热管换热器在邯钢高炉煤气锅炉上的应用

1 前言
热管是20世纪60年代发展起来的具有特别 高的导热性能的传热元件。由热管组成的热管换热 器具有传热效率高、结构简单、安全可靠、无外加动 力等优点，目前已广泛应用于冶金、石化、电力、电 子、轻纺、机械等行业。
2008年5月，邯钢热力厂在75 t/h 1#高炉煤气 锅炉大修期间，对锅炉尾部烟道进行了改造，加装 了热管换热器，利用锅炉烟气余热预热高炉煤气， 取得了良好的效果和经济效益。
2 热管的工作原理与特性
2.1热管的工作原理
热管是一个封闭系统，由管壳、吸液芯和工质 组成。管壳通常由金属制成，两端焊有端盖，管壳内 壁装有一层多孔性物质构成的管芯（重力式热管无 管芯），管内抽真空后注入某种工质，然后密封。热 管利用工质相变的物理过程，以潜热的形式传递热 量。当热管的蒸发段被加热时，管内的工质吸收潜 热被蒸发，变成蒸汽，压力增大后沿中间通道流向 另一端，蒸汽在冷凝段接触到冷端吸液芯表面，冷 凝成液体并放出潜热；工质在蒸发段蒸发时，其汽 液交接面下凹，形成许多弯月形液面，产生毛细压 力，液态工质在管芯毛细压力和重力等的回流动力 作用下又返回蒸发段，继续吸热蒸发，如此循环往 复，工质的蒸发和冷凝便把热量不断地从热端传递到冷端。
带有吸热芯的热管对蒸发段与冷凝段的位置 没有任何限制，但其制造成本较高，多用于航天事 业中。在工业应用上主要采用重力热管，典型的重 力热管工作原理如图1所示，在热管的下端加热， 工质吸收热量汽化为蒸汽，在微小的压差下，上升 到热管上端，并向外界放出热量，凝结为液体。冷凝 液在重力的作用下，沿热管内壁返回到受热段，并 再次受热汽化，如此循环往复，连续不断的将热量由一端传向另一端。

2.2热管的特性
由于是相变传热，所以热管内热阻很小，能以 较小的温差获得较大的传热率，热管的这种特别优 良的导热性能又被称之为“超导热性”，它实现了几乎没有温差的导热。并且结构简单，具有单向导热 的特点，特别是由于热管的特有机理，使冷热流体间 的热交换均在管外进行，这就可以方便地进行强化 传热。
热管传热元件，可以单根使用，也可以组合使 用，根据现场的条件，配以相应的流通结构可以组合 成各种形式的换热器。
由热管组成的换热器和其它一般管壳式换热器 相比具有以下特点：⑴传热效率高。热管的冷、热侧 均可根据需要采用高频焊翅强化传热，弥补了一般 “气—气”换热器换热系数低的弱点。⑵能够有效的 避免冷、热流体的串流。每根热管都是相对独立的密 闭单元，冷、热流体都在管外流动，并由中间密封板 严密的将冷、热流体隔开，尤其适应不允许泄漏的易 燃易爆有毒等介质的加热。⑶无任何转动部件。热管 内工作介质的循环是依靠回流液的高低位差和密度 差作用而循环流动，不需外加动力，无机械运行部 件，因而增加了热管换热器系统运行的可靠性，减少 了运行费用。⑷热管的换热元件是由多根热管组成。 各根之间相互独立，当一根甚至几根热管失效时，不 影响整个系统的安全运行，同时对整体换热效果的 影响也可忽略不计。
3 热管换热器在高炉煤气锅炉上的应用