热管技术在工业余热回收中的应用

一、我国余热资源的现状

余热是指能利用而未被利用的热能，余热回收就是将浪费的热能回收利用，提高能源利用率，降低生产成本，保护环境。

它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。

根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%～67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。

二、热管简介：

热管是一种具有特高导热性能的新颖传热元件。热管起源于二十世纪六十年代的美国，1967年一根不锈钢——水热管首次被送入地球卫星轨道并运行成功，热管理论一经提出就得到了各国科学家的高度重视，并展开了大量的研究工作，使得热管技术得以很快发展。热管技术开始主要用于航天航空领域，我国自二十世纪70年代开始对热管进行研究，自80年代以来相继开发了热管气－气换热器、热管气－水换热器、热管余热锅炉、热管蒸汽发生器、热管热风炉等各类热管产品，使得热管在建材工业、冶金工业、化工及石油化工、动力工程、纺织工业、玻璃工业、电子电器工程等领域内得到广泛的应用。

三、热管的工作原理及特点

1、工作原理

热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3×（10-1～10-4）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。（参见下工作原理图）

热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件,具有超常的热活性和热敏感性，遇热而吸，遇冷而放。

2、基本特性

2.1超强的导热性：导热速度快、强度大、效率高，导热速度可达到音速。

2.2良好的等温性：良好的等温性使热管在很小的温差下，传递很大的热通量，传热阻力小。

2.3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。

2.4安全可靠性：不存在管内超压，不怕干烧。液体工质汽化后，热管的内压不随温度的变化而变化。

2.5环境的适应性：不受环境的限制，热管可根据环境的需要而单独设计。

2.6应用领域广。超导热管形状具有更大的灵活性，更广泛的应用领域，能适应各种恶劣的工作环境。

四、热管余热回收装置工作原理:

热管是余热回收装置的主要热传导元件，与普通的热交换器有着本质的不同。热管余热回收装置的换热效率可达98％以上，这是普通热交换器无法比拟的。

热管余热回收装置体积小，只是普通热交换器的1/3。其工作原理如下图所示：

下面为烟气通道，上面为清洁空气（水或其它介质）通道，中间有隔板分开互不干扰。高温烟气由下面通道排放，排放时高温烟气冲刷热管，当烟气温度＞30℃时，热管被激活便自动将热量传导至上面，这时热管下端吸热，高温烟气流经热管后温度下降，热量被热管吸收并传导至上端。常温清洁空气（水或其它介质）在鼓风机作用下，沿上面通道反方向流动冲刷热管，这时热管上端放热，将清洁空气（水或其它介质）加热，空气流经热管后温度升高。

五、热管余热回收装置的性能特点:

1、安全可靠性高：

常规的换热设备一般都是间壁换热，冷热流体分别在器壁的两侧流过，如管壁或器壁有泄露，则将造成停产损失。热管余热回收器则是二次间壁换热，即热流要通过热管的蒸发段管壁和冷凝段管壁才能传到泠流体。

2、热管余热回收器传热效率高，节能效果显著。

3、热管余热回收器具有良好的防腐蚀能力

热管管壁的温度可以调节，可以通过适当的热流变换把热管管壁温度调整在低温流体的露点之上，从而可防止露点腐蚀，保证设备的长期运行。由于避开烟气露点，使灰尘不易粘结于肋片和管壁上。同时热管在导热时会产生自振动，使灰不易粘附在管壁和翅片上，因而不会堵灰。

4、安装及结构布置灵活:

热管余热回收器的安装无需改变原工艺系统,结构设计和位置布置非常灵活,可适应各种复杂的场合。

5、使用寿命长：

使用寿命在10年以上，单根热管可拆卸更换，维护简单成本低。

6、投资回收期短：

一般在六个月至一年就可回收全部投资。

六、余热回收及余热发电应用领域：

1、在化工及石油化工工业中的应用：

小合成氨上、下行煤气余热回收、中合成氨上、下行煤气余热回收、合成氨吹风气燃烧的余热回收、合成氨一段转化炉烟气余热回收、30万吨／年合成氨二段转化炉余热回收。

2、在硫酸工业中的应用：

2.1在硫酸生产沸腾焙烧炉沸腾层内的余热回收；一个年产10万吨硫酸的工厂可回收5.5万吨蒸汽；

2.2从沸腾中出来的SO2高温炉气中回收余热；一个年产10万吨硫酸的工厂可回收10.5万吨蒸汽，可发电价值约600万元；

3、在盐酸、硝酸炉的应用：基本同上

4、在石油化工中的应用：

4.1烃类热解炉中的余热回收；

4.2乙苯脱氢反应器中的余热回收；

4.3环已醇脱氢化学反应器中的余热回收；

4.4催化、裂化再生取热器中的余热回收；

4.5其它各种加热炉中的余热回收；..

5、在建材工业中的应用：

5.1在高岭土喷雾干燥热风炉中的余热回收；

5.2玻璃窑炉中的余热回收；

5.3水泥窑炉中的余热回收；

5.4各种陶瓷倒燃炉及遂道窑中的余热回收；

6、在冶金工业中的应用：

6.1轧钢连续加热炉和均热炉中的余热回收；

6.2坯件加热炉中的余热回收；

6.3线材退火炉中的余热回收；

6.4烧结机中的余热回收；以一台180M2的烧结机为例，可回收蒸汽量达10-22T／h；

七、余热的回收利用途径很多：

1、一般说来，综合利用余热最好；其次是直接利用；第三是间接利用（产生蒸汽用来发电）。

2、余热蒸汽的合理利用顺序是：动力供热联合使用；发电供热联合使用；生产工艺使用；生活使用；冷凝发电用。

3、余热热水的合理利用顺序是：供生产工艺常年使用；返回锅炉及发电使用；生活用。

4、余热空气的合理利用顺序是：生产用；暖通空调用；动力用；发电用。

八、余热回收技术及回收方式：

1、分离式热管余热回收技术；

2、整体式热管余热回收技术；

3、余热回收方式：余热回收的设计及方式的不同，可带来完全不同的结果，即回收的余热数量或蒸汽量完全不一样。