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余熱利用
熱管余熱回收器
簡介:
熱管是一種具有特高導熱性能的新穎傳熱元件。熱管起源于二十世紀六十年代的美國,1967年一 根不銹鋼--水熱管首次被送入地球衛星軌道并運行成功,熱管理論一經提出就得到了各國科學家的高度重視,并展開了大量的研究工作,使得熱管技術得以很快發展。熱管技術開始主要用于航天航空領域,我國自二十世紀70年代開始對熱管進行研究,自80年代以來相繼開發了熱管氣-氣換熱器、熱管氣-水換熱器、熱管余熱鍋爐、熱管蒸汽發生器、熱管熱風爐等各類熱管產品,使得熱管在建材工業、冶金工業、化工及石油化工、動力工程、紡織工業、玻璃工業、電子電器工程等領域內得到廣泛的應用。

工作原理:


熱管是由鋼、銅、鋁管內灌充導熱介質,抽成一定的真空后密封而成,管內的工作介質由多種無機活性金屬及其化合物混合而成,具有超常的熱活性和熱敏感性,遇熱而吸,遇冷而放。這種熱超導工質在一定溫度下被激活,并以分子震蕩相變形式來傳遞熱量,它超強導熱性能使其導熱系數是一般金屬的一萬倍左右,傳導溫度沒有衰減并能以極快的速度傳遞(音速傳遞)。


 

熱管是依靠自身內部工作液體相變來實現傳熱的傳熱元件,具有超常的熱活性和熱敏感性,遇熱而吸,遇冷而放。

特點:


  超強的導熱性:導熱速度快、強度大、效率高,導熱速度可達到音速。


  良好的等溫性:良好的等溫性使熱管在很小的溫差下,傳遞很大的熱通量,傳熱阻力小。

  熱流密度可變性:熱管可以獨立改變蒸發段或冷卻段的加熱面積,即以較小的加熱面積輸入熱量,而以較大的冷卻面積輸出熱量,或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量,而以較小的冷卻面積輸出熱量。

  安全可靠性:不存在管內超壓,不怕干燒。液體工質汽化后,熱管的內壓不隨溫度的變化而變化。

  環境的適應性:不受環境的限制,熱管可根據環境的需要而單獨設計。

  應用領域廣:超導熱管形狀具有更大的靈活性,更廣泛的應用領域,能適應各種惡劣的工作環境。

 

熱管余熱回收裝置工作原理:


熱管是余熱回收裝置的主要熱傳導元件,與普通的熱交換器有著本質的不同。熱管余熱回收裝置的換熱效率可達98%以上,這是普通熱交換器無法比擬的。
熱管余熱回收裝置體積小,只是普通熱交換器的1/3。其工作原理如下圖所示:左邊為煙氣通道,右邊為清潔空氣(水或其它介質)通道,中間有隔板分開互不干擾。高溫煙氣由左邊通道排放,排放時高溫煙氣沖刷熱管,當煙氣溫度>30℃時,熱管被激活便自動將熱量傳導至右邊,這時熱管左邊吸熱,高溫煙氣流經熱管后溫度下降,熱量被熱管吸收并傳導至右邊。常溫清潔空氣(水或其它介質)在鼓風機作用下,沿右邊通道反方向流動沖刷熱管,這時熱管右邊放熱,將清潔空氣(水或其它介質)加熱,空氣流經熱管后溫度升高。


熱管余熱回收裝置的性能特點:


  安全可靠性高:常規的換熱設備一般都是間壁換熱,冷熱流體分別在器壁的兩側流過,如管壁或器壁有泄露,則將造成停產損失。熱管余熱回收器則是二次間壁換熱,即熱流要通過熱管的蒸發段管壁和冷凝段管壁才能傳到泠流體。

  熱管余熱回收器傳熱效率高,節能效果顯著。

  熱管余熱回收器具有良好的防腐蝕能力熱管管壁的溫度可以調節,可以通過適當的熱流變換把熱管管壁溫度調整在低溫流體的露點之上,從而可防止露點腐蝕,保證設備的長期運行。由于避開煙氣露點,使灰塵不易粘結于肋片和管壁上。同時熱管在導熱時會產生自振動,使灰不易粘附在管壁和翅片上,因而不會堵灰。

  安裝及結構布置靈活:熱管余熱回收器的安裝無需改變原工藝系統,結構設計和位置布置非常靈活,可適應各種復雜的場合。


  使用壽命長:使用壽命在10年以上,單根熱管可拆卸更換,維護簡單成本低。

  投資回收期短:一般在六個月至一年就可回收全部投資。

熱管余熱回收器在工業余熱回收中的應用:

余熱是在一定經濟技術條件下,在能源利用設備中沒有被利用的能源,也就是多余、廢棄的能源。它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質余熱、廢汽廢水余熱、高溫產品和爐渣余熱、化學反應余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。根據調查,各行業的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%-60%,可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。

余熱回收及余熱發電應用領域:

  在化工及石油化工工業中的應用:
小合成氨上、下行煤氣余熱回收、中合成氨上、下行煤氣余熱回收、合成氨吹風氣燃燒的余熱回收、合成氨一段轉化爐煙氣余熱回收、30萬噸/年合成氨二段轉化爐余熱回收。

  在硫酸工業中的應用:
在硫酸生產沸騰焙燒爐沸騰層內的余熱回收;一個年產10萬噸硫酸的工廠可回收5.5萬噸蒸汽;
從沸騰中出來的SO2高溫爐氣中回收余熱;一個年產10萬噸硫酸的工廠可回收10.5萬噸蒸汽,可發電價值約600萬元;

  在鹽酸、硝酸爐的應用:基本同上

  在石油化工中的應用:
烴類熱解爐中的余熱回收;(工作溫度約750-900℃)乙苯脫氫反應器中的余熱回收;環已醇脫氫化學反應器中的余熱回收;催化、裂化再生取熱器中的余熱回收;其它各種加熱爐中的余熱回收;

  在建材工業中的應用:
在高嶺土噴霧干燥熱風爐中的余熱回收;玻璃窯爐中的余熱回收;水泥窯爐中的余熱回收;各種陶瓷倒燃爐及遂道窯中的余熱回收;

  在冶金工業中的應用:
扎鋼連續加熱爐和均熱爐中的余熱回收; 坯件加熱爐中的余熱回收;線材退火爐中的余熱回收;燒結機中的余熱回收;以一臺180M2的燒結機為例,可回收蒸汽量達10-22噸/每小時;

余熱的回收利用途徑很多:

 一般說來,綜合利用余熱最好;其次是直接利用;第三是間接利用(產生蒸汽用來發電)。
余熱蒸汽的合理利用順序是:動力供熱聯合使用;發電供熱聯合使用;生產工藝使用;生活使用;冷凝發電用。

 余熱熱水的合理利用順序是:供生產工藝常年使用;返回鍋爐及發電使用;生活用。

 余熱空氣的合理利用順序是:生產用;暖通空調用;動力用;發電用。

余熱回收技術及回收方式:

分離式熱管余熱回收技術;整體式熱管余熱回收技術;余熱回收方式:余熱回收的設計及方式的不同,可帶來完全不同的結果,即回收的余熱數量或蒸汽量完全不一樣。

上圖為熱管在解決青藏鐵路凍土問題中的應用。這種熱管長7米,是一種碳素無縫鋼管,5米埋入地下,地面露出2米。里面灌裝有液態氨,通過液態氨,將地下凍土層的“冷氣”帶到地表土層,讓它保持冷凍狀態不松軟;通過露出地面管徑外表的“翅片”,把蘊含在地表土層中的熱量散發到空氣中。一根長長的管子,就像是一個個自動傳導冷熱溫度的“空調器”,讓路基永遠保持冷凍狀態。

 

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