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热管应用领域及结构特点
 


    近几年来,随着高温热管技术研究的不断成熟和深入,高温热管换热器的应用领域逐渐扩大,目前已广泛应用于工业、民用和国防等各个领域。在冶金、化学、陶瓷、建材及轻工等工业生产中,常需要500℃以上的清洁空气以满足助燃、干燥和供氧等需要,采用高温热管空气加热器可以轻易地达到这一要求,并且从根本上解决常规空气加热器所无法解决的传热难题。本文通过高温热管换热器成功应用实例,阐述了高温热管换热器广阔的应用前景以及对工业生产和节能技术的发展所产生重大的影响,同时简要分析了高温热管换热器目前存在的问题,提出几点建议供设计者参考。

    1 结构特点

    高温热管换热器是由管内充有不同工质的热管组成的组合式热管换热器,主要由热管、隔板和壳体3部分组成。冷、热流体通道之间用隔板绝对隔开,热管作为传热元件实现冷、热流体间的热量传递。


    整个换热器又分为高温热管区和中温热管区和低温热管区。在低温区,工作温度限制在250℃以下,采用水(经化学处理后的)作为热管工质较理想;在中温区,工作温度限制在250~400℃范围内,采用萘作为热管工质,萘热管在400℃左右具有可靠的热稳定性和良好的传热性,且与碳钢有良好的相容性和安全性,预计有很长的使用寿命[3~5];在高温区,工作温度在600℃以上常采用液态金属热管,液态金属有良好的热稳定性和较低的饱和蒸气压,如钠在800℃时饱和蒸气压仅为0.047MPa,因此在高温条件下液态金属热管的壳体几乎不承受内压,而且常用的几种液态金属在高温下均具有较高的汽化潜热,如800℃时钠的汽化潜热为3977kJ/kg,因而高温热管能够传递很高的热量。

    2 应用实例 

    2.1 喷雾干燥中的应用 

    2.1.1 十二醇硫酸钠喷雾干燥

    十二醇硫酸钠是优良的阴离子表面活性剂,它是一种热敏感性多泡性物质,其干燥所需的高温热源(450~500℃)一般采用煤气直接燃烧产生的烟气。对于没有煤气或煤气价高的地方,热源成为一大难题,若使用液化气、轻柴油等其他热源,均会对十二醇硫酸钠产生污染而影响色泽。一般的板式、列管式和板翅式换热器所能提供的热源温度在400℃以下,且热效率低,而热管的各种特性适于解决这一难题。如图2所示,由煤燃烧炉产生的高温烟气(950~850℃)直接进入高温热管换热器的吸热段(热管的蒸发段)逐步经过高温热管区、中温热管区和低温热管区降至200℃以下排入烟囱。空气由常温20℃进入热管换热器的放热段,通过热管与烟气的逆流换热被加热至470~500℃去喷雾塔,干燥十二醇硫酸钠。


    2.1.2 高岭土喷雾

    干燥高岭土是化工、造纸和建材中一种重要的添加剂,其浓度高达63%~66%,料浆粘度为500~1200mPa?s。如此高浓度和粘度的料浆,喷雾干燥具有一定难度,其关键是要有温度达到500℃的热风,由于对高岭土的白度有较高的要求,因而在干燥过程中应该力求避免污染物混入料粉中。以燃烧烟道气为热源的高温热管式空气加热器可满足这种要求。如图3所示,常温空气由鼓风机自热管换热器的底部进入热管换热器低温段,经中温段及高温段加热达500℃后排出,进入喷雾塔作为干燥热风。自煤燃烧炉出口的烟气温度达900~1100℃,由换热器顶部向下流动与冷侧空气形成逆流换热,温度降到200℃以下由引风机排入烟囱。


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