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分離式熱管換熱器的綜合利用

點擊:1474 日期:[ 2014-04-26 22:44:58 ]
 由宏君(遼寧石油化工大學材料化學系,遼寧撫順113001) 前言   熱管,作為一項專利技術是1944年由美國俄亥俄通用發動機公司的Gaugler以“傳熱器件”的名稱提出的。1963年Grover在他的專利中正式提出“熱管”的名稱,并于1964年首次公開了他們的實驗結果。1965年Cotter首次較完整地闡述了熱管理論。熱管是一種傳熱極高的換熱元件,其內部是靠工質相變和連續工質循環實現熱量傳遞,它的當量熱導率可達金屬的103~104倍。以熱管為傳熱元件的熱管換熱器與其它換熱器相比具有明顯的優越性,例如傳熱效率高、熱管表面溫度均勻、可實現固體與固體或固體與流體間的傳熱、壓力損失小、無需熱補償、工作可靠、結構緊湊、冷熱流體不混合和有利于控制露點腐蝕等優點。在解決能源問題上,更顯示了其獨特的優點,例如利用熱能、回收余熱、節約原材料和降低成本等,并且取得了較好的經濟效益和社會效。   自20世紀70年代以來,熱管換熱器作為一種在低品位余熱回收中有獨特優點的換熱器,正在逐步由試制階段向推廣階段發展,成為節省能源的重要手段之一。南京工業大學于1973年就開始了這方面的研究,并且和南京煉油廠共同研制了我國第一臺熱管換熱器。在隨后的幾年,各種類型的熱管換熱器在各行各業中得到了廣泛地應用,其中分離式熱管換熱器具有傳熱效率高、遠程傳熱、現場布置靈活等特點,其最大的優點是加熱段與冷凝段可以相互獨立。近幾年來,不少學者在完善熱管換熱器的方面作出了大量的工作,并且取得了一些成果,本文就國內有關分離式熱管換熱器的綜合利用現狀進行了討論。 1 分離式熱管換熱器的綜合利用 1.1 分離式熱管換熱器在電廠余熱回收中的應用 在大型火力發電廠裝置中,每小時排煙量多達數十萬立方米,所用的熱管長達10~20m,單管傳輸功率高達20kW。這種熱管元件的制造、運輸安裝及維修都十分困難。由于熱管傳輸功率大,根據熱管的傳輸極限及剛度要求,不得不加大管徑,結果使熱管的緊湊性下降。另外對于一些絕對不允許泄露的換熱流體,單管熱管換熱器中的隔板還達不到絕對不泄露的要求。   近幾年分離式熱管換熱器逐漸地取代了單管熱管換熱器在電廠熱能回收中的應用。分離式熱管換熱器的工作原理是:首先熱流體在蒸發段受熱上升,經汽導管在冷凝段放熱冷凝;冷凝液靠重力經液導管回流到蒸發段;在冷凝段下聯箱上裝有不凝結氣體分離管,上面裝有排氣閥,可以隨時排除不凝氣體;凝結液的回流驅動力是凝結段高位布置造成的液位差。其主要的優點是:(1)對換熱裝置大型化的適應性好;(2)能實現冷、熱兩流體遠程換熱;(3)冷、熱流體可以完全隔離;(4)可以實現一種流體和多種流體之間的換熱;(5)可以方便地實現順、逆混合布置;(6)加熱、冷卻段傳熱面積比例可以大幅度調整。經過雙遼發電站的運行,對200MW的鍋爐機組每小時可以節約3.0×104MJ的能量,取得了比較明顯的經濟效益和社會效益。 1.2 分離式熱管換熱器在脫硫裝置中的應用   為了保護環境,鍋爐排放出的煙氣要經過洗滌,以除去煙氣中的灰分及二氧化硫等其他有害成分后,達到國家標準后才能排向大氣,但是經洗滌后的煙氣溫度一般在60℃左右,此時煙氣中的水分處于飽和狀態,而且還含有少量酸性氣體,會在管道和煙囪內結露,嚴重腐蝕管道和煙囪,因此洗滌后的煙氣需再次加熱,以避免腐蝕現象。目前國內常用的加熱方法為二次燃燒加熱升溫的方法,這樣不但增加了燃料的投資成本,而且容易造成環境污染。采用分離式熱管換熱器,利用洗滌前煙氣的余熱來加熱洗滌后的氣體,可省去二次燃燒所耗的燃料,避免二次污染,既經濟又環保,例如某煉廠采用分離式熱管換熱器進行煙氣脫硫的余熱回收,換熱量為11280kW,相當于每年節約煤炭16992t,其經濟效益是相當可觀地。 2 結論   綜上所述,分離式熱管換熱器可使冷、熱源分開,遠距離傳輸能量,且不需外加動力,熱管傳熱效率高,結構簡單,投資小,既可以降低了能耗,同時減少了設備腐蝕和環境污染等特點,因此具有廣闊的應用前景,相信分離式換熱器將會在其它工業中發揮更大的作用。
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