熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用

文/吳克強(qiáng)

一、熱管技術(shù)介紹

熱管技術(shù)自國(guó)外引進(jìn)以來應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，人們對(duì)熱管技術(shù)的認(rèn)可越來越高，從一開始的應(yīng)用于航天、軍工等行業(yè)，到現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于熱力工程等項(xiàng)目，可見，熱管技術(shù)的潛能正在不斷被開發(fā)出來，了解熱管技術(shù)，首先要了解什么是熱管及其工作原理。

(一）熱管的基礎(chǔ)構(gòu)造

熱管的基礎(chǔ)構(gòu)造是由工作液體、管芯和管殼組成，其中，工作液體又分為氣態(tài)和液態(tài)兩種類型，是熱管在工作時(shí)傳遞熱量的中間媒介，生活中經(jīng)常使用的工作液體為甲醇、水等液體，其中水的工作溫度在45-210℃之間[1]。第二個(gè)組成部分是管芯，它貼近管殼，由特殊的多孔材料制造而成。第三部分是管殼，它是熱管最外部的結(jié)構(gòu)，一般由堅(jiān)硬的材料制成，如不銹鋼、銅等，具有一定的抗壓性。

(二）熱管技術(shù)的使用原理

熱管在實(shí)際運(yùn)用過程中，可以分成三個(gè)階段，包含蒸發(fā)階段、絕熱階段、冷凝階段。首先，熱管在工作時(shí)第一個(gè)環(huán)節(jié)是蒸發(fā)階段，通過受熱使液體蒸發(fā)，蒸汽會(huì)把熱量帶走，流向冷凝階段，而在流向的過程中，熱管經(jīng)歷了絕熱階段，最終被冷凝，冷凝過后的熱氣會(huì)再次凝結(jié)成液體，從毛細(xì)多孔材料回到原始蒸發(fā)階段，由此形成了一個(gè)閉合的熱量循環(huán)過程。

二、熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用

(一）熱管技術(shù)在火力發(fā)電工程中的應(yīng)用

熱管技術(shù)誕生于1963年的美國(guó)，后經(jīng)不斷改造和發(fā)展，熱管技術(shù)逐漸應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活中來。我國(guó)起初把熱管技術(shù)應(yīng)用到航天、軍工產(chǎn)業(yè)，后續(xù)證明，熱管技術(shù)在熱能工程中有著不可替代的作用，因此，熱管技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于熱能工程中。

1.熱管技術(shù)在鍋爐中的應(yīng)用

空氣預(yù)熱器是鍋爐重要的組成部分，然而傳統(tǒng)鍋爐中的空氣預(yù)熱器經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)積灰、磨損、腐蝕漏風(fēng)等弊端，這在一定程度上影響了鍋爐工作的正常進(jìn)行，同時(shí)在維修成本上花費(fèi)較高，所以在安全和經(jīng)濟(jì)兩方面上都有弊端。然而，熱管技術(shù)的應(yīng)用則會(huì)大大改善這種現(xiàn)象，用熱管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的空氣預(yù)熱器可以有效控制鍋爐管壁的溫度，一旦超出水蒸氣露點(diǎn)和酸露點(diǎn)就能避免腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。熱管自身具備良好的漏風(fēng)控制度，所以在工作期間不易發(fā)生漏風(fēng)現(xiàn)象。同時(shí)，還可以通過設(shè)計(jì)煙速達(dá)到自吹灰的作用，從而避免堵灰。

2.熱管技術(shù)在余熱回收中的應(yīng)用

日常生產(chǎn)生活中對(duì)余熱的回收可以起到節(jié)約成本和能源、保護(hù)環(huán)境的作用。熱管技術(shù)除了在鍋爐中有廣泛應(yīng)用，其在余熱回收中也應(yīng)用頗廣，且效果顯著。如在紡織業(yè)中，熱管技術(shù)將余熱回收，同時(shí)把熱量傳遞到固定的裝置內(nèi)，從而使熱量進(jìn)行循環(huán)利用。在余熱回收中，熱管技術(shù)利用鮮風(fēng)遭受定型機(jī)負(fù)壓作用后進(jìn)入熱管的蒸發(fā)階段時(shí)，熱管開始吸取熱量，之前的鮮風(fēng)通過傳熱管的新風(fēng)段，流入至定型機(jī)烘箱的散熱器中[2]這一原理，通過把熱管裝置在余熱排口處，吸收廢棄余熱，從而節(jié)約了成本和資源。

(二）熱管技術(shù)在電廠中的應(yīng)用

1.熱管式冷油器

熱管技術(shù)的發(fā)展在電廠工程中也發(fā)揮著重要的作用。熱管式冷油器是電廠汽輪機(jī)運(yùn)行過程中的重要組成部分，其主要應(yīng)用于冷卻汽輪機(jī)透平油，保證汽輪機(jī)的軸瓦能夠在指定溫度中安全持續(xù)的運(yùn)行，保證汽輪機(jī)工作效率的有效性。熱管技術(shù)下應(yīng)用的冷油機(jī)能夠解決汽輪器中存在的一些閉塞性問題，例如油污染。采用熱管式冷油機(jī)，不僅提高了其冷卻的效率，還能夠有效的節(jié)約水源，促進(jìn)資源有效利用，并且更容易進(jìn)行檢修。雖然熱管式冷油器的價(jià)格較高，比列管式換熱器價(jià)格高，但是就發(fā)展角度、性價(jià)比來說，熱管式冷油器更勝一籌，應(yīng)用范圍更為廣闊。

熱管式冷油器主要使用溫度高的透平油，讓其從入口進(jìn)入至油室，利用熱管進(jìn)行加熱。熱管以其傳熱性特點(diǎn)把熱量帶走，使熱管處于冷卻階段。由于熱管的工作液體要憑借重力作用才能進(jìn)行回流工作，所以冷卻過后的水需要在上面，而傳統(tǒng)的列管式冷油器則不是這樣，存在一定的弊端。在這一環(huán)節(jié)中，管內(nèi)與外部換熱直接變成了熱管外部換熱，最終使油與水分離。在清理污垢上也要方便許多，只需清理熱管外表即可，大大減少了日常的維護(hù)量。

2.半開式自動(dòng)調(diào)節(jié)重力熱管

自動(dòng)調(diào)節(jié)重力熱管技術(shù)是通過鍋爐排煙過程中余熱集中采暖或者供冷，這在很大程度上降低了排煙的溫度，起到節(jié)能作用。

該熱管技術(shù)的工作原理是：在熱管蒸發(fā)階段吸收外部的熱量，促使部分的液體得到蒸發(fā)并沸騰，在蒸汽進(jìn)入到絕熱階段之后進(jìn)入冷凝階段，凝結(jié)之后的液體會(huì)進(jìn)入到熱井，然后再次回流進(jìn)入到熱管的蒸發(fā)階段，進(jìn)而進(jìn)行再次循環(huán)。為了有效保證熱管可以在高于大氣壓之下工作運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)專門的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，從而確保熱管的正常工作。主要方法是在蒸汽出口接上U形管，U形管的管口需要覆蓋上小孔和密封槽相連。工作進(jìn)行時(shí)，密封處與U形管所產(chǎn)生的液柱差就是熱管的表壓，壓力上升時(shí)，蒸汽經(jīng)過U形管進(jìn)入密封槽釋放出壓力，而壓力下降時(shí)，液柱隨著U形管開始上升，直至壓力均衡。當(dāng)U形管高度足夠時(shí)，能夠防止液體倒置進(jìn)入熱管中。為了保證熱管液位的穩(wěn)定性，在兩相流原理基礎(chǔ)上需要設(shè)計(jì)液位的自調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，從而使熱管與兩相流的傳感器構(gòu)成連通器，用此調(diào)節(jié)器促進(jìn)蒸汽的作用力去控制回流液體的面積，控制回流量。

三、結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們?cè)谙硎鼙憬萆畹耐瑫r(shí)也在經(jīng)歷了資源、能源浪費(fèi)嚴(yán)重、環(huán)境污染的階段，如何在不影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)滿足資源的可持續(xù)發(fā)展，新型技術(shù)開發(fā)迫在眉睫。熱管技術(shù)的出現(xiàn)剛好解決了這一問題，在運(yùn)用過程中，實(shí)現(xiàn)了熱能的循環(huán)利用，不僅僅降低了成本還節(jié)約了能源，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)的技術(shù)，熱管技術(shù)更加安全。通過討論熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用及發(fā)展，促使人們對(duì)熱管技術(shù)逐漸重視，為我國(guó)的熱能工程貢獻(xiàn)力量。

[1]羅毅，金良軍.熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用[J].工程技術(shù):引文版，2016(5):00140-00140.

[2]沈鐵軍.熱管技術(shù)及其在熱能工程中的主要應(yīng)用[J].中國(guó)科技投資，2016(27).