余热回收高效节能减排换热器的应用

一、热管与热管换热器的主要特点

1. 传热系数高

   传热量的计算公式为

   Q=KFAt式中

   Q——热管的传热量，kJ/h；

   K——传热系数，kJ/（m2h-℃）；

   F——传热面积，m2；

   At——传热温差，C。

  热管传热量大的原因是热管的传热系数值高，热管K=268kJ/（m².h-℃），而翅片管K=37kJ/（m²：h-℃），光管K=20kJ/（m²h℃），通过对3种传热元件的传热系数比较，热管是翅片管的7倍，是光管的13倍。其原因是对气-气换热，热管管外全部翅片化的结果。热管的热量要比铜棒高出103~104倍。

2. 体积小，重量轻，结构紧凑

 由于热管的传热系数高，在传热量不变的情况下，可以减少传热面积F，因此使热管的根数减少，达到热管换热器的体积小、重量轻、结构紧凑的结果，同时钢管的消耗量、加工量、成本和工人的劳动强度等也都减少了。

3. 热管的等温性好，壁面温度高，耐腐蚀

  例如1m长热管2端的温差可以s1℃，热管的壁面温度高，不像其他传热元件的壁温主要取决于冷体温度，而热管的壁面温度是取决于热、冷流体温度的平均值，所以，就有壁面温度高、耐腐蚀强的特点。

4. 不易积灰

  由于热管有等温性好，壁面温度高，耐腐蚀的特点，同时就有了不易积灰的特点，而且积灰是松软的灰，很容易清灰。积灰对传热的影响非常重要，通过对蒸汽机车锅炉的排烟余热回收气-气热管积灰等多年的实验研究得出结论：①排烟温度降低20℃，蒸汽锅炉的热效率提高1%；②积灰以后，蒸汽锅炉的排烟温度由原先数值上升了40℃。因此，热管换热器积灰对传热的影响是非常严重的。

5. 应用非常广泛

 各行各业，各种热力设备的排烟、排气、排水、排渣等，凡是有余热的可回收的地方都可以应用。

二、热管对其工作介质的主要要求

1. 稳定性的要求

  不论是低温热管、中温热管还是高温热管，也不论它的工作寿命多长，凡是在工作期间，热管工作介质的性质必须是稳定的，不准有任何质的变化。

2. 相容性的要求

  工作介质必须与热管管壳相容，不得产生化学反应。世界上知名的热管专家说过"对工业热管来说，最好的热管是钢水热管"。

3. 润湿性的要求

  热管管壳与工作介质应该是润湿的，这对热管吸热和传热都是有好处的。以水为主要成分的工作介质与钢管壳是湿润的，而工作介质汞就不润湿。

4. 传热量要大

  工作介质的汽化潜热要大。汽化潜热是物性参数，主要与饱和状态的温度有关系。如，工作介质水的汽化潜热就很大，在同温度下禁就很小。

5. 饱和温度要高，相应的饱和压力要低

  这项要求目的是使热管有高的传热量，同时热管的强度容易通过。如，亲热管传热量不大，但强度容易通过，水热管正好与禁热管相反。

6. 安全性要绝对保证

  包括不易燃、不易爆、无刺激性等。对工人的健康要绝对有保障，确保生产和工作人员的安全，确保不对环境有污染。

三、应用计算机优化热管换热器的设计计算

1. 热管换热器的应用非常广泛，已知参数和边界条件又很复杂。如果采用计算机程序进行计算，不仅可以重复计算，减少繁琐过程，而且可以优化计算。

2. 用计算机计算对各种形式的热管换热器进行设计计算能够针对诸如气-气式、气液式、气汽式不同形式的热管换热器的特点，强化各类的差异和特点。

3. 对传热系数K值的计算，是对热管换热器进行设计必算的一项，也是最重要的一项。人工计算只能完成3~7项热阻计算，很不精确，采用计算机计算，就可以完成10余项，大大提高设计精度。

4. 采用计算机优化，可计算出最佳传热面积，得出经济性最佳的方案。对热管换热器设计而言，可实现节省热管的根数、节约钢材、节省工作量，减少工时、减少热管加工设备的能耗以及降低设备的成本和造价等。

四、对目前热管常用几种工作介质的分析

（1）萘热管的工作介质禁，是有机物质，属芳香烃，素C1oHs，相对分子质量128.16；标准沸点t0=217.95℃；标准熔点tm=80.29℃；临界温度tc=478.2℃；临界压力pc=39.2atm；临界密度pc=0.314g/cm3；禁属于中温热管的工作介质，工作温度为300℃左右。其最大的特点是在较高的工作温度下，相应的饱和压力低，如370℃时压力为13.2at，热管的强度容易通过，因此，当热管加热段热源进口温度超过350℃时，前几排热管都采用禁热管。但是禁热管也存在下列问题：

  ①. 有毒，对接触荣的工作人员的身体会有影响；

  ②. 在制造禁热管进行充装工作介质工序是很麻烦，工人就不得不用手充装；

  ③. 当进行到旋压、钻孔和加热排空工序时，还容易着火；

  ④. 汽化潜热太小，工作温度250℃时，汽化潜热为79.5kcal/kg.工作温度360C时，汽化潜热为59kcal/kg；

  ⑤. 设计不合理，加热段、吸热段和冷却段的放热能力都很强，唯有传热和输送热的能力太小；

  ⑥. 在启动上与后排的热管不能很好地协调。

  (2). 水钢热管与素热管相比较，它不存在茉热管上面所谈的六个问题，但是水钢热管最大的问题是在热管工作介质的工作温度不算太高时，其相应的饱和压力太高，如工作温度为250℃时，其饱和压力为40.56at，当工作温度为300℃时，其相对应的压力为87.61at，这样一般的热管强度很难通得过。另外，水钢热管中都得加缓蚀剂，一般加的缓蚀剂也有毒。但是，水钢热管和禁热管相比较存在许多的优点，其中最大的优点是汽化潜热大，如热管工作温度为250℃时，其汽化潜热为410kcal/kg，是同温度下禁热管的5.16倍。由此就可看出水钢热管为什么应用这么广泛，尤其在工业余热回收方面。对水钢热管存在的最主要的问题，通过精心设计等也能得到较好的解决。

五、结束语

  热管换热器在余热回收、降低能耗、节约能源、减少二氧化碳排放、改善环境等方面所带来的综合效益是巨大的。热管换热器在工业上的应用和发展还存在非常大的空间，在应用和发展上还存在着不平衡和不够广泛。在生产和研究问题上，以及有关人员提高基础与专业知识水平上存在不和谐的倾向。在成熟产品的制造上注意标准化、系列化和自动化的问题还有待提高和解决。在研究和提高热管的质量上，对热管的管内和管外都应该给予充分重视。