熱管及其換熱器在鍋爐改造中的應用

摘 要：由于熱管具有傳導的特性，因此在實際的工業生產活動中，得到廣泛的應用。熱管換熱器也是基于熱管熱傳導性強的這一優點而設計成的。熱管換熱器所具有的優點有很多，并且將其應用在工業生產中能夠有效地提高使用效率。例如在設計的過程中，采用較為簡潔的方式，便于熱管換熱器的安裝，不需要進行維修是其最大的優勢所在。因此，熱管換熱器是當前生產活動中最主要的節能設備，我們應該加強對這一設備的應用，從而促進經濟的發展，減少對大氣的污染。

關鍵詞：鍋爐；熱管；換熱器；應用；改造

在傳統的工業生產活動中，熱管的使用并不十分顯著，但是在長期的發展過程中，熱管所具有的熱傳導性逐漸凸現出來，并且被人們廣泛應用在生產活動中，隨著時間的發展，由熱管所組成的熱管換熱器更是成為一種顯著的節能設備。熱管的應用面十分廣泛，例如在電力的發展中，鍋爐的使用過程中以及在交通、紡織等各行各業中，我們都能夠看到熱管的身影。加強熱管的應用，我們不僅能夠獲得較高的經濟收益，同時也能為減少大氣污染作出貢獻，因此值得進一步的推廣。

1 熱管的原理以及特性

熱管是由不同的零件組成的一個封閉系統。這些零件包括管殼、吸液芯等。管殼在一般情況下都是由金屬構成的，并且在管殼的兩端會分別焊接端蓋，在其內部也會裝有由多孔性物質所組成的管芯，但是應該注意的是，如果熱管屬于重力式的，那么在其內部就不會存在管芯的設計。將工質注入進管內后，將其進行密封的處理。隨著物理變化的發生，會發生熱傳遞的現象，管內的工質會轉化為蒸氣的形式而被揮發掉，從而將管中的壓力移向另一邊，增加了另一邊的壓力，當蒸氣與吸熱芯表面相接觸時，會產生放熱的現象，由此循環往復的進行著，工質就是在這一過程中將產生的熱量逐漸傳導給冷的一段，這就是熱管的工作原理。

了解了熱管的工作原理后，我們可以總結出熱管所具有的特性，也就是具有較高的熱傳導效率，這也是熱管最大的優勢所在。因為熱管內具有較小的電阻，我們又稱熱管為超導體。同時，因為熱管是封閉的構造，因此在實際的工作中，我們不需要向管中加入工作液，在長時間的使用過程中也不必擔心會出現損壞，因為熱管具有持久耐用的特點。隨著時代的發展，熱管不僅僅應用在工業的生產活動中，同時也廣泛應用在其他的生產活動中，這是熱管的重要發展成果之一。下面，我們以工業生產中的應用為例，進行具體的闡述，使人們更加了解熱管的應用，最終為促進社會的發展做出貢獻。

2 熱管換熱器的工業應用實例

2.1 鍋爐改造的基本情況

在實際的工作中，熱管的應用較為廣泛，其中主要還是應用在工業的生產活動中。在這一過程中，我們以某化工公司的粉煤蒸汽鍋爐為例，進行具體的分析。該化工公司在進行生產的活動中，長期使用粉煤蒸汽鍋爐，已經運行了8年之久。在這一裝置中，我們主要采用了列管式換熱器對煙道的尾氣進行吸熱處理，這樣有助于空氣的進入，起到助燃的效果，使鍋爐內的煤炭得到充分的燃燒，從而起到提升鍋爐燃燒效率的作用，同時也能有效的降低煤炭的使用量，因此具有一定的推廣意義。但是在鍋爐運行地過程中，并沒有達到完美無缺的地步，其中依然是存在一定的缺陷是需要我們處理的。

首先，通常情況下，鍋爐內的溫度不能得到有效的提升是造成鍋爐燃燒效率不高的主要原因，在達到320℃后，溫度就很難得到進一步的提高，所以需要消耗大量的煤炭資源，造成一定的浪費。與此同時，熱風的溫度也是需要進行嚴格的控制的，如果熱風的溫度過低，不僅會造成煤粉在后期無法得到充分的燃燒，同時還會導致達不到指定的著火溫度，進而影響到鍋爐的運行。

其次，在煙道尾氣進行排放的過程中，溫度始終難以得到有效的提升也是我們經常遇到的問題，這就會導致熱能無法達到正常的使用效率。鍋爐在運行的過程中，首先要對成本進行應有的控制，因此提高燃燒效率是必要的舉措，充分地使用管道的余熱能夠將鍋爐的運行成本得到有效的降低。在這種情況下，我們就需要對鍋爐所產生的余熱進行有效的改造，具體的改造方案應該遵循提高熱傳導效率的原則進行，所以我們采用以下的方案進行改造。

首先將鍋爐的尾部進行置換，提高可用的空間，安裝熱管空氣預熱器，這一裝置的運行主要是為了對煙氣的熱量進行有效的吸收，以達到降低排放溫度的效果。同時，利用熱管的優勢，將通過熱管中的空氣進行初級的預熱，在將溫度進行第一次的提升后，再進行第二次溫度的提升，最終達到50℃的效果，這樣一來，裝置的使用效率就會得到有效的提升，同時也達到了降低成本的目的。

改造后，整體框架保持不變。為適應熱管換熱器的布置，將原煙道下灰管下移，煙道氣排出道和空氣風道適當改變并盡量維持原煙道、空氣道的特性。熱管換熱器分4組，采用與水平傾斜13°后并排放置在近空氣風道的一側。在原鍋爐基礎鋼柱上架設橫梁以支承熱管裝置，并適當增加支梁和擋板以固定熱管換熱器，同時封閉煙氣道和空氣道。

2.2 改造特點

熱管空氣預熱器中所用熱管為普通型、碳鋼+水、熱虹吸管（重力熱管）式。為使熱管裝置持續高效、經濟運行，改造設計時綜合考慮了裝置的積灰、串風、阻力及使用壽命等問題，具備下列特點。

2.2.1 注意避免露點現象

因為煙道氣溫度在170℃左右，屬于低溫余熱回收，熱管換熱器工作時，易出現凝露現象，使換熱管腐蝕，導致換熱管積灰。為此在改造設計中將每組換熱器沿煙氣流向分為2個區，通過調節熱管表面翅片和翅片間距，使每一區內熱管的加熱段和冷卻段換熱面積達到合適比值，以控制熱管壁溫在工作狀態下高于露點，防止產生凝露現象。這樣既達到了低溫余熱回收目的，又避開灰堵現象，從而延長熱管裝置壽命。

2.2.2 著重解決積灰問題

熱管換熱器設計不合理容易造成灰堵，一方面影響換熱效果，另一方面會增加煙氣道阻力，從而相應增加風機功耗。為此，在設計中除采取上述措施避免換熱器在露點溫度下工作外，適當加大煙氣流速，使流速達到8m/s，以便在合適的阻力范圍內達到自清灰的目的。此外，采用表面光滑的鎳基釬焊翅片熱管，也為不積灰創造了有利條件。

2.2.3 保持系統阻力較小

采用全滲層鎳基釬焊翅片管熱管，管片焊接率100%，管排少，使系統阻力控制在合適范圍內。

2.2.4 裝置漏風基本為零

冷熱介質互竄，不僅增加鼓、引風機功耗，嚴重時還會影響到鍋爐正常運行。因此換熱器設計時采用熱管全焊接工藝，使之固定在中隔板上，有效地將煙氣和空氣隔開，徹底解決了換熱器工作時兩種介質互竄問題。

2.3 應用效果

利用熱管進行余熱回收改造后，煙氣排放溫度降至140℃左右，入爐一次熱風溫度從330℃提高至370℃左右，達到了鍋爐燃燒時對風溫的要求。與此同時，顯著降低了鍋爐的煤耗。經測試，針對鍋爐燃用熱值為20900kJ/kg的本地無煙煤，在額定負荷（75t/h）下運行，噸蒸汽煤耗從260kg下降至240kg，按年運行8000h、燃煤價格160元每噸計算，年經濟效益為190萬元，投資回收期為0.15年。

3 結束語

由熱管元件組成的熱管換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、體積小、安裝方便及對其它設備無影響、流體阻力小、不需維修和外加動力、有利于控制露點腐蝕等優點。用碳鋼作管殼的熱管換熱器，一般在一年之內可收回全部投資，使用壽命七年以上。

參考文獻

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