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熱管應用領域及結構特點 |
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近幾年來,隨著高溫熱管技術研究的不斷成熟和深入,高溫熱管換熱器的應用領域逐漸擴大,目前已廣泛應用于工業、民用和國防等各個領域。在冶金、化學、陶瓷、建材及輕工等工業生產中,常需要500℃以上的清潔空氣以滿足助燃、干燥和供氧等需要,采用高溫熱管空氣加熱器可以輕易地達到這一要求,并且從根本上解決常規空氣加熱器所無法解決的傳熱難題。本文通過高溫熱管換熱器成功應用實例,闡述了高溫熱管換熱器廣闊的應用前景以及對工業生產和節能技術的發展所產生重大的影響,同時簡要分析了高溫熱管換熱器目前存在的問題,提出幾點建議供設計者參考。
1 結構特點
高溫熱管換熱器是由管內充有不同工質的熱管組成的組合式熱管換熱器,主要由熱管、隔板和殼體3部分組成。冷、熱流體通道之間用隔板絕對隔開,熱管作為傳熱元件實現冷、熱流體間的熱量傳遞。
整個換熱器又分為高溫熱管區和中溫熱管區和低溫熱管區。在低溫區,工作溫度限制在250℃以下,采用水(經化學處理后的)作為熱管工質較理想;在中溫區,工作溫度限制在250～400℃范圍內,采用萘作為熱管工質,萘熱管在400℃左右具有可靠的熱穩定性和良好的傳熱性,且與碳鋼有良好的相容性和安全性,預計有很長的使用壽命[3～5];在高溫區,工作溫度在600℃以上常采用液態金屬熱管,液態金屬有良好的熱穩定性和較低的飽和蒸氣壓,如鈉在800℃時飽和蒸氣壓僅為0.047ＭＰａ,因此在高溫條件下液態金屬熱管的殼體幾乎不承受內壓,而且常用的幾種液態金屬在高溫下均具有較高的汽化潛熱,如800℃時鈉的汽化潛熱為3977ｋＪ/ｋｇ,因而高溫熱管能夠傳遞很高的熱量。
2 應用實例
2.1 噴霧干燥中的應用
2.1.1 十二醇硫酸鈉噴霧干燥
十二醇硫酸鈉是優良的陰離子表面活性劑,它是一種熱敏感性多泡性物質,其干燥所需的高溫熱源(450～500℃)一般采用煤氣直接燃燒產生的煙氣。對于沒有煤氣或煤氣價高的地方,熱源成為一大難題,若使用液化氣、輕柴油等其他熱源,均會對十二醇硫酸鈉產生污染而影響色澤。一般的板式、列管式和板翅式換熱器所能提供的熱源溫度在400℃以下,且熱效率低,而熱管的各種特性適于解決這一難題。如圖2所示,由煤燃燒爐產生的高溫煙氣(950～850℃)直接進入高溫熱管換熱器的吸熱段(熱管的蒸發段)逐步經過高溫熱管區、中溫熱管區和低溫熱管區降至200℃以下排入煙囪。空氣由常溫20℃進入熱管換熱器的放熱段,通過熱管與煙氣的逆流換熱被加熱至470～500℃去噴霧塔,干燥十二醇硫酸鈉。
2.1.2 高嶺土噴霧
干燥高嶺土是化工、造紙和建材中一種重要的添加劑,其濃度高達63%～66%,料漿粘度為500～1200ｍＰａ?ｓ。如此高濃度和粘度的料漿,噴霧干燥具有一定難度,其關鍵是要有溫度達到500℃的熱風,由于對高嶺土的白度有較高的要求,因而在干燥過程中應該力求避免污染物混入料粉中。以燃燒煙道氣為熱源的高溫熱管式空氣加熱器可滿足這種要求。如圖3所示,常溫空氣由鼓風機自熱管換熱器的底部進入熱管換熱器低溫段,經中溫段及高溫段加熱達500℃后排出,進入噴霧塔作為干燥熱風。自煤燃燒爐出口的煙氣溫度達900～1100℃,由換熱器頂部向下流動與冷側空氣形成逆流換熱,溫度降到200℃以下由引風機排入煙囪。
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