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热能工程中推行热管技术的发展研究

作者：陈雅丽张俊萍日期：2016-01-16 13:16 来源：未知

【文章摘要】
热管具备优良的导热性能，其导热系数比柴铜、银、铝等金属高出几百倍，甚至上千倍，热管的工作状态也极为可靠，在热能工程中推行热管技术不但能有效实现热能的有效流动，还能有效节约能源，可以作为我国开发应用新能源及可再生能源的现实技术基础。
【关键词】
热管技术；热能工程
热能工程技术在现代科学技术的推动下得以不断地革新与发展，尤其是热管技术的推行应用，无须另外施加动力就能从截面积极小的热管中远距离地传输大量的热，有效解决了热能工程中高绝缘、高导热材料的研究及使用难题。
1 热管及热管技术概述
常用的热管是一个抽成真空的封闭系统，主要包括管壳、管芯、工作液体三个部分，其中管壳部分通常由碳钢、铜、不锈钢等金属制成的能够承受一定压力的全封闭结构，管芯紧贴在管壁内，由毛细多孔结构材料制成，工作液体一般包括水、氨、甲醇、丙酮等，是热管工作传递热量的工作介质，一般呈气态和液态两种工作状态。可根据热管的传热状况将其分为蒸发、冷凝、绝热三个工作段，蒸发段受热后，管芯里的工作液体受热蒸发，并带走热量，流向冷凝段，凝结成液体，液体再沿着毛细多孔材料流回蒸发段，如此反复成为一个闭合循环将热量从一端传到另一端，而热管在传递热量的过程中，绝热段不但给热管内流动的液体提供了流动的通道，还能完整隔离了蒸发段和冷凝段，确保热管内的热量不向外界散失，使热量得到有效地传递。热管技术充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，有着超越任何现有金属的导热能力，其传热效率可高达80%以上，且热管的管壁温度具有可调节性，能实现低温余热回收，有效防止露点腐蚀，确保设备的长期运行。此外，以热管为传热单元的热管换热器的冷、热段结构及位置分布较为灵活，实现了汇源分离，具有适应性强、安全可靠、阻力小等优势，在热能工程中极具推行意义。热能工程中广泛推行的热管技术主要包括：均温技术、汇源分隔技术、交变热流密度、热控制技术、单向导热技术、旋流传热技术、微型热管技术、高温热管技术等。
2 热能工程中如何推行热管技术
2.1 在工业余热回收中推行热管技术
工业生产中，需要大量应用到工业锅炉、加热炉、窑炉等，由于其排烟温度在200℃-500℃之间，使得排烟余热得不到充分地利用，造成能源及资源的严重浪费，在工业余热回收中推行热管技术，发展热管式换热器，能有效避免常规形式的换热器由于体积庞大、结构复杂、传热温压小、阻力大、换热流程长、腐蚀性高、运行费用高等因素而产生的余热回收应用弊端。工业余热回收中应用热管技术，主要用于三种形式的热管式换热器，分别是：热管式余热锅炉、热管式空气预热器和热管式省煤器。其中热管式余热锅炉又可称为热管蒸汽发生器，属于气-液型热管式换热器，其热管冷外侧表面通过的液体是由进入的给水产生蒸汽，蒸汽压力可达到12MPa,进入余热锅炉的烟气温度可高达1000℃。热管式余热锅炉的结构紧凑、体积较小，其重量仅为普通烟管式余热锅炉的1/3—1/5，外形尺寸也仅为普通烟管式余热锅炉的1/2—1/3，不仅如此，热管式余热锅炉较之普通的烟管式余热锅炉更为安全可靠，即便是热管元件发生破损，也不会影响到蒸汽系统的循环，烟气的压力损失较小，风机的电耗也很低，性能更为优良。热管式空气预热器主要是利用排烟余热，对进入炉子的阻燃空气进行预热，不但能提高燃料的利用率，节省燃料，还能有效减轻工业燃烧对环境产生的污染。热管式省煤器则利用烟气的热量为工业锅炉预热锅炉给水或给工业窑炉提供生活用热水。热管式换热器结构简单、经济紧凑，热回收率高且阻力小，具有优良的性能，能够满足余热回收的要求。
2.2 在电站锅炉中推行热管技术
在电站锅炉中推行热管技术，热管以相变传热的方式进行热交换，其换热效率很高。热管两侧都参与和气体的热交换，两侧都加了翅片以增大传热面积强化传热，可显著增加空气量供应，使工业炉工作稳定，燃烧得较为充分，提供回收余热效果，减轻环境污染。可根据锅炉情况采用分离式热管，利用热管工质的蒸发及凝结传递热量，降低锅炉的排烟温度，提高锅炉的工作效率，强化热管装置的传热措施，通过调整高温烟气侧的受热面积从而提高管壁的温度，使管壁不易被腐蚀，腐蚀减轻了，与之紧密相连的堵灰也随之得以减轻。在电站锅炉中使用的热管换热器装置中，其侧面采用了鳍片结构，大大减轻了装置的磨损度，而一旦热管装置有磨损穿孔的现象，也只是鳍片结构中的单根失效，不会影响到其他热管的工作，热管装置的运行稳定可靠。此外，还可以充分利用热管具有极高传热性能的特点及其腾吸热和凝结放热的相变传热机理，将之运用于常压热水锅炉的工作中，使重力式热管元件充分发挥其传递热量的作用，间接地将高温烟气的热量传递给水或汽等锅炉工质。较之普通的常压热水锅炉，热管常压热水锅炉启动速度较快、启动温度较低，传热效率高，热管在吸热及放热时不会产生水垢，不存在腐蚀的现象，支持多种燃料，操作简便，运行安全。
2.3 在其他热能工程中推行热管技术
热管技术以其众多的独特优越性被广泛于热能工程的地面、航天、工业化应用、民用等诸多领域。热管技术中的低温热管能有效解决地面冻土现象引发的铁路路基松懈问题，具体操作时，可将低温热管埋入冻土层，严寒季节当冻土的温度高于空气温度时，热管内形成一个反复循环，将冻土中的热输送到大气中，温暖季节当冻土的温度低于空气温度，热管停止工作，使空气中的热量无法传递至冻土中，保持冻土上部温度高，下部温度低，避免因大气温度升高造成的冻土翻涌现象引发的铁路路基松懈问题。在回收空调排气的热能工程中推行热管技术，充分发挥热管换热器的高效率、隔离性能和热二极管作用等优势，减小室内温度及相对湿度波动，降低通风空调工程的能量消耗，节约能源。此外，还可以在航空航天工业中推行热管技术，平衡航天器正反两侧的温差，避免由于航天器正反两部分的温差过大引发的内部系统故障。
【参考文献】
[1]陈彦泽,丁信伟,喻建良,周一卉.新型热管技术开发及应用[J].热能动力工程 .2004
[2]莫才颂,李权.热管传热及散热分析 [J]. 茂名学院学报 .200