热管技术在热能工程中的应用

文/吴克强

一、热管技术介绍

热管技术自国外引进以来应用领域不断扩大，人们对热管技术的认可越来越高，从一开始的应用于航天、军工等行业，到现在广泛应用于热力工程等项目，可见，热管技术的潜能正在不断被开发出来，了解热管技术，首先要了解什么是热管及其工作原理。

(一）热管的基础构造

热管的基础构造是由工作液体、管芯和管壳组成，其中，工作液体又分为气态和液态两种类型，是热管在工作时传递热量的中间媒介，生活中经常使用的工作液体为甲醇、水等液体，其中水的工作温度在45-210℃之间[1]。第二个组成部分是管芯，它贴近管壳，由特殊的多孔材料制造而成。第三部分是管壳，它是热管最外部的结构，一般由坚硬的材料制成，如不锈钢、铜等，具有一定的抗压性。

(二）热管技术的使用原理

热管在实际运用过程中，可以分成三个阶段，包含蒸发阶段、绝热阶段、冷凝阶段。首先，热管在工作时第一个环节是蒸发阶段，通过受热使液体蒸发，蒸汽会把热量带走，流向冷凝阶段，而在流向的过程中，热管经历了绝热阶段，最终被冷凝，冷凝过后的热气会再次凝结成液体，从毛细多孔材料回到原始蒸发阶段，由此形成了一个闭合的热量循环过程。

二、热管技术在热能工程中的应用

(一）热管技术在火力发电工程中的应用

热管技术诞生于1963年的美国，后经不断改造和发展，热管技术逐渐应用到人们的生产生活中来。我国起初把热管技术应用到航天、军工产业，后续证明，热管技术在热能工程中有着不可替代的作用，因此，热管技术开始广泛应用于热能工程中。

1.热管技术在锅炉中的应用

空气预热器是锅炉重要的组成部分，然而传统锅炉中的空气预热器经常会出现积灰、磨损、腐蚀漏风等弊端，这在一定程度上影响了锅炉工作的正常进行，同时在维修成本上花费较高，所以在安全和经济两方面上都有弊端。然而，热管技术的应用则会大大改善这种现象，用热管代替传统的空气预热器可以有效控制锅炉管壁的温度，一旦超出水蒸气露点和酸露点就能避免腐蚀现象的产生。热管自身具备良好的漏风控制度，所以在工作期间不易发生漏风现象。同时，还可以通过设计烟速达到自吹灰的作用，从而避免堵灰。

2.热管技术在余热回收中的应用

日常生产生活中对余热的回收可以起到节约成本和能源、保护环境的作用。热管技术除了在锅炉中有广泛应用，其在余热回收中也应用颇广，且效果显著。如在纺织业中，热管技术将余热回收，同时把热量传递到固定的装置内，从而使热量进行循环利用。在余热回收中，热管技术利用鲜风遭受定型机负压作用后进入热管的蒸发阶段时，热管开始吸取热量，之前的鲜风通过传热管的新风段，流入至定型机烘箱的散热器中[2]这一原理，通过把热管装置在余热排口处，吸收废弃余热，从而节约了成本和资源。

(二）热管技术在电厂中的应用

1.热管式冷油器

热管技术的发展在电厂工程中也发挥着重要的作用。热管式冷油器是电厂汽轮机运行过程中的重要组成部分，其主要应用于冷却汽轮机透平油，保证汽轮机的轴瓦能够在指定温度中安全持续的运行，保证汽轮机工作效率的有效性。热管技术下应用的冷油机能够解决汽轮器中存在的一些闭塞性问题，例如油污染。采用热管式冷油机，不仅提高了其冷却的效率，还能够有效的节约水源，促进资源有效利用，并且更容易进行检修。虽然热管式冷油器的价格较高，比列管式换热器价格高，但是就发展角度、性价比来说，热管式冷油器更胜一筹，应用范围更为广阔。

热管式冷油器主要使用温度高的透平油，让其从入口进入至油室，利用热管进行加热。热管以其传热性特点把热量带走，使热管处于冷却阶段。由于热管的工作液体要凭借重力作用才能进行回流工作，所以冷却过后的水需要在上面，而传统的列管式冷油器则不是这样，存在一定的弊端。在这一环节中，管内与外部换热直接变成了热管外部换热，最终使油与水分离。在清理污垢上也要方便许多，只需清理热管外表即可，大大减少了日常的维护量。

2.半开式自动调节重力热管

自动调节重力热管技术是通过锅炉排烟过程中余热集中采暖或者供冷，这在很大程度上降低了排烟的温度，起到节能作用。

该热管技术的工作原理是：在热管蒸发阶段吸收外部的热量，促使部分的液体得到蒸发并沸腾，在蒸汽进入到绝热阶段之后进入冷凝阶段，凝结之后的液体会进入到热井，然后再次回流进入到热管的蒸发阶段，进而进行再次循环。为了有效保证热管可以在高于大气压之下工作运行，需要设计专门的稳压结构，从而确保热管的正常工作。主要方法是在蒸汽出口接上U形管，U形管的管口需要覆盖上小孔和密封槽相连。工作进行时，密封处与U形管所产生的液柱差就是热管的表压，压力上升时，蒸汽经过U形管进入密封槽释放出压力，而压力下降时，液柱随着U形管开始上升，直至压力均衡。当U形管高度足够时，能够防止液体倒置进入热管中。为了保证热管液位的稳定性，在两相流原理基础上需要设计液位的自调节结构，从而使热管与两相流的传感器构成连通器，用此调节器促进蒸汽的作用力去控制回流液体的面积，控制回流量。

三、结语

随着社会经济的高速发展，人们在享受便捷生活的同时也在经历了资源、能源浪费严重、环境污染的阶段，如何在不影响经济发展的同时满足资源的可持续发展，新型技术开发迫在眉睫。热管技术的出现刚好解决了这一问题，在运用过程中，实现了热能的循环利用，不仅仅降低了成本还节约了能源，保护环境，同时相对于传统的技术，热管技术更加安全。通过讨论热管技术在热能工程中的应用及发展，促使人们对热管技术逐渐重视，为我国的热能工程贡献力量。

[1]罗毅，金良军.热管技术在热能工程中的应用[J].工程技术:引文版，2016(5):00140-00140.

[2]沈铁军.热管技术及其在热能工程中的主要应用[J].中国科技投资，2016(27).