熱管及其換熱器在鍋爐改造中的應(yīng)用

摘 要：由于熱管具有傳導(dǎo)的特性，因此在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，得到廣泛的應(yīng)用。熱管換熱器也是基于熱管熱傳導(dǎo)性強(qiáng)的這一優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)成的。熱管換熱器所具有的優(yōu)點(diǎn)有很多，并且將其應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中能夠有效地提高使用效率。例如在設(shè)計(jì)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(jìn)行維修是其最大的優(yōu)勢所在。因此，熱管換熱器是當(dāng)前生產(chǎn)活動(dòng)中最主要的節(jié)能設(shè)備，我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)這一設(shè)備的應(yīng)用，從而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，減少對(duì)大氣的污染。

關(guān)鍵詞：鍋爐；熱管；換熱器；應(yīng)用；改造

在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，熱管的使用并不十分顯著，但是在長期的發(fā)展過程中，熱管所具有的熱傳導(dǎo)性逐漸凸現(xiàn)出來，并且被人們廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)活動(dòng)中，隨著時(shí)間的發(fā)展，由熱管所組成的熱管換熱器更是成為一種顯著的節(jié)能設(shè)備。熱管的應(yīng)用面十分廣泛，例如在電力的發(fā)展中，鍋爐的使用過程中以及在交通、紡織等各行各業(yè)中，我們都能夠看到熱管的身影。加強(qiáng)熱管的應(yīng)用，我們不僅能夠獲得較高的經(jīng)濟(jì)收益，同時(shí)也能為減少大氣污染作出貢獻(xiàn)，因此值得進(jìn)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(gè)封閉系統(tǒng)。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(gòu)成的，并且在管殼的兩端會(huì)分別焊接端蓋，在其內(nèi)部也會(huì)裝有由多孔性物質(zhì)所組成的管芯，但是應(yīng)該注意的是，如果熱管屬于重力式的，那么在其內(nèi)部就不會(huì)存在管芯的設(shè)計(jì)。將工質(zhì)注入進(jìn)管內(nèi)后，將其進(jìn)行密封的處理。隨著物理變化的發(fā)生，會(huì)發(fā)生熱傳遞的現(xiàn)象，管內(nèi)的工質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化為蒸氣的形式而被揮發(fā)掉，從而將管中的壓力移向另一邊，增加了另一邊的壓力，當(dāng)蒸氣與吸熱芯表面相接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生放熱的現(xiàn)象，由此循環(huán)往復(fù)的進(jìn)行著，工質(zhì)就是在這一過程中將產(chǎn)生的熱量逐漸傳導(dǎo)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(jié)出熱管所具有的特性，也就是具有較高的熱傳導(dǎo)效率，這也是熱管最大的優(yōu)勢所在。因?yàn)闊峁軆?nèi)具有較小的電阻，我們又稱熱管為超導(dǎo)體。同時(shí)，因?yàn)闊峁苁欠忾]的構(gòu)造，因此在實(shí)際的工作中，我們不需要向管中加入工作液，在長時(shí)間的使用過程中也不必?fù)?dān)心會(huì)出現(xiàn)損壞，因?yàn)闊峁芫哂谐志媚陀玫奶攸c(diǎn)。隨著時(shí)代的發(fā)展，熱管不僅僅應(yīng)用在工業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)中，同時(shí)也廣泛應(yīng)用在其他的生產(chǎn)活動(dòng)中，這是熱管的重要發(fā)展成果之一。下面，我們以工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用為例，進(jìn)行具體的闡述，使人們更加了解熱管的應(yīng)用，最終為促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

2 熱管換熱器的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例

2.1 鍋爐改造的基本情況

在實(shí)際的工作中，熱管的應(yīng)用較為廣泛，其中主要還是應(yīng)用在工業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)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(jìn)行具體的分析。該化工公司在進(jìn)行生產(chǎn)的活動(dòng)中，長期使用粉煤蒸汽鍋爐，已經(jīng)運(yùn)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(duì)煙道的尾氣進(jìn)行吸熱處理，這樣有助于空氣的進(jìn)入，起到助燃的效果，使鍋爐內(nèi)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(shí)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(yùn)行地過程中，并沒有達(dá)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(nèi)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(dá)到320℃后，溫度就很難得到進(jìn)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(fèi)。與此同時(shí)，熱風(fēng)的溫度也是需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制的，如果熱風(fēng)的溫度過低，不僅會(huì)造成煤粉在后期無法得到充分的燃燒，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致達(dá)不到指定的著火溫度，進(jìn)而影響到鍋爐的運(yùn)行。

其次，在煙道尾氣進(jìn)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(jīng)常遇到的問題，這就會(huì)導(dǎo)致熱能無法達(dá)到正常的使用效率。鍋爐在運(yùn)行的過程中，首先要對(duì)成本進(jìn)行應(yīng)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?qū)㈠仩t的運(yùn)行成本得到有效的降低。在這種情況下，我們就需要對(duì)鍋爐所產(chǎn)生的余熱進(jìn)行有效的改造，具體的改造方案應(yīng)該遵循提高熱傳導(dǎo)效率的原則進(jìn)行，所以我們采用以下的方案進(jìn)行改造。

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

改造后，整體框架保持不變。為適應(yīng)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(fēng)道適當(dāng)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(fēng)道的一側(cè)。在原鍋爐基礎(chǔ)鋼柱上架設(shè)橫梁以支承熱管裝置，并適當(dāng)增加支梁和擋板以固定熱管換熱器，同時(shí)封閉煙氣道和空氣道。

2.2 改造特點(diǎn)

熱管空氣預(yù)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(xù)高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，改造設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮了裝置的積灰、串風(fēng)、阻力及使用壽命等問題，具備下列特點(diǎn)。

2.2.1 注意避免露點(diǎn)現(xiàn)象

因?yàn)闊煹罋鉁囟仍?70℃左右，屬于低溫余熱回收，熱管換熱器工作時(shí)，易出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，使換熱管腐蝕，導(dǎo)致?lián)Q熱管積灰。為此在改造設(shè)計(jì)中將每組換熱器沿?zé)煔饬飨蚍譃?個(gè)區(qū)，通過調(diào)節(jié)熱管表面翅片和翅片間距，使每一區(qū)內(nèi)熱管的加熱段和冷卻段換熱面積達(dá)到合適比值，以控制熱管壁溫在工作狀態(tài)下高于露點(diǎn)，防止產(chǎn)生凝露現(xiàn)象。這樣既達(dá)到了低溫余熱回收目的，又避開灰堵現(xiàn)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(shè)計(jì)不合理容易造成灰堵，一方面影響換熱效果，另一方面會(huì)增加煙氣道阻力，從而相應(yīng)增加風(fēng)機(jī)功耗。為此，在設(shè)計(jì)中除采取上述措施避免換熱器在露點(diǎn)溫度下工作外，適當(dāng)加大煙氣流速，使流速達(dá)到8m/s，以便在合適的阻力范圍內(nèi)達(dá)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(chuàng)造了有利條件。

2.2.3 保持系統(tǒng)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(tǒng)阻力控制在合適范圍內(nèi)。

2.2.4 裝置漏風(fēng)基本為零

冷熱介質(zhì)互竄，不僅增加鼓、引風(fēng)機(jī)功耗，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響到鍋爐正常運(yùn)行。因此換熱器設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)兩種介質(zhì)互竄問題。

2.3 應(yīng)用效果

利用熱管進(jìn)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(fēng)溫度從330℃提高至370℃左右，達(dá)到了鍋爐燃燒時(shí)對(duì)風(fēng)溫的要求。與此同時(shí)，顯著降低了鍋爐的煤耗。經(jīng)測試，針對(duì)鍋爐燃用熱值為20900kJ/kg的本地?zé)o煙煤，在額定負(fù)荷（75t/h）下運(yùn)行，噸蒸汽煤耗從260kg下降至240kg，按年運(yùn)行8000h、燃煤價(jià)格160元每噸計(jì)算，年經(jīng)濟(jì)效益為190萬元，投資回收期為0.15年。

3 結(jié)束語

由熱管元件組成的熱管換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安裝方便及對(duì)其它設(shè)備無影響、流體阻力小、不需維修和外加動(dòng)力、有利于控制露點(diǎn)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。用碳鋼作管殼的熱管換熱器，一般在一年之內(nèi)可收回全部投資，使用壽命七年以上。

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