谈锅炉热管技术的应用

摘要：热管技术主要应用在利用热能、回收废热、节约原料、降低成本等方面，特别是在工业余热利用中发挥了越来越重要的作用，并取得了显著的经济效益。本文对锅炉热管技术的应用进行简要的分析。

关键词：锅炉 热管 技术 应用

典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。要保持热管的高效传热性能，长期可靠地工作，一是要保证管壳的完全密封，不得有工质蒸汽泄漏。二是在管内不允许有不凝结气体存在；在制造过程中要用抽真空或加热的方法将空气赶走，然后进行密封。三是在使用过程中，工质热稳定性高，并且与管材不应发生化学或电化学反应而产生不凝结气体。

1.热管的基本工作原理

构成热管的管壳、管芯的材质的选择，与热管的工作温度范围、管内工质的工作压力以及管壳与工作液体的相容性有关。热管的工作压力为工质温度对应的饱和压力，因此管壳要承受一定的压力。此外， 还要求管壳的热阻小，价格便宜。

管芯材料的选择要求与工质相容，热阻小，液体渗透性好，一般与管壳采用相同材质。

热管工质是输送热量的媒介，因此对热管工作液体的要求是：热输送能力要大（汽化热大、热导率高、粘性小、表面张力大等），热稳定性要好，与吸液芯和管壳的相容性要好，工作温度下的蒸汽压力不宜过高。此外，对有机工质还应考虑是否有毒，是否易爆等。通过合理选择热管的管材、工作液体、吸液芯结构等可使热管长期有效地服役于其工作温度范围。

2.热管技术的特点

与常规换热技术相比，热管技术之所以能不断受到工程界欢迎，是因其具有如下特点：

2.1热管换热设备较常规设备更安全、可靠，可长期连续运行这一特点对连续性生产的工程，如化工、冶金、动力等部门只有特别重要的意义。常规换热设备一般都是间壁换热，冷热流体分别在器壁的两侧流过，如管壁或器壁有泄漏，则将造成停产损失。由热管组成的换热设备，则是二次间壁换热，即热流要通过热管的蒸发段管壁和冷凝段管壁才能传到冷流体，而热管一般不可能在蒸发段和冷凝段同时破坏，所以大大增强了设备运行的可靠性。

2.2热管管壁温度可以调节，这在低温余热回收或热交换中是相当重要的，因为可以通过适当的热流变换把热管管壁温度调整在低温流体的露点以上，从而可防止露点腐蚀，保证设备的长期运行。这在电站锅炉尾部的空气预热方面应甩得特别成功，设置在锅炉尾部的热管空气预热器，由于能调整管壁温度不仅能防止烟气结露，而且也避免了烟灰在管壁上的粘结，保证锅炉长期运行，并提高了锅炉效率。

2.3由热管组成的换热设备的受热部分和放热部分结构设计和位置布置非常灵活，适用于各种复杂的场合。由于结构紧凑、占地空间小，因此特别适合于工程改造及地面空间狭小和设备拥挤的场合，且维修工作量小。

2.4热管换热设备效率高，节能效果显著。

3.热管换热器

利用热管导热能力强、传热量大的特点，以多根热管作为中间传热元件，实现冷、热流体之间换热的设备称为热管换热器。按照热流体和冷流体的状态，热管换热器可分为气-气式、气-液式、液-液式、液-气式。在烟气热能利用方面的热管换热器主要是气-气式和气-液式两种。从热管换热器结构形式来看，热管换热器又可分为整体式、分离式、回转式和组合式。

3.1整体式热管换热器

热管平行交错排列在换热器内，中间用隔板将每根热管分隔成两部分，一部分与热流体通、道相连，为热管的蒸发段；另一部分与冷流体通道相连，为冷凝段。冷、热流体均在热管外部横向流过，通过热管轴向传输热量，将热从热流体传给冷流体。根据热管换热器的传热特点，它最适宜于气-气之间的换热。因为它在冷、热段均可加翅片来扩展传热面积，大大提高以管基为基准的传热系数。它也可作为气-液换热器，此时只需在烟气侧加翅片，以增强传热。

冷侧一般均为汆压的锅筒。目前热管余热锅炉产生的蒸汽压力可达12mpa。进入余热锅炉的烟气温度最高可达11℃。热管余热锅炉的最大特点是结构紧凑，体积小，安全可靠。与一般的烟管式余热锅炉相比，其质量仅为烟管式余热锅炉的1/3-1/5，外形尺寸只为烟管式余热锅炉的1/2-1/3。烟气通过余热锅炉的压力损失一般为20 ～60Pa， 故引风机的电耗也很小。热管元件的破损，不影响蒸汽系统的循环，无需为此停机检修。

3.2分离式热管换热器

其蒸发段和冷凝段相互分开，两者之间通过蒸汽上升管和冷凝液下降管连接成一个循环回路。其循环动力为下降管系统（包括冷凝段）与上升管系统〈包括蒸发段）中工作介质的密度差，即不需要外加动力。分离式热管换热器拥有一些常规换热器不具备的特性：①根据现场实际情况，可灵活地布置蒸发段和冷凝段；②一种热流体可同时加热两种不同的冷流体安全而又可靠；③管排内的蒸汽温度可以调整。在分离式热管换热器中，改变蒸汽上升管和冷凝液下降管的连接次序，可以调整管排内的蒸汽温度，这样可避免高温侧因管内温度高而造成的压力过高的安全性问题和因低温侧温度过低带来的露点腐蚀问题。

3.3回转式热管换热器

该类换热器有两个显著优点：一是借助转动的离心力来实现工作液体循环，同时转动促使气流的搅动，增强传热，这对含尘较多的气体更为有效。二是这类换热器兼有送风机的功能。但由于增添了转动机构使结构复杂化，另外还增加了动力消耗。回转热管换热器可分为离心式、轴流式和涡流式。

3.4组合式热管换热器

整体式热管换热器均由同一类型的热管所组成，而组合式热管换热器则是根据换热器中所处的温度段不同，而选择充有不同工作液体的热管。工作温度由高到低，可以选用最适宜在该温度区内工作的热管。

3.5热管换热器与其他形式的换热器的比较

热管换热器与其他形式的换热器相比，有以下特点：①传热性能高。尤其对气-气热管换热器，更能显示出它的优点。②传热平均温差大。冷、热流体的通道布置方便，流向可以布置成单纯的逆流形式。③结构紧凑。除上述特点可使换热器做得紧凑外，每根热管的传热能力也大，可以用较少的热管数目保证热量的传递。④布置灵活。热管可以作为通用的传热元件，对于传热量要求不同的换热器，可以用改变热管根数的方法进行任意组合。