热管的讲义
侯典峰
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该讲义是我上海蕲黄的前总经理侯典峰先生于10年前为他的前东家东方能源编写的培训讲义,很遗憾,我没有在他的前东家呆过,因此没有聆听他的讲课,由于偶然的机会,在他的电脑上拷贝了该讲义的原文。侯典峰先生是热管行业没有头衔的专家,他对热管的理解不是一般的教授和博导所能相比的,在和侯典峰先生共事的三个月时间内,让我明白了一个道理,真正的专家是开放的和谦虚的,侯典峰先生曾经说过一句话:保密,要么是没有,要么就是不知道。虽然我们分开了十年多,但是在我心中,侯典峰先生始终都是我的总经理,另外,在侯典峰先生的指导下,我完成了我人生中的第一个软件《热管空气预热器热力性能计算》,点击 这里可以查看该软件的说明,同时还完成了《热管技术及工程应用》培训PPT的讲义,点击这里可以查阅该PPT讲义,借此机会,向侯典峰先生致以崇高的敬意和衷心的感谢,同时祝他在以后的生活和工作中一帆风顺,事事顺心,家庭幸福。(注,侯典峰先生的资料不需要授权,因为我们一直都是我们。

一、热管的起源

热管理论最早是1944年由美国通用汽车公司提出来的,到1963年,美国加州大学(Los Alamos Lab.)的格鲁佛氏(Grover)再次提出,美国国家实验室才正式对热管理论进行研究实验,并正式将这一传热元件命名为“热管”。

二、热管的发展

自1967年第一根不锈钢—水热管被送入人造卫星轨道并运行成功,热管才引起了人们高度重视, 世界很多国家开始了对热管的研究应用,其中以美国和日本最为火热。

我国在这方面的研究起始于上世纪70年代,当时主要侧重的方向为电子器件冷却和空间飞行器上的应用。因为我国是一个发展中国家,能源综合利用水平比较低,所以在80年代,我国的热管研究和开发重点转向节能和能源的合理利用,相继开发了热管气—气换热器、热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生器等各类热管产品。但是由于我国的社会经济体制比较特殊,人们的能源意识较低,所以热管在我国发展比较缓慢,直到90年代后期,随着世界性的能源危机和我国人民综合素质的提高,热管和相关产品的研究制作才在我国大量兴起,由于碳钢—水重力热管的结构简单、价格低廉、制造方便、易于推广,使得此类热管得到了广泛的应用。

三、热管的原理

典型的重力热管如图所示,在密闭的管内先抽成真空,在此状态下充入适量工质,在热管的下端加热,工质吸收热量汽化为蒸汽,在微小的压差下,上升到热管上端,并向外界放出热量,凝结为液体。冷凝液在重力的作用下,沿热管内壁返回到受热段,并再次受热汽化,如此循环往复,连续不断的将热量由一端传向另一端。由于是相变传热,因此热管内热阻很小,热管的高导热能力与银、铜、铝等金属相比,单位重量的热管可多传递几个数量级的热量,所以能以较小的温差获得较大的传热率,且结构简单,特别是由于热管的特有机理,使冷热流体间的热交换均在管外进行,这就可以方便地进行强化传热。此外,由于热管内部一般抽成真空,工质极易沸腾与蒸发,热管启动非常迅速。

四、热管的分类

热管的分类方法很多,一般按管内工作温度可分为:低温热管(-273—0度),常温热管(0—250度),中温热管(250—450度),高温热管(450-1200度)。

五、热管的应用

低温热管多采用氟利昂,液氮等作为传热介质,一般用在地热资源的开发利用上,如:青藏铁路解决冻土层,东北地区路面解决春季翻浆,高速路和机场的地温融雪,北方地区鱼塘蔬菜大棚的地温利用等等(每一分项做简单的解释)。

常温热管多采用蒸馏水,丙酮,酒精等作为工作介质,管壳材料多采用普通碳钢,所以又叫钢水热管,这类热管制作成本较低,制作工艺相对简单,用途十分广阔,下面我们就这一类热管及相关产品的日常应用做比较详细的描述:

  1. 锅炉方面的应用: (每一分项做详细的解释)

    烟气余热回收加热锅炉补给水,蒸汽余热锅炉,空气预热器,冷灰器,交换器。

  2. 化工方面的应用: (每一分项做详细的解释)

    煤炭化工:焦化厂的荒煤气冷却及余热回收,大型煤气发生设备的煤气预冷却

    油料化工:浸出油的预冷却,系统冷却水的冷却和余热回收

    石油化工:原油储存和输送过程的加热,成品油的冷却

    肥料化工:复合肥制造热风炉,小氮肥生产环节的热交换和热回收,尿素造粒塔的冷却。

    日用化工:高质量的反应釜 (重点介绍), 尾气的冷却净化

    其他化工:回转窑的余热回收,水泥窑,石灰窑的余热回收。

  3. 建材方面的应用: (每一分项做详细的解释)
    余热养护,烘漆房,压合板企业的工艺废热回收。
  4. 热管太阳能:
    1. 管内不走水,冬天照常运转
    2. 热效率高,大概是普通太阳能的1-1.5倍
    3. 等同面积和成本的太阳能,加热速度提高一倍
    4. 管内不走水,单根管出问题,太阳能可照常使用
    5. 管内没有水,减小了散热面积,有利于热水保温
  5. 民用取暖:超导热暖气片
    1. 暖气片内不充水,减少水资源的浪费
    2. 传热和散热迅速,适合于学校工厂,机关单位等场合使用
    3. 很容易做到人来供暖,人走停供,很大程度上节约了能源

中温热管一般以奈,过氧化氢等做为工作介质,主要用于温度一般较高场所的余热利用回收:玻璃窑炉,炼钢和热处理,煅烧焚烧等。

高温热管一般以钠,钾等液态金属做为工作介质,要求管壳材料比较特殊,制作成本很高,制作工艺非常严格,在这里不做过多描述。