第1部分热管原理及应用(终)(1)

1、热管原理及其在火电厂热管原理及其在火电厂中的应用简述中的应用简述目录 1、热管起源及发展历程 2、热管结构及工作原理 3、热管传热过程 4、热管的基本特性 5、热管的分类 6、热管的相容性及其寿命 7、热管在电厂中的应用-空预器、省煤器、冷油器、脱硫系统、冷却塔等1、热管起源及发展历程、热管起源及发展历程 1963年：发明于美国洛斯-阿洛莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）。 1964-1970年：理论研究高峰期，近千篇论文发表。 1970-1980年：机密性应用研究，空间核电源、电子仪器散热、航天飞行器均温等节能应用性研究，热管换热器，太阳能发电，高

2、效化学反应器。 1980-2000年：电子电器散热、计算机CPU散热、大型空气预热器、高温热管换热器、高温高压化学反应器。 2000-2010年：高效微型热管技术、高温大型热管技术、高效热管反应设备技术、各种高效热管换热装备。2、热管结构及工作原理、热管结构及工作原理 结构：结构：典型的热管由管壳、吸液芯、端盖和工作液体组成，将管内抽成1.3（10-110-4）Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。 管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段中间可布置绝热段。 工作过程：工作过程：当热管的一端受热时毛细芯中的液体蒸发

3、汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环，热量由热管的一端传至另一端。 2、热管结构及工作原理、热管结构及工作原理 热管内部设有传输液体的吸液芯的金属管，在抽除其中不凝性气体并充以某种工作液体后封闭而成。其根据热力学第二定律，热量可以自发由高温热源传给低温热源，因此，只要有温差在，就会有热量传递。热管元件即是通过蒸发吸热作用，使两侧温度差得以加大，进而致使热量迅速传输。2、热管结构及工作原理、热管结构及工作原理3、热管传热过程、热管传热过程 热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程： （1）热量从热源通过热管

4、管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液-汽分界面； （2）液体在蒸发段内的液-汽分界面上蒸发； （3）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段； （4）蒸汽在冷凝段内的汽-液分界面上凝结； （5）热量从汽-液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源； （6）在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。4、热管的基本特性、热管的基本特性 （1）高导热性能：高导热性能：很高的导热性能是热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。 （2）优良的等温性能：优良的等温性能：热管内腔的蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热

5、力学中的Clausuis-Clapeyron方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。 （3）热流密度可变性：热流密度可变性：热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。4、热管的基本特性、热管的基本特性 （4）热流方向可逆性：热流方向可逆性：一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，也可用于

6、先放热后吸热的化学反应器及其他装置。 （5）环境的适应性：环境的适应性：热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的以适应长距离或冷热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面（重力场），也可用于空间（无重力场）。 （6）免运行维护性能：免运行维护性能：热管运行不需要外部提供动力。5、热管的分类热管的分类由于热管的用途、种类和型式较多，再加上热管在结构、材质和工作液体等方面各有不同之处，故而对热管的分类也很多，常用的分类方法有以下几种:按照热管管内工作温度区分：热管可分为低温热管（-2730）、常温热管（0250）、中温

7、热管（250450）、高温热管（4501000）等。按照工作液体回流动力区分：热管可以分为有芯热管、两相闭式热虹热管（又称重力热管）、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管等等。按照壳与工作液体的组合方式划分：可分为铜-水热管、碳钢-水热管等等。按结构形式区分：可分为普通热管、分离式热管毛细泵回路热管、微型热管和平板热管等。6、热管的相容性及其寿命、热管的相容性及其寿命影响热管寿命的因素很多，归结起来造成热管不相容的主要形式有以下三个方面，即：产生不凝性气体；工作液体热物理性恶化；管壳材料的腐蚀溶解。产生不凝性气体：由于工作液体与管壳材料发生化学反应或电化学反应，产生不凝性气体

8、，该气体被蒸汽流吹扫到冷凝段聚集起来形成气塞，从而是有效冷凝面积减小，热阻增大传热性能恶化。比如碳钢-水热管中的Fe与水发生反应产生H2（不凝气体）。工作液体物性恶化：有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，这主要是由于有机工作液体的性质不稳定，或与壳体材料发生化学反应，使工作介质改变其物理性能，如甲苯、烷、烃等。管壳材料的腐蚀、溶解：工作液体在管壳内连续流动，同时存在着温差、杂质等因素，使管壳材料发生溶解和腐蚀，流动阻力增大，使热管传热性能降低。常用热管的工作温度范围与典型的工作介质及其相容壳体材料7、热管在火电厂的应用热管在火电厂的应用-热管式空气预热器热管空气预热器是是利用锅炉出口烟气

9、所带热能，通过热管的超导传热，用来预热锅炉助燃空气或其他烘干用途。将锅炉烟气余热回收用于余热空气属于气-气换热，若采用传统换热技术，很难使内、外壁同时肋化，从而会使传热面积很大，设备不够紧凑，送风能耗也大。采用热管换热方式则有可能使设备更加紧凑，能耗大幅下降，同时，传热的强化也使与烟气接触的热管壁温上升，从而有可能减少露点腐蚀，提高设备使用寿命。热管空气预热器具有以下几个优点：1）明显地提高了金属壁温，减轻了低温腐蚀，有效地防止了漏风；2）减少了送风机和引风机的电耗；3）增强了换热能力，提高了锅炉的热效率；4）明显地减轻受热面积积灰、堵灰等问题。热管式空气预热器热管式空气预热器 回转式换热器回

10、转式换热器 回转式换热器有两个显著优点：一是借助转动的离心力来实现工作液体的循环，同时转动促使气流的搅动，增强传热，这对含尘较多的气体更为有效。二是这类换热器兼有送风机的功能。但由于增添转动机构使结构复杂化，另外还增加了动力消耗。回转热管换热器可分为离心式、轴流式等。旋转热管旋转热管7、热管在火电厂的应用热管在火电厂的应用-热管式省煤器 省煤器的主要作用是吸收烟气余热加热锅炉给水，目的是降低排烟温度，提高锅炉效率。传统省煤器的体积庞大、烟气阻力大，容易积灰、堵灰，换热效率逐年降低，使用寿命短，经常要清灰，因此中小型锅炉很少使用，大型锅炉使用一段时间后，因积灰堵灰严重而基本不用，任由高温烟气带走

11、热量，浪费能源。与传统的省煤器相比，热管式省煤器传热效率高、等温性能好（主要根据热管管壁温差小，可防止出现腐蚀现象）、使用寿命长。若某根热管损坏也不会影响其他热管的传热功能，且软水不会泄露到烟气侧，省煤器任可以继续工作，检修方便。7、热管在火电厂的应用热管在火电厂的应用-热管式冷油器 在火力发电厂中，由于汽轮机转速高达3000r/min，所以其轴瓦的冷却很重要要保证其在一定温度下连续安全运行，必须对冷却轴瓦的透平油进行冷却。冷油器是火力发电厂汽轮机在工作中的重要组成部分。主要用于冷却汽轮机透平油等，实现汽轮机轴瓦在规定温度下持续安全地运行，充分保证汽轮机的正常工作效率。热管式冷油器有效地解决了

12、冷油器在汽轮机中应用所存在的一些顽固性问题，比如油污染问题。同时提高了冷却效率，并能偶节约水资源利用，而且更易于检修。7、热管在火电厂的应用热管在火电厂的应用-热管式冷油器 热管式冷油器的工作原理：温度较高的透平油从油入口进入油室流经热管的加热段，由于热管具有极高的传热性能，它将吸收的能量传到热管的冷却段，然后被冷却水带走。由于热管内的工质液体是靠重力作用回流工作的，因此，冷却水室必然在上部。这一点与常规的列管式冷油器不同。这样，原来管内与外表面的换热就变成了在热管的两部分外表面的换热，为油、水彻底分开创造了条件。换热表面的污垢热阻对传热影响很大，而热管外表面的清洁工作要远比内表面容易，这也将

13、减少冷油器设备的日常维护工作量。7、热管在火电厂的应用热管在火电厂的应用-热管在脱硫系统中的应用国内外目前普遍采用的脱硫方法为湿法脱硫，在湿法脱硫工艺中，烟气换热装置则是脱硫工艺中的关键环节，利用未脱硫的高温烟气通过换热器去加热脱硫后的净烟气。这样既可以回收高温烟气的热量、节省能源，又可以减少水消耗，同时提高脱硫塔的脱硫效率、降低对大气的二次污染。而该换热器由许多单根热管组成，并组合成矩形壳体，而其中央有一块管板（中孔板）把壳体分成两部分，形成高温流体（原烟气）和低温流体（净烟气）的通道。当高、低温流体同时在各自的通道中流过时，热管就将高温流体（原烟气）的热量传给低温流体（净烟气），实现了两种流体的热交换，使原烟气的温度降低达到去吸收塔的温度，净烟气的温度升高满足排放的要求。同时为提高换热系数，在热管上缠绕翅片，这样可使所需的热管数目大大减少。7、热管在火电厂的应用热管在火电厂的应用-