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熱管換熱器應用

——石油化工中的余熱回收

 

熱管換熱器體積小、佈置靈活、可控制露點腐蝕，在石油化工的加熱爐余熱利用應用廣氾。

 

熱管換熱器

 

　　熱管是一種具有極好導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有極好的導熱性、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。由熱管組成的換熱器具有傳熱效率好、結構緊湊、流體壓降小等優點。由於其特殊的傳熱特性可控制管壁溫度，避免腐蝕。目前已廣氾應用於冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機械等行業中進行余熱回收以及綜合利用工藝過程中的熱能，已取得了顯著的經濟效益。

 

　　重力熱管換熱器因其簡單的結構及經濟的成本得到了廣氾的應用，其工作原理是：熱管受熱側吸收廢氣熱量，並將熱量傳給管內工質[液態]，工質吸熱后以蒸發與沸騰的形式轉變為蒸汽，蒸汽在壓差作用下上升至放熱側，同時凝結成液體放出汽化潛熱，熱量傳給放熱側的冷流體，冷凝液體依靠重力回流到受熱側。由於熱管內部抽成真空，所以工質極易蒸發與沸騰，熱管起動迅速。熱管在冷、熱兩側均可裝設翅片，以強化傳熱。

 

 

熱管是一種具有極好導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有極好的導熱性、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。由熱管組成的換熱器具有傳熱效率好、結構緊湊、流體壓降小等優點;其工作原理是：熱管受熱側吸收廢氣熱量，並將熱量傳給管內工質[液態]，工質吸熱后以蒸發與沸騰的形式轉變為蒸汽，蒸汽在壓差作用下上升至放熱側，同時凝結成液體放出汽化潛熱，熱量傳給放熱側的冷流體，冷凝液體依靠重力回流到受熱側。

 

 

 

熱管導熱性優良，傳熱係數比傳統金屬換熱器高近一個數量級，還具有良好的等溫性好、溫度可控、熱量輸送能力強、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、無需外加輔助動力設備等一系列優點。熱管工作溫度分為低溫（-200~+ 50℃），常溫（50~250℃），中溫（250~600℃），高溫（＞600℃），需要根據不同的使用溫度選定相應的管材和工質。其中碳鋼－水重力熱管的結構簡單、價格低廉、製造方便、易於推廣，得到了廣氾的應用。實際應用中，用於工業餘熱回收的熱管使用溫度一般在50~400℃之間。熱管換熱器可用於乾燥爐、固化爐和烘爐等的熱回收或廢蒸汽的回收，以及鍋爐或爐窯的空氣預熱等

 

 原理  

 

熱管是一種具有好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，具有很好的導熱性、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。缺點是抗氧化、耐溫性能較差。此缺點可以通過在前部安裝一套陶瓷換熱器來予以解決，陶瓷換熱器較好地解決了耐溫度、耐腐蝕的難題。

 

目前已廣氾應用於冶金、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。

 

 

熱管換熱器

 

天津新華能提供有機熱管換熱器和水熱管換熱器。熱管分為毛細吸液熱管、重力熱管、環形夾套熱管、分體熱管等，可用於氣氣、氣液等傳熱。熱管換熱器的優點是結構緊湊、兩邊氣體隔離、防腐蝕。為避免熱管析氫失效，我公司熱管經特殊處理，實現了五年以上壽命。

 

1、熱管氣氣換熱器

熱管式氣氣換熱器應用特別廣氾，因其換熱介質兩側都可以製成翅片管，大幅度拓展換熱面積，因此結構緊湊，阻力較小，還可以防腐。

 

2、熱管汽水換熱器

熱管式汽水換熱器主要用於煙氣余熱回收，用來加熱循環水或者除鹽水，達到節能目的。常壓水的換熱器直接採用水室式熱管換熱器，帶水壓的換熱器可採用分離式熱管換熱器，壓力較高時，採用夾套式熱管汽水換熱器。

 

熱管換熱器

    熱管換熱器是用一種稱為熱管的新型換熱元件組合而成的換熱裝置。

    本企業生產的熱管是重力熱管，重力熱管的冷凝液是靠重力流回熱端。

    本企業生產低溫熱管和中溫熱管。

    低溫熱管，在200-550K範圍內工作，工作液有氟里昂、氨、水等；中溫熱管，在550-750K範圍內工作，工作液有導熱姆A、銫、水、鉀鈉混合液等。

目前使用的熱管換熱器多為箱式結構，如圖。

把一組熱管合成一個箱形，中間用隔板分為熱、冷兩個流體通道，一般熱管外壁上裝有翅片，以強化傳熱效果。

熱管換熱器的傳熱特點是熱量傳遞汽化、蒸汽流動和冷凝三步進行，由於汽化和冷凝的對流強度都很大，蒸汽的流動阻力又較小，因此熱管的傳熱熱阻很小，即使在兩端溫度差很小的情況下，也能傳遞很大的熱流量。因此，它特別適用於低溫差傳熱的場合。熱管換熱器具有傳熱能力大，結構簡單、工作可靠等優點，展現出很廣闊的應用前景。如圖為熱管換熱器的兩個應用實例。

          

 

 

 

分離式熱管換熱器

分離式熱管換熱器是由熱管換熱器演變的一種新型換熱設備，可分別設置在熱風爐的煙道、煤氣管道和助燃空氣管道上。

 

當熱風爐排出的煙氣通過煙氣換熱器時，其管內的工質吸收了煙氣的余熱后汽化，產生的工作蒸汽彙集到煙氣換熱器的上部，經蒸汽導管分別送到空氣和煤氣換熱器，蒸汽冷凝放出的汽化潛熱將管外流體(空氣或煤氣)加熱。冷凝后的工作液體彙集在該換熱器的下部，在位差作用下通過回流導管流回到煙氣換熱器繼續蒸發。這樣反復循環進行，完成了熱量由熱端到冷端的輸送。

 

分離式熱管換熱器是由若干根高頻翅片管組焊成、彼此獨立的熱管束組成。它具有良好的導熱性能，冷、熱端相對應的各片管束通過蒸汽導管和回流導管連接，構成各自獨立的封閉管路系統，其立面結構如下圖所示。

 

分離式熱管換熱器特點

 

一、加熱箱體(煙氣換熱器）和冷卻箱體（煤氣換熱器與空氣換熱器）可相互獨立，並有效地進行匯合、氣源分隔，實現遠程傳熱，便於現場靈活佈置；

 

二、工作介質的循環是依靠回流液的位差和重力作用，無需外加動力，無機械運行部件，沒有密封和磨損問題，從而增加了設備運行的可靠性，也極大地減少了運行費用；

 

三、加熱箱體與冷卻箱體彼此獨立，易於實現流體分隔密封，故能適用於易燃、易爆等危險流體的換熱，並且也可實現一種流體與多種流體的同時換熱；

 

四、換熱器冷、熱端束可根據冷、熱流體的性能及工藝要求選擇不同的結構參數和材質，從而有效地解決設備的露點腐蝕和積灰問題。

 

 

為什麼要安裝熱管蒸汽發生器？

 

全國各大鍋爐廠在工業燃油、燃氣、燃煤鍋爐設計製造時，由於各種原因造成鍋爐的額定熱效益只能達到鍋爐總出力的75%以下，有25%以上的熱能通過排煙損失、化學不完全燃燒損失、機械不完全燃燒損失、爐體散熱損失、灰渣物理顯熱損失等散失。其中排煙損失佔到總熱損失的90%以上，大幅度降低排煙熱損失，並將該部分熱能進行回收利用成為了鍋爐節能的關鍵所在。

 

燃煤鍋爐節能設備可將煙氣熱量回收，回收的熱量根據需要加熱水用作鍋爐補水和生活用水，或加熱空氣用作鍋爐助燃風或乾燥物料，或者是產生蒸汽用於生產，節省燃料費用，降低生產成本，減少廢氣排放，節能環保一舉兩得。改造投資3-10個月回收，經濟效益顯著。

 

超導熱管是熱管蒸汽發生器的主要熱傳導元件，與普通的熱交換器有着本質的不同。燃煤鍋爐節能設備的換熱效率可達98％以上，這是普通熱交換器無法達到的。燃煤鍋爐節能設備體積小，只是普通熱交換器的1/3。

 

 

熱管換熱器

 

　　熱管是一種具有極好導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有極好的導熱性、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。由熱管組成的換熱器具有傳熱效率好、結構緊湊、流體壓降小等優點。由於其特殊的傳熱特性可控制管壁溫度，避免腐蝕。目前已廣氾應用於冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機械等行業中進行余熱回收以及綜合利用工藝過程中的熱能，已取得了顯著的經濟效益。

 

　　重力熱管換熱器因其簡單的結構及經濟的成本得到了廣氾的應用，其工作原理是：熱管受熱側吸收廢氣熱量，並將熱量傳給管內工質[液態]，工質吸熱后以蒸發與沸騰的形式轉變為蒸汽，蒸汽在壓差作用下上升至放熱側，同時凝結成液體放出汽化潛熱，熱量傳給放熱側的冷流體，冷凝液體依靠重力回流到受熱側。由於熱管內部抽成真空，所以工質極易蒸發與沸騰，熱管起動迅速。熱管在冷、熱兩側均可裝設翅片，以強化傳熱。

 

 

熱管是一種具有極好導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有極好的導熱性、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。由熱管組成的換熱器具有傳熱效率好、結構緊湊、流體壓降小等優點;其工作原理是：熱管受熱側吸收廢氣熱量，並將熱量傳給管內工質[液態]，工質吸熱后以蒸發與沸騰的形式轉變為蒸汽，蒸汽在壓差作用下上升至放熱側，同時凝結成液體放出汽化潛熱，熱量傳給放熱側的冷流體，冷凝液體依靠重力回流到受熱側。

 

 

熱管換熱器 

 

 

熱管是一種具有高導熱性能的傳熱組件，熱管技術首先于一九四四年由美國人高格勒(R·S·Gaugler)所發現，並以"熱傳遞裝置"(Heat Transter Device)為名取得專利，當時因未顯示出實用意義，而沒有受到應有的重視。直到六十年代初期，由於宇航事業的發展，要求為宇航飛行器提供傳熱組件，促使美國洛斯--阿拉莫斯科學實驗室的格羅弗(G·M·Grover)于一九六四年再次發現這種傳熱裝置的原理，並命名為熱管(Heat Pipe)，首先成功地應用於宇航技術，之後引起了各國學者的極大興趣和重視。熱管技術于上世紀七八十年代進入中國。

 

概述

 

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。缺點是抗氧化、耐高溫性能較差。此缺點可以通過在前部安裝一套陶瓷換熱器來予以解決，陶瓷換熱器較好地解決了耐腐蝕的難題。

 

以熱管為傳熱元件的換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小、有利於控制露點腐蝕等優點。目前已廣氾應用於冶金、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。

 

分類

 

按照熱流體和冷流體的狀態，熱管換熱器可分為:氣-氣式、氣-汽式、氣-液式、液-液式、液-氣式。按照熱管換熱器的結構形式可分為:整體式、分離式和組合式。

 

主要特點

 

一、熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開，在運行過程中單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發生破坏時基本不影響換熱器運行。熱管換熱器用於易然、易爆、腐蝕性強的流體換熱場合具有很高的可靠性。

 

二、熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動，可以比較容易的實現冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外流動，由於管外流動的換熱係數遠高于管內流動的換熱係數，用於品位較低的熱能回收場合非常經濟。

 

三、對於含塵量較高的流體，熱管換熱器可以通過結構的變化、擴展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問題。

 

四、熱管換熱器用於帶有腐蝕性的煙氣余熱回收時，可以通過調整蒸發段、冷凝段的傳熱面積來調整熱管管壁溫度，使熱管盡可能避開腐蝕區域。

 

工業用途

 

化學工業

一、系統熱管換熱器回收焚燒爐出口高溫SOx氣體的余熱、在轉化工段回收高溫氣體的余熱，產生熱水或蒸汽供系統使用。

 

二、醫藥、日化工業熱管換熱器可用於回收藥氣或廢氣的余熱，生產清潔熱風，乾燥物料。

 

三、利用可變熱導熱管可對反應床層進行恆溫控制的同時，取出或輸入反應熱。

 

四、大型化肥廠合成對流段盤管;中、小型氮肥廠造氣工程、變換工段，利用熱管式蒸發器回收工藝氣余熱產生蒸汽供合成氨系統使用，變換工段一、二水加熱器。

 

五、轉化爐對流段盤管。

 

六、裝置熱容器。

 

電力工業

利用熱管換熱器可作為各種鍋爐的尾部受熱面。如熱管式空氣預熱器可替代傳統的迴轉式空氣預熱器和列管式空氣預熱器，提高受熱面壁溫，避免露點腐蝕，提高爐膛進風溫度和爐膛含氧量，減少漏風，延長鍋爐運行週期。

 

一、工業鍋爐尾部的熱管空氣預熱器.熱管式省煤器或翅片管省煤器。

 

二、電站鍋爐尾部的熱管空氣預熱器可分下列幾種用途:

 

(一、在原低溫段空氣預熱器的空氣入口前設置一熱管式空氣預熱器，進一步降低鍋爐排煙溫度，減少排煙熱損，提高鍋爐效率;

 

(二、整個低溫段空氣預熱器均為熱管式結構;

 

(三、用鍋爐排放的熱煙氣加熱脫硫后的冷煙氣，即電站脫硫的GGH。

 

三、燃氣鍋爐對流段后部。

 

四、電力輸送線路的保護，在高海拔及寒冷地區的電力輸送塔、變電站等都需要熱管來保護其地基不會因季節變化而過度膨脹或者融沉。

 

石油化工

一、煉油廠的常壓爐、減壓爐、常減壓二合一爐、加氫爐.減粘爐、重整爐等，利用熱管式空氣預熱器回收出爐煙氣的余熱加熱空氣，以提高加熱爐的送風溫度。

 

二、煉油廠催化裝置再生煙氣和各種內、外取熱器的余熱回收，可產生中壓蒸汽並用于動力系統。

 

三、乙烯裂解爐對流段盤管、煉油廠加熱爐對流段盤管。

 

冶金工業

一、煉鐵廠用高爐煙氣來預熱空氣、煤氣的單預熱或雙預熱整體式或分離式熱管換熱器，回收熱風爐煙氣余熱，節約煤氣，提高熱風爐的升溫速度、爐頂溫度和送風溫度 降低煉鐵焦比，節約焦炭。

 

二、利用熱管式蒸汽發生器或翅片管式蒸汽發生器回收各種帶冷機和環冷機所輸送的燒結礦的顯熱，產生蒸汽。

 

建材建築

對於水泥、陶瓷等建材行業，利用換熱器回收窯爐煙氣的余熱，產生熱風或熱水。如熱管式熱風爐或熱管.列管組合式熱風爐，可產生五00℃以下的熱風，乾燥清潔物料。建築業熱管式空氣預熱器可用於室外的新鮮空氣和室內的渾濁空氣之間的熱交換;在集中空調製冷機組中，利用熱管換熱器口收廢氣余熱產生低壓蒸汽供空調製冷機組使用。

 

交通工程

近十年來，熱管技術在交通工程上有很大的拓展，解決了很多以往几十青藏鐵路的守護者--熱管年都沒有解決的問題，比如高寒高海拔地區的道路、橋梁、石油管線的保護，越來越多地以來熱管元件了。具有代表性的是我國青藏鐵路的建設，青藏鐵路穿過很多凍土區域，因環保的要求，不能隨意採取措施來保護鐵路而去破坏土壤環境，熱管不但能滿足環保的要求，也能滿足保護鐵路的要求，它的工作原理只是在冬天的時候，通過傳熱，自動地縮小地上與地下的溫差，從而使凍土在夏天不致融化，以達到保護鐵路路基的目的。

 

石油天然氣工業

寒冷地區的石油或者其他流體的輸送管線也會因季節的變化，導致管線的基礎也會因季節的變化而變形，這種變化會破坏管線，導致重大事故。同時管道內的流體與管道摩擦也會產生大量的熱量，這些熱量累積起來非常客觀，長期以往會對環境產生毀滅性的破坏，美國在建設阿拉斯加輸油管線的時候，為了保護那裡的永凍土層，在管線沿線設立了大量的熱管以阻止管線熱量向地下傳播。

 

電子工業

在電子工業領域，熱管散熱器也逐漸流行開來，這些散熱器相比以往的普通的風冷或者水冷的方式來說，大大地節約了成本、降低的噪音、減少了空間要求、關鍵的散熱效率是以往方式不可比擬的。小到筆記本裡面，大到高鐵動車裡面都會用到新型的熱管散熱器。