器综合起来有如下一些特点：
　　1.传热性能高。由于热管气-气换热器的加热段和冷凝段都带有翅片，大大展了换热表面，因此，其传热系数比普通的光管气-气换热器的要大好多倍;
　　2.对数平均温差大。由于热管气-气换热器可以方便地做到冷流体与热流体的纯逆向流动，这样在相同的进、出口温度条件下，就可以产生最大的对数平均温差;
　　3.传热量大。由于热管气-气换热器的传热系数和对数平均温差大，因此，传热量就大;
　　4.体积小、重量轻、结构紧凑。由于热管气-气换热器所传输的热量大，因此在传输同样的热量的情况下，热管气-气换热器就显得体积小、重量轻、结构紧凑，因而金属的消耗量小，占地面积就大大减少。热管气-气换热器这一独特的优点就使得在余热回收等应用领域开辟了广阔的天地;
　　5.便于拆装、检查和更换。热管气-气换热器是由许多根独立的换热元件-热管按照着一定的排列方式组成的。因此更换部分热管不会影响热管气-气换热器整体的正常工作;
　　6.热管气-气换热器具有很大灵活性，可以根据不同的热负荷和气体的流量将几个热管气-气换热器串联或并联起来使用;
　　7.明显的提高了金属壁温，减轻了低温腐蚀;
　　8.有效地防止了漏风，降低了引风机的耗电量;
　　9.增强了换热能力，余热回收率高，提高了锅炉热效率;
　　10.明显的减轻了受热面积灰，不会出现堵烟现象而影响锅炉正常运行;
　　11.流阻小，降低了换热器运行时动力消耗。
　　总之，热管气-气换热器与管壳式预热器相比，有很多优点，主要体现在传热性能好、结构简单、紧凑、投资小、运行费用低和流阻小等方面。热管气-气换热器的技术优势就在于利用了热管内部工质的相变传热，换热系数大，易于控制空气及烟气出口温度。
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