熱管節(jié)能（節(jié)能技術(shù)課件）

熱平衡與節(jié)能技術(shù)熱管及工作原理背景熱管熱管的基本知識1936年,J.帕金斯,熱虹吸管,重力熱管1944年,高斯勒:毛細吸液芯概念1962年,格羅弗制造出樣品:鈉-不銹鋼-絲網(wǎng)1968年,應(yīng)用衛(wèi)星儀器溫度控制1970年,應(yīng)用范圍擴大:電子\機械\能源\動力我國,1972年,試制成功鈉熱管用途:冷卻\新能源開發(fā)\余熱回收\傳熱熱管的發(fā)展與現(xiàn)狀熱管的結(jié)構(gòu)和工作原理典型的熱管結(jié)構(gòu)工作原理熱力學角度:液體蒸發(fā)—蒸汽流動—蒸汽凝結(jié)—液體回流(循環(huán))傳熱學觀點:熱量傳遞經(jīng)歷7個環(huán)節(jié)流體力學觀點:熱管兩端壓差工作液體流動壓力降工作蒸汽流動壓力降重力作用壓力降毛細吸液芯熱管的基本知識熱管的分類按熱管的工作溫度劃分:按熱管的工作液體回流方式分:按熱管的結(jié)構(gòu)劃分按熱管的殼體材料和使用工質(zhì)劃分:按熱管的功能劃分熱平衡與節(jié)能技術(shù)熱管的基本特性熱管的基本特性高導熱性——熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數(shù)量級的熱量。當然，高導熱性也是相對而言的，溫差總是存在的，不可能違反熱力學第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限制，存在著一些傳熱極限。良好的等溫性——熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，其溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。

熱管的基本特性熱流密度可變性——熱管可以獨立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。熱管的基本特性熱流方向可逆性——一根水平放置的有芯熱管，由于其內(nèi)部循環(huán)動力是毛細力，因此任意一端受熱就可做為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點可用于宇宙飛船和人造衛(wèi)星在空間的溫度展平，也可用于先放熱后吸熱的化學反應(yīng)器及其他裝置。熱管的基本特性熱二極管與熱開關(guān)性能——熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)，所謂熱二極管就是只允許熱流向一個方向流動，而不允許向相反的方向流動；熱開關(guān)則是當熱源溫度高于某一溫度時，熱管開始工作，當熱源溫度低于這一溫度時，熱管就不傳熱。熱管的基本特性恒溫特性——（可控熱管）普通熱管的各部分熱阻基本上不隨加熱量的變化而變，因此當加熱量變化時，熱管各部分的溫度亦隨之變化。但人們發(fā)展了另一種熱管—可變導熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加，這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。熱管的基本特性環(huán)境適應(yīng)性——熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機的轉(zhuǎn)軸、燃氣輪機的葉片、鉆頭、手術(shù)刀等等，熱管也可做成分離式的以適應(yīng)長距離或冷熱流體不能混合的情況下的換熱；熱管既可以用于地面（重力場），也可用于空間（無重力場）。熱管的基本特性熱平衡與節(jié)能技術(shù)熱管換熱器及其應(yīng)用熱管及熱管換熱器熱管及熱管換熱器熱管換熱器——由許多單根熱管組成的換熱器特點：結(jié)構(gòu)簡單，換熱效率高；壓力損失小；安全可靠；靈活調(diào)溫類型與結(jié)構(gòu)：按照熱流體和冷流體的狀態(tài)，熱管換熱器可分為：氣—氣式、氣—汽式、氣—液式、液—液式、液—氣式按結(jié)構(gòu)型式分：熱管換熱器又可分為整體式、分離式、回轉(zhuǎn)式和組合式

熱管及熱管換熱器整體式熱管換熱器熱管及熱管換熱器熱管及熱管換熱器

整體式熱管換熱器的特點：*傳熱效率高——熱管的冷、熱側(cè)均可根據(jù)需要采用高頻焊翅片強化傳熱；*能避免冷、熱流體的串流，每根熱管都是相對獨立的密閉單元，冷、熱流體都在管外流動，并由中間密封板嚴密的將冷、熱流體隔開；*防止和降低露點腐蝕，通過調(diào)整熱管根數(shù)或調(diào)整熱管冷熱側(cè)的傳熱面積比，使熱管的管壁溫度盡量提高到露點溫度以上或在合適的區(qū)域；*有效的防止積灰，換熱器設(shè)計可采用變截面結(jié)構(gòu)，保證流體進出口等流速流動，達到自清灰的目的；*無任何轉(zhuǎn)動部件，沒有附加動力消耗，不需要經(jīng)常更換元件，即使有部分元件損壞，也不影響正常生產(chǎn)；*單根熱管的損壞不影響其它的熱管，同時對整體換熱效果的影響也可忽略不記。熱管及熱管換熱器分離式熱管換熱器*裝置的受熱段和放熱段可視現(xiàn)場情況而分開布置，可實現(xiàn)遠距離傳熱，這就給工藝設(shè)計帶來了較大的靈活性，也給裝置的大型化、熱能的綜合利用以及熱能利用系統(tǒng)的優(yōu)化創(chuàng)造了良好的條件；*工作介質(zhì)的循環(huán)是依靠冷凝液的位差和重力作用，不需要外加動力，無機械運行部件，增加了設(shè)備的可靠性，減少了運營費用；*熱側(cè)和冷側(cè)彼此獨立，易于實現(xiàn)流體分隔、密封；*加熱段與冷凝段管束可根據(jù)冷、熱流體的性能及工藝要求選擇不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材質(zhì)，從而可有效地解決設(shè)備的露點腐蝕和積灰問題；熱管及熱管換熱器*根據(jù)工藝要求，可以將流體順、逆流混合布置，以適應(yīng)較寬的溫度范圍；*系統(tǒng)換熱元件由多片熱管管束組成，各片之間相互獨立，因此，其中一片甚至幾片損壞或失效不會影響整個系統(tǒng)的安全運行。熱管的應(yīng)用熱管節(jié)能裝備在石化行業(yè)中的應(yīng)用石化企業(yè)，尤其是煉油廠有各種加熱爐，其排出的廢煙氣通過熱管空氣預(yù)熱器加熱空氣，再送入加熱爐助燃，可以節(jié)省燃料，提高爐子的熱效率。這種熱管空氣預(yù)熱器可以做成頂置式和落地式兩種形式，為石化企業(yè)的節(jié)能降耗起到重要的作用。熱管的應(yīng)用*石化行業(yè)加熱爐余熱回收某煉油廠加熱爐用的熱管空氣預(yù)熱器熱管的應(yīng)用石化行業(yè)常減壓裝置用大型熱管換熱器施工現(xiàn)場熱管的應(yīng)用某化工廠加熱爐熱管空氣預(yù)熱器某石化二聯(lián)合加熱爐熱管空預(yù)器熱管的應(yīng)用熱管在石油化工中應(yīng)用的國內(nèi)外研究：利用熱管的等溫性均化床層溫度得到較高的轉(zhuǎn)化率和收率；利用熱管的可變導特性控制反應(yīng)床溫度不使超溫或過冷；利用熱管的源匯分隔特性提高設(shè)備使用的可靠性；利用熱管熱流體密度可變的特點改善和強化反應(yīng)設(shè)備的傳熱條件。熱管化學反應(yīng)器的開發(fā)研究（涉及到原料的組成、催化劑活性、停留時間等一系列因素），開發(fā)速度進展緩慢。開發(fā)前景誘人。熱管的應(yīng)用*熱管裂解爐特點：高溫（750℃以上)強吸熱；要求：溫度分布均勻，物料在爐內(nèi)停留時間要短，烴的分壓要低；形式：一般為管式爐。

研究的熱管裂解爐在吸取管式爐優(yōu)點的基礎(chǔ)上設(shè)法使裂解溫度均勻，停留時間縮短，烴的分壓降低。熱管的應(yīng)用熱管乙苯脫氫反應(yīng)器

反應(yīng)器形式

乙苯/水

反應(yīng)溫度單程轉(zhuǎn)化率相同轉(zhuǎn)化率下苯乙烯選擇性

生產(chǎn)能力

/重量比

/℃

/%

/%/kg苯乙烯/(h·m3催化劑)絕熱式1/2~3630~65035~6090~94650~675外加熱式1/1~15580~61040~6092~94210熱管式1/1.2~1.4在接近最佳溫度下反應(yīng)50~5895~97355熱管的應(yīng)用環(huán)已醇脫氫化學反應(yīng)器

環(huán)已醇從原料貯槽經(jīng)計量泵進入蒸發(fā)器并汽化，然后由過熱器將原料氣過熱至反應(yīng)溫度并從反應(yīng)器底部進入，在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)Zn-Ca催化劑作用進行吸熱反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體從反應(yīng)器頂部進入冷凝器和冷卻器，冷卻后的環(huán)已醇進入成品貯槽。高度

H/m

床層軸向溫度分布及比較

熱管的應(yīng)用熱管化學反應(yīng)釜熱管的應(yīng)用針對某石化企業(yè)的原蒸餾常減壓爐空氣預(yù)熱器系統(tǒng)存在設(shè)備老化、泄漏點多、檢修困難、熱效率低等問題，特別是目前加工進口高含硫原油需要進行配套改造，采用了分離式熱管換熱器，其結(jié)構(gòu)布置如圖所示。不同管線、不同溫度和壓力的常二線、常三線油分別流經(jīng)分離式熱管換熱器的加熱段，其加熱段結(jié)構(gòu)形式類似于固定管板式換熱器，熱流體油走殼程，管程為熱管工質(zhì)，分離式熱管換熱器的冷凝段為翅片管束換熱器，需要加熱的空氣流經(jīng)管外，管內(nèi)通過上升管與下降管與下部換熱器的管程相連，形成工質(zhì)循環(huán)回路。

分離式熱管油-氣換熱器熱管其他應(yīng)用介紹熱管在我國航天上的應(yīng)用要求：質(zhì)量小、高性能、高可靠、長壽命和能耐受空間環(huán)境（微重力、發(fā)射時的力學環(huán)境、空間粒子輻射等）航天器常用的熱管—鋁合金軸向槽道熱管工質(zhì)：氨、丙酮、氮、氖返回艙壁周向溫度的不均勻影響采用熱管使艙壁溫度均勻化返回艙8圈30根，膠接。艙內(nèi)空氣溫度19oC時最低艙壁溫度為13.5oC。軌道艙8根，2米，用于拉平軸向溫差。熱管其他應(yīng)用介紹熱管在化工行業(yè)應(yīng)用30萬噸/年合成氨一段爐空預(yù)器化工廢棄物焚燒節(jié)能產(chǎn)汽系統(tǒng)——

高溫熱管蒸汽發(fā)生節(jié)能裝置熱管其他應(yīng)用介紹熱管技術(shù)在硫酸工業(yè)中的應(yīng)用在硫磺制酸、硫化氫制酸、硫鐵礦制酸和冶煉煙氣制酸等工藝過程中均產(chǎn)生大量高溫、高含硫工藝氣體，它需要降溫后才能進入轉(zhuǎn)化塔進行逐級轉(zhuǎn)化并放出大量的熱能，利用高溫氣體和其轉(zhuǎn)化過程中放出的熱量，通過由蒸汽發(fā)生器、高溫過熱器、中溫過熱器、熱管省煤器組成的能量回收系統(tǒng)，來產(chǎn)生中壓或低壓蒸汽，用于發(fā)電或生產(chǎn)和民用，該系統(tǒng)裝置技術(shù)含量高，經(jīng)濟效益顯著。熱管其他應(yīng)用介紹熱管在建材行業(yè)應(yīng)用熱管式高溫熱風爐第一臺高溫熱管換熱器——獲國家技術(shù)發(fā)明獎熱管其他應(yīng)用介紹熱管在冶金行業(yè)應(yīng)用(1)燒結(jié)系統(tǒng)余熱回收——國家火炬計劃項目(2)煉鐵高爐熱風爐煤氣、空氣雙預(yù)熱分離式熱管換熱器(3)220T/h全燒高爐煤氣鍋爐分離式熱管煤氣預(yù)熱器(4)

銅冶煉行業(yè)應(yīng)用（5）錳冶金行業(yè)應(yīng)用——國內(nèi)外第一套氧化還原反應(yīng)熱管熱量移出系統(tǒng)（6）煉鋼行業(yè)應(yīng)用——國內(nèi)外第一套熱管式電爐余熱回收系統(tǒng)熱管其他應(yīng)用介紹熱管在穩(wěn)定凍土路基上的應(yīng)用青藏鐵路是國家重大建設(shè)工程，也是世界上最著名的工程之一。青藏鐵路格爾木至拉薩段全長1142公里，連續(xù)多年凍土區(qū)有547公里。凍土層冬季凍結(jié)夏季消融，建設(shè)于凍土之上的鐵路會扭曲變形導致災(zāi)難。由于熱棒具有單向?qū)嵝裕墒沟叵碌膬鐾翆幼兒?，加固凍土的強度，增加凍土的冷儲量，即使夏季也不會融化松動，可以形成永久的凍土層。青藏鐵路工程專家組論證認為，低溫熱棒技術(shù)是目前解決青藏鐵路凍土變形最有效而經(jīng)濟