热管余热锅炉在回收工业余热中的优势探讨

摘要：介绍了热管及热管余热锅炉的原理及特性，并针对一些重要参数进行了烟气焓值和热平衡问题分析计算，热管余热锅炉比普通余热锅炉提高效率50%,压降减小50%,在实现同样热能效果的前题下,前者的重量和占地空间均为后者的一半.
关键词：热管；余热；锅炉
中图分类号：TK22　文献标识码：A
文章编号：1000-1646(2000)02-0178-03

Study on predominance of remaining heat boiler with heat pipe in reclaiiming industrial-remainning heat

ZHANG Hong-wei1
（Shenyang Mechanical Industry School,Shenyang 110024 China）
YU Xue-dong
（Shenyang Heat and Power Plant,Shenyang 110026,China）

Abstract:The principle and feature of remaining heat boiler with heat pipe are introduced.The problems of flue gas enthalpy value and heat balance are analyzed andcalculated according to som eimportant parameters,compared with ordinary remaining heat boiler,the efficiency of remaining heat boiler with heat pipe increases 50% and the pressure fall decreases 50% .If the heat energy effect is the same,the weight and size of the former are half of the latter.
Key words:heat pipe;remanining;heat boiler,

　　随着能源供需矛盾的突出，人们对节能工作日益关注，余热资源的回收利用在节能中占有重要地位。近年来，热管余热锅炉显示了极大的优越性。热管是60年代出现的一种新型高效传热元件，它无需外加动力，工作可靠，结构简单，便于控制。用于余热回收时，主要以热管余热锅炉、热管空气预热器等形式回收工业余热。近年来，国外发展很快，例如美国QDot公司已有热管余热锅炉的系列产品，可以在相当广泛的范围内满足各种不同的需要。我国对这种热回收设备也在积极进行开发利用。本文旨在探讨热管余热锅炉在回收工业余热中的优势。

1　热管的工作原理及特性

　　热管的组件及工作原理见图1.

图1　热管的组件及工作原理图

　　从图1可见，外热源在蒸发段把热量加进去，使该段的工质蒸发，由此造成的压差把蒸汽从蒸发段驱送到冷凝段，在此，蒸汽进行凝结，并把汽化潜热释放出来传给冷源。蒸发消耗了液相工质，结果使蒸发段的液～汽分界面缩进吸液芯表面，从而造成毛细压力。该压力把凝结下来的液相工质传送到蒸发段，重新进行蒸发。为此，热管余热锅炉比普通余热锅炉提高效率50%,压降减小热管连续不断地把汽化潜热从蒸发段传到冷凝段而不烧干吸液芯。只要工质的流动通道不被阻塞，并维持足够大的毛细压力，便可不断地工作。
　　以汽化潜热方式所传递的热量，一般要比在常用的对流系统中以显热方式所传递的热量大几个数量级，因而热管尺寸虽小，所能传递的热量却很大。热管的温降等于蒸发段、蒸汽流道和冷凝段等各部分温降之和。因为热管的吸液芯结构很薄，蒸汽流的温降很小，所以其热力特性要比已经研制出来的任何已知固体导体强很多。由于热管轴向热阻小于径向热阻，所以热管的总热阻基本上是由蒸发段和冷凝段的径向热阻决定的。50%,在实现同样热能效果的前题下，前者的重量和占地空间均为后者的一半。
　　与固体导体不同，热管的特性不仅跟尺寸、形状和材料有关，而且跟结构、工质及传热率有关。并且，热管还具有若干传热限，有时还会碰到麻烦的启动力学问题。但是，热管这种高效传由于热管轴向热阻小于热元件，通过合理设计，应用到锅炉上，对节省能源起到了重要作用。

2　热管余热锅炉结构与特性

2.1　结构
　　普通的热管余热锅炉全套装置安装在一个钢制底座上，主要包括锅炉壳体、热管管束、管箱等。锅炉壳体是一个带椭圆形封头的圆筒形压力容器。热管管束受热段置于一个矩形管箱中。热管余热锅炉的结构形式有重力式热管余热锅炉、轴向沟槽吸液芯热管余热锅炉和桥式双流道热管余热锅炉。其中，桥式双流道热管余热锅炉克服了清灰不利的情况，改善了锅筒受力的条件，其简图如图2所示。

图2　桥式双流道热管余热锅炉简图

　　设计采用双流道，热管分两组装入锅筒，翅片平面与烟气流方向一致，可以达到“自吹灰”的效果，整个流道为“V”字形，其进气段、出气段和连接通道均采用不同截面积，达到强化传热的效果，连通段截面积较大，烟气速度下降，有利于灰尘的沉落，因此，该装置得到了较好的应用。但其不能较好地适应脉冲式热负荷，仅能适用了稳定工况。该装置适用范围是排烟温度为300～500℃，质流量为1000～2000kg/h,产汽可达1～1.5t/h,压力为4kg/cm2.其热力计算参数如表1、表2所示。

表1　烟气焓值计算

表2　热平衡计算

2.2　特性
　　热管余热锅炉在设计原理上，结合水管锅炉的烟气流经管外，通过外翅片强化传热的长处和火管锅炉水在汽包中稳定沸腾的优点。因此结构紧凑，经济性好，从成本_效率角度来看，比其他型式的热回收装置更为合理。由于烟气侧的热管一端装有翅片，强化了传热，加之热管极其有效的传热特性，使热管余热锅炉比普通余热锅炉效率高50%,而压降却小50%.在同等性能基础上相比，前者的重量和占地空间均为后者的一半。在结构设计上，每个热管是独立安装的，互不相连。这样不仅使装拆和更换方便，而且个别管子损坏，亦不必停车，因为工艺气流与蒸汽产生区是完全隔离的。并且，热管余热锅炉由于本身所具有的传热效率高，结构紧凑，尺寸小、重量轻，蒸汽与热源之间有双重隔离，热应力显著减小，阻力小、压降低，维修方便，安全可靠等特点，可以将管壁温度控制在硫化物露点之上，所以低温回收成为可能。

3　结论

　　热管余热锅炉是一种新型高效蒸汽发生器和节能产品，在以节能为中心的国民经济改造中，具有广阔的前景。

作者简介：张红伟（1967-），女，黑龙江齐齐哈尔人，沈阳市机械工业学校讲师.
作者单位：张红伟（沈阳市机械工业学校，辽宁 沈阳 110024）
　　　　　于学东（沈阳热电厂，辽宁 沈阳 110026）

参考文献：

［1］庄俊。热管与热管换热器[M].上海:上海交通大学出版社,1989.
［2］李国宾。热管技术的应用及发展[J].能源研究与利用.1996,4(28).