熱管技術在工業(yè)余熱回收中的應用
一、我國余熱資源的現(xiàn)狀
余熱是指能利用而未被利用的熱能，余熱回收就是將浪費的熱能回收利用，提高能源利用率，降低生產(chǎn)成本，保護環(huán)境。
它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)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(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%～67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。
二、熱管簡介：
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(wèi)星軌道并運行成功，熱管理論一經(jīng)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(fā)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(fā)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(fā)生器、熱管熱風爐等各類熱管產(chǎn)品，使得熱管在建材工業(yè)、冶金工業(yè)、化工及石油化工、動力工程、紡織工業(yè)、玻璃工業(yè)、電子電器工程等領域內(nèi)得到廣泛的應用。
三、熱管的工作原理及特點
1、工作原理
熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內(nèi)抽成1.3×（10-1～10-4）Pa的負壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段（加熱段），另一端為冷凝段（冷卻段），根據(jù)應用需要在兩段中間可布置絕熱段。（參見下工作原理圖）
熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)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。
2、基本特性
2.1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。
2.2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。
2.3熱流密度可變性：熱管可以獨立改變蒸發(fā)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。
2.4安全可靠性：不存在管內(nèi)超壓，不怕干燒。液體工質(zhì)汽化后，熱管的內(nèi)壓不隨溫度的變化而變化。
2.5環(huán)境的適應性：不受環(huán)境的限制，熱管可根據(jù)環(huán)境的需要而單獨設計。
2.6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(huán)境。
四、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(zhì)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：
下面為煙氣通道，上面為清潔空氣（水或其它介質(zhì)）通道，中間有隔板分開互不干擾。高溫煙氣由下面通道排放，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上面，這時熱管下端吸熱，高溫煙氣流經(jīng)熱管后溫度下降，熱量被熱管吸收并傳導至上端。常溫清潔空氣（水或其它介質(zhì)）在鼓風機作用下，沿上面通道反方向流動沖刷熱管，這時熱管上端放熱，將清潔空氣（水或其它介質(zhì)）加熱，空氣流經(jīng)熱管后溫度升高。
五、熱管余熱回收裝置的性能特點:
1、安全可靠性高：
常規(guī)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(cè)流過，如管壁或器壁有泄露，則將造成停產(chǎn)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(fā)段管壁和冷凝段管壁才能傳到泠流體。
2、熱管余熱回收器傳熱效率高，節(jié)能效果顯著。
3、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(diào)節(jié)，可以通過適當?shù)臒崃髯儞Q把熱管管壁溫度調(diào)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(jié)于肋片和管壁上。同時熱管在導熱時會產(chǎn)生自振動，使灰不易粘附在管壁和翅片上，因而不會堵灰。
4、安裝及結(jié)構(gòu)布置靈活:
熱管余熱回收器的安裝無需改變原工藝系統(tǒng),結(jié)構(gòu)設計和位置布置非常靈活,可適應各種復雜的場合。
5、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。
6、投資回收期短：
一般在六個月至一年就可回收全部投資。
六、余熱回收及余熱發(fā)電應用領域：
1、在化工及石油化工工業(yè)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(zhuǎn)化爐煙氣余熱回收、30萬噸/年合成氨二段轉(zhuǎn)化爐余熱回收。
2、在硫酸工業(yè)中的應用：
2.1在硫酸生產(chǎn)沸騰焙燒爐沸騰層內(nèi)的余熱回收；一個年產(chǎn)10萬噸硫酸的工廠可回收5.5萬噸蒸汽；
2.2從沸騰中出來的SO2高溫爐氣中回收余熱；一個年產(chǎn)10萬噸硫酸的工廠可回收10.5萬噸蒸汽，可發(fā)電價值約600萬元；
3、在鹽酸、硝酸爐的應用：基本同上
4、在石油化工中的應用：
4.1烴類熱解爐中的余熱回收；
4.2乙苯脫氫反應器中的余熱回收；
4.3環(huán)已醇脫氫化學反應器中的余熱回收；
4.4催化、裂化再生取熱器中的余熱回收；
4.5其它各種加熱爐中的余熱回收；..
5、在建材工業(yè)中的應用：
5.1在高嶺土噴霧干燥熱風爐中的余熱回收；
5.2玻璃窯爐中的余熱回收；
5.3水泥窯爐中的余熱回收；
5.4各種陶瓷倒燃爐及遂道窯中的余熱回收；
6、在冶金工業(yè)中的應用：
6.1軋鋼連續(xù)加熱爐和均熱爐中的余熱回收；
6.2坯件加熱爐中的余熱回收；
6.3線材退火爐中的余熱回收；
6.4燒結(jié)機中的余熱回收；以一臺180M2的燒結(jié)機為例，可回收蒸汽量達10-22T/h；
七、余熱的回收利用途徑很多：
1、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(chǎn)生蒸汽用來發(fā)電）。
2、余熱蒸汽的合理利用順序是：動力供熱聯(lián)合使用；發(fā)電供熱聯(lián)合使用；生產(chǎn)工藝使用；生活使用；冷凝發(fā)電用。
3、余熱熱水的合理利用順序是：供生產(chǎn)工藝常年使用；返回鍋爐及發(fā)電使用；生活用。
4、余熱空氣的合理利用順序是：生產(chǎn)用；暖通空調(diào)用；動力用；發(fā)電用。
八、余熱回收技術及回收方式：
1、分離式熱管余熱回收技術；
2、整體式熱管余熱回收技術；
3、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(jié)果，即回收的余熱數(shù)量或蒸汽量完全不一樣。
