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    燃氣鍋爐熱管式換熱器概述

    文章作者:藝能鍋爐   發布時間:2017-09-15
    對燃氣鍋爐安裝冷凝式換熱器進行余熱回收時,可能會遇到單一低溫熱源的吸熱能力不足以使煙氣溫度降至足夠低溫度因而無法充分回收煙氣中汽化潛熱的問題。

    一、工作原理
      熱管是一種具有   導熱性能的傳熱元件,一般由管殼、吸液芯和端蓋三部分組成。熱管管腔制成真空,   壓力大小僅為0.000013~0.13Pa。在管腔內充有適量的保證吸液芯內可以充滿的工作液體。其兩端分別稱為蒸發段和冷凝段,為減少傳熱過程的熱損失,兩端之間可以保溫絕熱。
      熱管靠工作介質的汽化和液化完成吸熱放熱。燃氣鍋爐高溫熱源設在蒸發段,吸液芯中的工作介質吸熱汽化;蒸汽靠自身產生的微小壓差流向冷凝段;在冷凝段低溫熱源吸熱,工作介質被冷卻冷凝放出潛熱;液態工質在吸液芯毛細力或重力等其他力的作用下流回蒸發段,繼續蒸發吸熱。如此不斷循環,把熱量從蒸發段傳遞到冷凝段。
      熱管完成熱量傳遞可分為下述幾個過程:
      (1)熱量從高溫熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯以熱傳導的方式傳遞到汽一液界面,管壁熱阻和液膜熱阻是傳熱過程的熱阻;(2)液體在汽一液界面上吸熱汽化,吸熱量主要是介質在工作壓力下的汽化潛熱量;(3)蒸汽攜帶著熱量從蒸發段流至冷凝段;(4)氣態工質在汽一液界面處冷凝,放出汽化潛熱;(5)熱量通過熱管管壁傳遞給低溫熱源,冷凝下來的工作介質在毛細作用下返回蒸發段。
      二、熱管的特點
      熱管的傳熱主要依賴管內工作介質的相變來實現,因而傳熱效果很好,同其他類型換熱元件相比,具有以下特點:
      (1)導熱性好——熱管靠工作介質的相變換熱,熱阻很小,導熱性能好,相同重量下,其單位時間內傳遞的熱量與Ag、Cu、Al等導熱性能良好的金屬相比可以高出很多倍。
      (2)等溫性好——一般來說,熱管內的工作蒸汽是飽和的,其壓力至于溫度有關,蒸汽在管腔內流動過程中壓降很小,因此根據克拉伯龍方程可知,在此過程中溫降也很小,因而熱管等溫性能良好。
      (3)換熱器設計靈活——熱管可以較靈活地設置兩端的傳熱面積。也就是說蒸發段和冷凝段的傳熱面積大小可以不一樣,即兩段的熱流密度大小可變,這可以解決其他換熱器難以處理的傳熱問題。
      (4)熱流方向可逆——對于水平的熱管,其汽、液態工質循環的推動力是吸液芯毛細力,蒸發段、冷凝段結構相同,因此兩端均可作為蒸發段和冷凝段。熱管的這個特點可用于使航天設備在太空的溫度均勻或用于蓄熱裝置等。
      (5)可做成熱開關——將熱管做成熱開關后,熱管僅在熱源溫度高于設定溫度時工作,低于設定溫度,熱管停止傳熱。
      (6)恒溫性——一般來說,熱管的熱阻不會隨傳熱量而變,傳熱量增加,熱管的溫度會隨之增加。同時,存在熱阻隨傳熱量而變,熱管溫度保持恒定的熱管,這種熱管可以對溫度進行   控制,保持恒溫。
      (7)適應性好——熱管可以根據熱源或冷源的需求做成各種形狀,如電動機的轉軸、燃氣輪機的葉片等。
      三、熱管分類
      根據熱管的不同特點,可滿足各種場合的條件的各種形式的熱管元件和熱管換熱器被設計制造出來。
      熱管管腔內冷凝段的液態工作介質返回蒸發段時所依靠的推動力除吸液芯的毛細力,還有重力、重力加毛細力、離心力、滲透壓力等,根據推動力的不同,將熱管分為如下幾類:
      (1)吸液芯熱管:在毛細力作用下使液態工質返回蒸發段,它在無重力狀態下或需要水平放置時應用。
      (2)重力熱管:液態工質因處于重力場中,在自身重力推動下返回蒸發段,為保證其正常工作,重力熱管不能水平放置。由于重力熱管價格便宜,工作穩定,在工程中,一般優先考慮重力熱管。重力熱管,又稱兩相虹吸熱管,這種熱管不需要其他動力而依靠自身處于重力場實現氣液循環。由于重力是這種類型熱管工作液體循環的推動力,因此重力熱管的工作具有明顯的方向性,蒸發段工作在冷凝段下方,才能保證冷凝液靠自身重力得以返回,完成循環。重力熱管和其他有芯熱管相比,具有結構簡單、制造方便、成本低廉的優點,因而其應用廣泛,已在各領域中發揮了巨大的作用。
      (3)重力輔助熱管:同時有毛細力和介質自身重力作為回流推動力,同重力熱管一樣也不能夠水平放置。
      (4)旋轉熱管:這種熱管的液態工質在圓周運動產生的離心力的作用下返回蒸發段,在設備正常轉動時工作。
      另外還有在特殊場合下才會用到的熱管,如依靠極化電流體動力學力、滲透壓力等回流冷凝液的熱管。
      四、熱管的工作   
      熱管的傳熱能力雖然很大,但也受到很多條件的限制,如熱管大小、工作介質、吸液芯、熱管形狀等因素。
      (1)熱管的粘性   表示其傳熱受到熱管中汽態工質的粘滯阻力的影響而不能再擴展:(2)聲速   是由于汽態工質速度達到了管腔溫度壓力下的聲速后,無法進一步加速而達到的熱量傳遞   :(3)攜帶   是指由于熱管腔液態工質速度過大導致返回蒸發段的液態工質被蒸汽吹至冷凝段,熱管無法正常吸熱放熱從而其無法傳遞   多的熱量達到的   ;(4)熱管的毛細   是指工作介質流動壓力損失大小達到了熱管液態工質回流的動力   大值后傳熱量不可再增加的   ;(5)由于傳熱量過大,蒸發段的液態工質劇烈沸騰甚至產生膜態沸騰而影響了液態工質返回蒸發段,使其無法正常,這種   稱為沸騰   。
      五、 燃氣鍋爐應用熱管換熱器
      以熱管為傳熱單元的熱管換熱器同其他換熱器相比,具有傳熱性能好、適應性強、結構簡單、安裝靈活、   、阻力小、維修量小、可避免露點腐蝕等優點。因而熱管換熱器越來越受到人們的重視,使用范圍越來越大。燃氣鍋爐熱管換熱器從冷熱流體狀態角度可分為氣-氣、氣-液、液-液、液-氣式熱管換熱器,而從其整體的結構形式角度看,可將其分為整體、分離、回轉和組合式熱管換熱器。
      (1)整體式熱管換熱器
      這種熱管換熱器是由比較普通的,多根熱管組成作為其傳熱元件,冷熱流體被管板隔開,分別在冷凝段、蒸發段吸熱放熱。換熱器中熱管數量的由換熱量和每根熱管換熱能力共同決定。
      (2)分離式熱管換熱器
      這種換熱器的蒸發段與冷凝段可以靈活地設置在不同的地方,用管道將連接成一個完整的循環回路。這種換熱器的依靠下降管系統與上升管系統中汽、液介質的密度差產生的動力循環。
      分離式熱管換熱器具有如下特性:
     ?、?nbsp;  先是蒸發段與冷凝段可不受位置限制,布置方式靈活;
     ?、诳蓪崿F多種冷熱流體同時傳熱;
      (3)回轉式熱管換熱器
      回轉式熱管換熱器借助圓周運動產生的離心力將液態工質返回蒸發段,同時換熱器的轉動可加強汽態工質擾動,有利于傳熱。但是回轉式熱管換熱器由于本身增添了轉動機構使得換熱器變得復雜,換熱器的穩定性需要保證,而且動力消耗也會增加。
      (4)組合式熱管換熱器
      組合式熱管換熱器可以將換熱器中不同溫度段設置充有不同工作介質的熱管,或是根據不同的高溫流體或低溫流體將換熱器分割成不同的幾個部分。組合式換熱器可以克服高低溫熱源熱負荷不同的困難,使用另一種流體對其進行平衡。
      對燃氣鍋爐安裝冷凝式換熱器進行余熱回收時,可能會遇到單一低溫熱源的吸熱能力不足以使煙氣溫度降至足夠低溫度因而無法充分回收煙氣中汽化潛熱的問題。而利用組合式熱管換熱器可以使用兩種或兩種以上的低溫熱源以實現煙氣的充分冷卻,保證較高的燃氣鍋爐煙氣余熱回收效率,地解決此問題。

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