热管换热器技术研究汇报

关于热管换热器技术の研究、应用和发展制作人：罗元林陈卫蒲水琴杨福康热管换热器工作原理技术特点应用概况技术发展1、热管换热器工作原理热管实例图图1脉动热管实验装置图图2脉动热管系统图

图2.1热管示意图常用的热管由蒸发段、冷凝段和绝热段三部分组成主体为一根封闭的金属管（管壳），内部空腔内有少量工作介质（工作液）和毛细结构（管芯），管内的空气及其他杂物必须排除在外。

蒸发段和冷凝段在两端，在两端中间布置绝热段。1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液热管组成物理学原理真空状态在下，液体的沸点降低；同种物质的汽化潜热比显热多；多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。

热管的一端受热毛细芯中液体蒸发汽化蒸汽在微小的压差下流向另一端，放出热量，凝结成为液体液体沿多孔材料依靠毛细力作用流回蒸发段如此循环，热量就由热管的一端传至另一端。工作原理2、热管换热器技术特点

热管换热设备较常规设备更安全、可靠，且可长期连续运行。这一特点对连续性生产的工程，如化工、冶金、动力等部门具有特别重要的意义

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冷流体，而热管一般不可能在蒸发段和冷凝段同时破坏，所以大大增强了设备运行的可靠性安全性和可靠性

热管管壁的温度可以调节，在低温余热回收或热交换中是相当重要的，因为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以上，从而可防止露点腐蚀，保证设备的长期运行。这在电站锅炉尾部的空气预热方面应用得特别成功，设置在锅炉尾部的热管空气预热器。由于调整管壁温度不仅能防止烟气结露，而且也避免了烟灰在管壁上的粘结，保证锅炉长期运行，并提高了锅炉效率。热管管壁的温度可调性冷、热段结构和位置布置灵活由热管组成的换热设备的受热部分和放热部分结构设计和位置布置非常灵活，可适应于各种复杂的场合。由于结构紧凑占地空间小，因此特别适合于工程改造及地面空间狭小和设备拥挤的场合，且维修工作量。3、热管换热器应用概况高低温度应用概况冶金工业中的应用

——余热回收

以钢铁企业为例，焦炉、高炉及炼钢工序均有相当数量的余热未能回收利用。余热的温度最高可达1600oC，热能的形态有固体、气体、液体，其中最多的为间隙排放，因此给余热回收带来了一定的难度。由于热管的众多特点，特别适宜于上述场合的余热回收利用，目前已经在烧结排期限热核热风炉燃烧废气的余热回收方面，达到了定性设计和系列化、标准化的程度。化工及石化领域的应用在合成氨工业中：回收低温余热助燃空气，或生产低压蒸汽作为原料；回收高温余热产生中压蒸汽作原料蒸汽的补充，或生产高压蒸汽作为生产的动力源；控制固定床催化反应器的化学反应温度，使其向最佳反映温度曲线无限逼近，从而提高合成氨的效率。

在硫酸工业中：沸腾焙烧炉沸腾层内的余热回收；沸腾焙烧炉沸腾层内的余热回收；

SO2炉气余热回收；

SO3气体冷却器；在石化领域中：

热管裂解炉；热管乙苯脱氢反映器；热管氧化反应器；催化裂化再生取热器；4、热管换热器技术发展热管技术发展的瓶颈极限问题热管不相容的问题极限问题2声速极限1沸腾极限4吸液极限3携带极限四大极限

在凝结段，蒸汽在凝结段液面上凝结，此时影响换热的热阻有凝结液膜热阻、浸满液体的管芯热阻、热管管壁热阻、凝结换热热阻和凝结段管外换热热阻，当处在不凝型气体时还存在会严重影响凝结过程的不凝性气膜热阻。在蒸发段，当热流密度较低时，一部分热量通过液体及管芯的导热，另一部分热量通过液体的自然对流传到液体表面上，蒸发在液体表面发生。当热流密度增大，管壁上的液体过热到一定程度，便在汽化核心上生成气泡，使对流换热大为增强。当热流密度达到临界值时，换热恶化，管芯烧干，热管不再工作，这称作沸腾极限。1

沸腾极限

热管在低温状态下启动时，由于蒸发段和冷凝段压差过大，蒸发段出口蒸汽速度达到音速，出现阻塞现象，限制热管的总传热能力，这一现象称为声速极限

注：同一温度下，液相压力大于气相压力2声速极限

在热管中的蒸汽流动方向和凝结液体流动方向是相反，当蒸汽流速随着热管热流密度提高而增大到足以将回流的凝结液体吹散并带走时，凝结液体的正常回流遭到破坏，限制热管的运行，这称为携带极限。3

携带极限

当热流密度达到一定程度时，管芯借毛细力回流的凝结量将不足以满足蒸发的需要，引起换热面的蒸干和烧损，破坏热管的正常运行，这一种极限称为吸液极限。4

吸液极限热管不相容（1）产生不凝性气体；（2）工作液体热物性恶化；（3）管壳材料的腐蚀、溶解。如何改进热管换热器？通过合理选择热管的管材、工作液体、吸热芯结构等可使热管长期有效地服役于其工作温度范围。热管技术的发展前景推广应用：将现有较为成熟的热管产品标准化、系列化、规范其设计、制造、检测质量，使之成为工业生产中的常规设备，从而深入推广热管技术的应用。①热管的二次间壁换热特性是实现安全、可靠及长周期运行的重要保证。②热管的热流变换及自吹灰特性是防止工业上换热设备露点腐蚀及灰尘堵塞的重要技术保证。③热管的均温热屏蔽及分离式热管技术的完善，将可能解决化学反应器中温度分布不均匀、反应过程偏离最佳反应温度的缺陷、石油裂解中由于管壁温度不均匀而出现的过热分解以及核反应堆安全壳体的散热等等问题。④液态金属热管的出现及材料价格的下降，有可能实现在超高温反应设备中实现