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熱管技術(shù)在余熱回收工程中的應(yīng)用

  
評(píng)論: 更新日期:2020年07月29日

1、熱管在熱能工程中的關(guān)鍵技術(shù)

1.1均溫技術(shù)

主要是利用熱管的等溫性,將一個(gè)溫度各處不相等的溫度場(chǎng)變?yōu)橐粋€(gè)溫度各處都均勻的溫度場(chǎng)。

1.2匯源分隔技術(shù)

通過使用熱管將熱源和冷源完全分隔開,從而完成熱交換,并且分割距離的長短可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要以及熱管的性能進(jìn)行決定,短則幾十厘米,長則100m不等。在進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)的項(xiàng)目中利用匯源分割技術(shù)意義非凡。

1.3交變熱流密度

通過使用熱管既可以實(shí)現(xiàn)在小面積輸入熱量,大面積輸出熱量,還可以實(shí)現(xiàn)大面積內(nèi)輸入熱量,小面積輸出熱量。這樣能夠有效進(jìn)行單位加熱傳熱面積與單位冷卻傳熱面積進(jìn)行熱流量的變換。交變熱流密度在工程項(xiàng)目中有著非常重要的用途,如通過控制管壁溫度預(yù)防露點(diǎn)腐蝕。

1.4熱控制技術(shù)

通過使用熱阻能夠變化的可變導(dǎo)熱管進(jìn)行傳熱控制,這樣可以有效控制溫度。通常情況下,利用熱控制技術(shù)可以有效控制熱源與冷源的溫度。

1.5單向?qū)峒夹g(shù)

在重力熱管的理論下,可以實(shí)現(xiàn)熱管的單向?qū)?,此時(shí)的熱管就是一個(gè)單項(xiàng)導(dǎo)熱的零部件。單項(xiàng)導(dǎo)熱技術(shù)通??梢允褂迷谔柲芄こ毯蛢鐾劣纼龉こ痰裙こ添?xiàng)目上。

1.6旋流傳熱技術(shù)

通過轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力可以實(shí)現(xiàn)熱管內(nèi)的工作液體從冷凝段回流到蒸發(fā)段,或者依靠工作液體的位差實(shí)現(xiàn)回流。通常情況下,旋轉(zhuǎn)傳熱技術(shù)可以用在高速鉆頭、電機(jī)軸等高速回轉(zhuǎn)軸件等工程項(xiàng)目上。

1.7微型熱管技術(shù)

微型熱管與普通熱管最大的不同在于微型熱管的毛細(xì)力是存在于蒸汽通道旁邊液縫彎月面供給的,而不是吸液芯產(chǎn)生的。微型熱管技術(shù)通常在半導(dǎo)體芯片、手提電腦的CPU散熱、集成電路等工程項(xiàng)目。

1.8高溫?zé)峁芗夹g(shù)

高溫?zé)峁軆?nèi)部的工作液體主要是液態(tài)金屬,在工作狀態(tài)下,金屬造成的飽和蒸汽壓相對(duì)較低,從而不會(huì)給高溫下的熱管制造高壓。高溫?zé)峁芡ǔ?yīng)用在核工程、高溫?zé)犸L(fēng)爐、赤熱體取熱、太陽能電站等工程項(xiàng)目。

2、熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用

2.1熱管技術(shù)在航空航天上的應(yīng)用

在航空航天工業(yè)中,各類航天器都面臨著一個(gè)共同的難題,那就是航天器正對(duì)著太陽的部位溫度特別高,而背對(duì)太陽的一側(cè)溫度又特別低,由于無法通過空氣的對(duì)流完成氣溫的調(diào)節(jié),因此這就導(dǎo)致兩部分的溫差高達(dá)300多攝氏度。在這樣的情況下,利用熱管技術(shù)可以快速實(shí)現(xiàn)兩部分溫差的平衡。將熱管安裝到航天器中,面對(duì)太陽的一側(cè)是蒸發(fā)段一側(cè),背對(duì)太陽的一側(cè)是凝結(jié)段一側(cè)。熱管的蒸發(fā)段在面對(duì)太陽的一側(cè)吸收了大量熱量,其內(nèi)部的工作介質(zhì)蒸發(fā)后將熱量傳遞到冷凝段,并在冷凝段釋放熱量再次形成液態(tài)工作介質(zhì)流回蒸發(fā)段,然后再次進(jìn)行循環(huán)。這樣往復(fù)不停的循環(huán)就可以實(shí)現(xiàn)航天器兩側(cè)溫度的平衡,從而避免因溫差過大導(dǎo)致內(nèi)部系統(tǒng)故障。

2.2熱管技術(shù)在鐵路凍土路基上的應(yīng)用

在我國北方的某些地區(qū),土壤常年處于凍土狀態(tài),每到初夏,溫度升高,凍土層自下而上融化,這樣就會(huì)形成翻涌導(dǎo)致鐵路路基松懈,從而引發(fā)列車脫軌等嚴(yán)重交通事故。在這種情況下,使用低溫?zé)峁芫涂梢杂行Ы鉀Q這個(gè)難題。在使用低溫?zé)峁艿倪^程中,首先要將低溫?zé)峁苈襁M(jìn)凍土層。在寒冷的季節(jié)里,凍土的溫度遠(yuǎn)高于空氣的溫度,此時(shí)熱管內(nèi)的液氨工質(zhì)因吸收了凍土中的熱而蒸發(fā),氨蒸汽在壓力差的作用下,不斷流到管腔的上部,并在上部釋放出汽化潛熱,然后冷凝成液體后流回蒸發(fā)段,然后再在蒸發(fā)段蒸發(fā)成氣體再次進(jìn)行循環(huán),這樣,通過低溫?zé)峁芫涂梢詫鐾林械臒彷斔偷酱髿庵?。在溫暖的季?jié),空氣的溫度遠(yuǎn)高于凍土的溫度,此時(shí)液氨蒸汽到達(dá)冷凝段后,由于外部溫度較高,氨蒸汽不再冷凝,此時(shí)便會(huì)達(dá)到汽相和液相之間的平衡,液氨便不再蒸發(fā),熱管也就停止了工作,空氣中的熱量也不能傳遞到凍土之中。這樣一來,凍土的溫度一直保持著上面溫度高,下面溫度低的狀態(tài),從而有效避免了翻涌現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3熱管技術(shù)在防控煤矸石山自燃中的應(yīng)用

煤矸石是煤礦開采過程中產(chǎn)生的固體廢棄物,堆積而成形成了煤矸石山。露天堆放的煤矸石山時(shí)常發(fā)生自燃,造成資源浪費(fèi),環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì),自建國以來長期積存的煤矸石總量達(dá)50億噸以上,占地1.33萬多公頃,具有自燃危險(xiǎn)的大型煤矸石山約有300余座。而且隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和對(duì)煤炭資源的需求,煤矸石堆存量不斷增加,煤矸石山自燃發(fā)生頻率較高。目前防控煤矸石山自燃的火區(qū)降溫常規(guī)方法有灌漿黃土覆蓋法,惰氣熄滅法和覆蓋粉煤灰法等。傳統(tǒng)滅火方法存在以下問題:灌漿黃土覆蓋法能夠切斷通往煤矸石山內(nèi)部的空氣通道,主要從“隔氧”的角度來控制煤矸石山自燃。但由于煤矸石山內(nèi)部積聚的熱量無法及時(shí)散出,隨著時(shí)間推移多會(huì)發(fā)生復(fù)燃。而且覆蓋黃土和灌漿資金使用量和操作難度都比較大,投入的人力、物力和財(cái)力成本較高;惰氣熄滅法可有效地降低煤矸石山內(nèi)部氧氣濃度,但氮?dú)庖讛U(kuò)散,容易漏風(fēng)流出,影響降氧效果,而且注入的氮?dú)鉁囟容^高,對(duì)溫度較高的煤矸石山內(nèi)部降溫效果較差;覆蓋粉煤灰可以對(duì)煤矸石自然氧化起到阻化作用,利用粉煤灰流動(dòng)性防止空氣進(jìn)入,但是粉煤灰易產(chǎn)生揚(yáng)塵,污染大氣。近年來,隨著科技發(fā)展和技術(shù)手段的不斷豐富,熱管技術(shù)得到很大提升。熱管是一種高效換熱元件,具有很好的導(dǎo)熱性,優(yōu)良的等溫性,能夠有效避免傳統(tǒng)煤矸山自燃防治方法存在的易復(fù)燃等問題??梢杂行Х乐姑喉肥阶匀迹纳泼旱V區(qū)環(huán)境質(zhì)量。

2.4熱管技術(shù)在煉焦?fàn)t余熱回收工程中的應(yīng)用

通常情況下,煉焦?fàn)t排放出來的煙氣溫度較高,如果不能進(jìn)行回收利用,將會(huì)造成極大的浪費(fèi)。將熱管安裝到煉焦?fàn)t的煙囪內(nèi)便可以有效吸收大量余熱。首先,熱管內(nèi)的工作介質(zhì)吸收煙囪內(nèi)的熱量后蒸發(fā)成氣體后進(jìn)入凝結(jié)段,在凝結(jié)段內(nèi)完成熱量釋放后再次形成液態(tài)工作介質(zhì)流回蒸發(fā)段,然后再次進(jìn)行循環(huán)。通過凝結(jié)段釋放出來的熱量可以加熱除鹽水,由于熱管傳遞的熱量相當(dāng)多,因此,除鹽水被加熱后可以產(chǎn)生大量的汽水混合物,汽水混合物在上升管集箱內(nèi)進(jìn)行匯合,然后進(jìn)入汽包并在汽包內(nèi)完成汽水分離,然后飽和蒸汽流進(jìn)主蒸汽管道,飽和水沿下降管流進(jìn)下降管集箱,并最終進(jìn)入熱管內(nèi)的凝結(jié)段,再次進(jìn)行循環(huán)。

2.5熱管技術(shù)在紡織行業(yè)余熱回收工程中的應(yīng)用

通常情況下,熱管技術(shù)在紡織行業(yè)進(jìn)行余熱回收時(shí)主要進(jìn)行定型機(jī)的廢氣余熱的回收。在這個(gè)過程中,熱管將定型機(jī)內(nèi)排出的廢氣中進(jìn)行熱能回收,然后再將回收的熱能重新輸送到定型機(jī)烘箱內(nèi)。熱管主要安裝在廢氣排放口處,這樣當(dāng)含有大量熱的廢氣一排出就可以進(jìn)行余熱回收,這樣可以達(dá)到回收熱能的最佳效果。在工作過程中,鮮風(fēng)在定型機(jī)內(nèi)負(fù)壓的作用下流入熱管的蒸發(fā)段,在蒸發(fā)段吸收大量的熱量后被傳遞到高效傳熱熱管的新風(fēng)端,然后吸收了大量熱量的新風(fēng)就可以流到定型機(jī)烘箱散熱器附近,這樣就完成了余熱的回收。

2.6熱管換熱器在火電廠鍋爐上的應(yīng)用

熱管式換熱器基本結(jié)構(gòu)如下:它有很多的排成管束的熱管組成,中間有一隔板,煙氣和空氣分別在熱管外部兩側(cè)流過;熱量主要通過熱管內(nèi)部的蒸發(fā)--冷凝來傳熱。這種換熱器的主要特點(diǎn):

1)它是個(gè)典型的逆流換熱,又因熱管本身接近于等溫工作,這就使熱管換熱器具有較高的換熱效率;

2)冷、熱流體用隔板嚴(yán)密隔開,可以消除兩種流體互相泄漏的現(xiàn)象。即使熱管有一端破裂,也不會(huì)使冷熱流體相互串通;

3)每根熱管都是獨(dú)立的,并可拆卸,易于檢修和更換。

熱管換熱器應(yīng)用火電廠鍋爐空氣預(yù)熱器,有利于解決以往空氣預(yù)熱器的磨損、腐蝕、堵灰、漏風(fēng)等難題。這是因?yàn)椋?/p>

1)熱管在煙氣側(cè)的管壁溫度是均勻的??梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)熱管的冷熱段大小來調(diào)節(jié)管壁溫度,使之高于煙氣的酸露點(diǎn)和水蒸氣露點(diǎn),避免腐蝕的發(fā)生;

2)如果管壁溫度高于酸露點(diǎn)和水蒸氣露點(diǎn),則附著于管外表面的煙氣呈干燥而疏松狀態(tài)。設(shè)計(jì)一定的煙速可使煙氣有自吹灰作用,避免了灰的堆積和堵塞;

3)熱管式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)本身保證了漏風(fēng)系數(shù)為零。即使個(gè)別熱管被腐蝕或磨穿,由于熱管兩端密封,也不可能產(chǎn)生漏風(fēng);

4)熱管式空氣預(yù)熱器可以減小磨損。目前熱管空氣預(yù)熱器在大型機(jī)組上成功的應(yīng)用已證明了它是一個(gè)非常理想的換熱裝置。

3、結(jié)語

隨著人類對(duì)資源的開發(fā)和利用,傳統(tǒng)能源逐漸減少,將熱管技術(shù)應(yīng)用于熱能工程,不但可以實(shí)現(xiàn)熱能的有效流動(dòng),而且還可以節(jié)約大量的能量,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。盡管這樣,大力推行熱管技術(shù)還存在著技術(shù)上的難題,這就需要科研人員繼續(xù)加大科學(xué)研究的力度,解決熱管技術(shù)的難題,不斷推動(dòng)熱管技術(shù)的快速發(fā)展。

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