热管技术及其在热能工程中的应用

文章编号：1004-8774（2003）03-24-04

热管技术及其在热能工程中的应用

收稿日期：2002-09-09

何天荣

（湖南大学衡阳分校，湖南421101）

摘要：热管技术越来越得到人们的重视，热管的应用也日益广泛。然而，热管技术在热能动力工程上的应用还处于初期阶段。文章在介绍热管技术基本知识的基础上，介绍了热管技术在热能工程中的应用的几个方面及安全问题，用以推动热管技术的进一步发展。

关键词：热管技术；热能工程；应用与安全

中图分类号：Tk172.4 文献标识码：B

Heat Pipe Technology and its Application in Thermal Engineering

HE Tian-rong

Abstract：Heat pipe technoIogy is getting more and more regards，and its appIications are aIso extensive increasingIy. However，in thermaI power engineering，it is stiII being earIy stage.In this paper，after the basic knowIedge of heat pipe technoIogy is introduced，we anaIyze severaI kinds of appIication of heat pipe technoIogy in thermaI engineering and security probIem thereof，in order to impeI it to deveIop further.

Key words：Heat pipe technology；Thermal engineering；Application and security

1 前言

1964年热管诞生于美国的洛斯・阿拉莫斯（Los AIamos）科学实验室，1967年该实验室首次将一支实验用水热管送上了地球卫星轨道，1968年热管第一次用于测地卫星GEOS-!，用来控制仪器的温度。除空间技术外，热管相继为电子工业所采用，用来冷却电子管、半导体元件和集成电路板等电子元件，并应用于机械、电机部件的冷却。20世纪70年代热管应用于医用手术刀，随后应用的新领域是能源工程。国外用于余热回收和空调的热管换热器已部分商品化。并开展了热管技术在太阳能和地热利用方面的研究。1972年我国研制出第一根热管，它是以钠为工质的，接着研制了以氨、水、导热油为工质的热管。

热管除了在宇航、石化、电子、机械、轻纺工业及医学上的应用外，目前热管已逐渐应用于热能工程，并显示出它的强大优势。

2 热管的基本结构及原理

2.1 热管的基本结构

热管是由管壳、管芯（或称吸液管）和工作液体三部分组成，如图1所示。管壳是由碳钢、不锈钢、铜等金属材料制造的能承受一定压力的完全密闭的管状容器，内部空腔具有较高的原始真空度。管芯是紧贴管壁的由毛细多孔结构材料制成，它一般为金属丝网或烧结的金属粉末。工业用热管也有采用槽道吸液结构或丝网与槽道复合结构。工作液体是热管工作时传递热量的工作介质，一般有水、氨、甲醇、丙酮、R-21、R-113等，其中水的工作范围为45~210C。工作液在热管内呈气态和液态两种工作状态，它是在热管处于真空状态下被充入，并填满毛细材料中的微孔，然后予以密封的。

2.2 热管的工作原理

如图1所示，热管一端为蒸发段，中间一段为绝热段（即与外界无热交换），另一端为冷凝段。当蒸发段受热时，毛细材料中的液体蒸发产生蒸汽流向另一端冷凝段。冷凝端由于放热冷却使蒸汽又凝结成液体，液体再沿毛细多孔材料流回蒸发段，如此不断循环，将热量从一端传到另一端。从热管内部的工作过程来看，也对应分成三个工作段，即汽化段、输运段和放热凝结段。利用这种原理工作的热管称为毛细管式热管。

42工业锅炉2003年第2期（总第78期）

l-管壳2-管芯3、4-工作液体

图3 高温热管蒸汽发生器

是可观的。

实际运行表明，高温热管蒸汽发生器达到的某些性能指标，是其它类型的换热器所达不到的。可以预见，高温热管蒸汽发生器在小氮肥工业余热回收中将具有广阔的推广应用前景。

（4）实际应用中要解决的热管安全问题

在实际应用中，由于半水煤气含尘量相当高、飞灰颗粒度大、对热管的安全运行会造成积灰，增大流动阻力，产生腐蚀，飞灰对热管壁的撞击与冲刷引起严重的磨损。采取的措施有：

①翅片间距拉大、高度降低；

②热管与热气流呈75 倾角安装，顺列布置，减少积灰、撞击频率和冲刷磨损；

③控制半水煤气气流在热管管束中的流速为l0~l2m/S；

④在第一排热管前加装挡灰铁。

3.2 热管应用于煤粉锅炉空气预热器

空气预热器是燃用煤粉的水管锅炉的尾部受热

面，是锅炉的重要部件，运行中普遍存在积灰、磨损、低温腐蚀、漏风、风机负荷大等现象，严重影响锅炉的安全性和经济性。用热管作为传热元件组成的空气预热器，是利用毛细管式热管的工作原理。这种空预器其结构和管式空预器类似，由热管、隔板和壳体组成，大多呈矩形。中间隔板把热管管束分成两

图4 65~l30t/h

锅炉热管

图5 热管空气预热器结构示意图

热管空气预热器的优点有：

①热管元件超导传热，换热效率高；

②运行阻力较小，动力消耗少；

③一般无空气泄漏，能用吹灰装置吹灰；

④运行稳定可靠，周期较长；

⑤即使单根热管失效也不影响整体运行；

⑤烟气侧管壁温度较高，不易腐蚀；

①检修较少，运行l0年来从未因其造成全厂停车。

热管空气预热器尚存在的缺点有：

①运行中单根热管等温性能检查较复杂；

②热管空预器必须有较好的吹灰装置相配套，才能充分发挥其作用。

3.4 热管常压热水锅炉

热管常压热水锅炉采用的是重力式热管元件来传递热量，与一般锅炉的差别在于它不是由锅炉辐射和对流受热面直接将高温烟气的热量传递给载热

62工业锅炉2003年第2期（总第78期）