热管换热器设计说明书.pdf

.. .. 第一章 热管及热管换热器的概述 热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件， 它通过在全封闭真空管的液体的 蒸发与凝结来传递热量， 它利用毛吸作用等流体原理， 起到良好的制冷效果。 具有极 高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度 可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管等大功率电力电子器件的管芯紧密接 触，可直接将管芯的热量快速导出 。 热管传热技术于六十年代初期由美国的科学家发明 [1] ，它是利用封闭工作腔 工质的相变循环进行热量传输，因而具有传输热量大及传输效率高等特点。随 着热管制造成本的降低，尤其是九十年代前后随着水碳钢热管相容性问题的解 决，热管凭借其巨大的传热能力，被广泛应用于石油、化工、食品、造纸、冶 金等领域的余热回收系统中。热管气 - 气换热器是最能体现热管优越性的热管换 热器产品，它正在逐步取代传统的管壳式换热器。热管气 - 气换热器是目前应用 最广泛的一种气 - 气换热器。 我国的能源短缺问题日趋严重，节能已被提到了重要的议事日程。大量的 工业锅炉和各种窑炉、加热炉所排放的高温烟气，用热管气 - 气换热器进行余热 回收，所得到的高温空气可用于助燃或干燥，因此应用前景非常广阔。据有关 报道称，我国三分之二的能源被锅炉吞噬，而我国工业锅炉的实际运行效率只 有 65%左右，工业发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率达 85%，因此，提高工业 锅炉的热效率，节能潜力十分巨大。如果我国锅炉的热效率能够提高 10%，节约 的能耗则相当于三峡水库一年的发电量，做好工业锅炉及窑炉的节能工作对节 约能源具有十分重要的意义 [2~6] 。 利用热管气 - 气换热器代替传统的管壳式气 - 气换热器， 一方面 , 能够大大提 高预热空气进入炉的温度，降低烟气温度，从而大大提高锅炉的热效率；另一 方面，热管气 - 气换热器运行压降非常小，有时甚至不需要增加引风机等设备， 从而使得运行费用大大降低。 1.1 热管及其应用 . . . . .. .. 热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管工质的 蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热 面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。由热管组成的换 热器具有传热效率高、结构紧凑、流体压降小等优点。由于其特殊的传热特性 可控制管壁温度，避免露点腐蚀。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、 瓷、交通、轻纺、机械等行业中进行余热回收以及综合利用工艺过程中的热能， 已取得了显著的经济效益 [7] 。 重力热管因其简单的结构及经济的成本得到了广 泛的应用，其工作原理是：热管受热侧吸收废气热量，并将热量传给管工质 ( 液 态 ) ，工质吸热后以蒸发与沸腾的形式转变为蒸汽，蒸汽在压差作用下上升至放 热侧，同时凝结成液体放出汽化潜热，热量传给放热侧的冷流体，冷凝液体依 靠重力回流到受热侧。由于热管部抽成真空，所以工质极易蒸发与沸腾，热管 起动迅速。热管在冷、热两侧均可装设翅片，以强化传热。 1.1.1 热管的工作原理 热管工作的主要任务是从加热段吸收热量，通过部相变传热过程，把热量 输送到冷却段，从而实现热量转移。完成这一转移有 6 个同时发生而又相互关 联的主要过程 , 如图 1.1 。这 6 个过程是： . . .