六、熱管換熱器

（一）、熱管概述

　　熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱組件，它通過在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度等一系列優(yōu)點。缺點是抗氧化、耐高溫性能較差。此缺點可以通過在前部安裝一套陶瓷換熱器來予以解決，陶瓷換熱器較好地解決了耐高溫、耐腐蝕的難題。

　　由熱管組成的熱管換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻損小、有利于控制露點腐蝕等優(yōu)點。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機(jī)械等行業(yè)中，作為廢熱回收和工藝過程中熱能利用的節(jié)能設(shè)備，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）、熱管換熱器的分類

　　按照熱流體和冷流體的狀態(tài)，熱管換熱器可分為：氣—氣式、氣-汽式、氣—液式、液—液式、液—氣式。按照熱管換熱器的結(jié)構(gòu)形式可分為：整體式、分離式和組合式。

（三）、熱管換熱器主要特點

　　1、熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開，在運(yùn)行過程中單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發(fā)生破壞時基本不影響換熱器運(yùn)行。熱管換熱器用于易然、易爆、腐蝕性強(qiáng)的流體換熱場合具有很高的可靠性。

　　2、熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動，可以比較容易的實現(xiàn)冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外流動，由于管外流動的換熱系數(shù)遠(yuǎn)高于管內(nèi)流動的換熱系數(shù)，用于品位較低的熱能回收場合非常經(jīng)濟(jì)。

　　3、對于含塵量較高的流體，熱管換熱器可以通過結(jié)構(gòu)的變化、擴(kuò)展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問題。

　　4、熱管換熱器用于帶有腐蝕性的煙氣余熱回收時，可以通過調(diào)整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積來調(diào)整熱管管壁溫度，使熱管盡可能避開大的腐蝕區(qū)域。

七、過熱器（superheater，SH）

定義：將飽和溫度或高于飽和溫度的蒸汽加熱到規(guī)定過熱溫度的受熱面。

　　過熱器(superheater)是鍋爐中將一定壓力下的飽和水蒸氣加熱成相應(yīng)壓力下的過熱水蒸氣的受熱面。

（一）、簡介：

　　鍋爐中將蒸汽從飽和溫度進(jìn)一步加熱至過熱溫度的部件，又稱蒸汽過熱器。大部分工業(yè)鍋爐不裝設(shè)過熱器，因為許多工業(yè)生產(chǎn)流程和生活設(shè)施只需要飽和蒸汽。在電站、機(jī)車和船用鍋爐中，為了提高整個蒸汽動力裝置的循環(huán)熱效率，一般都裝有過熱器。

　　采用過熱蒸汽可以減少汽輪機(jī)排汽中的含水率。過熱蒸汽溫度的高低取決于鍋爐的壓力、蒸發(fā)量、鋼材的耐高溫性能以及燃料與鋼材的比價等因素，對電站鍋爐來說,4兆帕的鍋爐一般為450℃左右;10兆帕以上的鍋爐為540～570℃。少數(shù)電站鍋爐也有采用更高過熱汽溫的(甚至可達(dá)650℃)。

（二）、類型和特點：

　　過熱器按傳熱方式可分為對流式、輻射式和半輻射式; 按結(jié)構(gòu)特點可分為蛇形管式、 屏式、墻式和包墻式。它們都由若干根并聯(lián)管子和進(jìn)出口集箱組成。管子的外徑一般為30～60毫米。

　　對流式過熱器為常用，采用蛇形管式。它具有比較密集的管組，布置在 450～1000℃煙氣溫度的煙道中，受煙氣的橫向和縱向沖刷。煙氣主要以對流的方式將熱量傳遞給管子，也有一部分輻射吸熱量。屏式過熱器由多片管屏組成，布置在爐膛內(nèi)上部或出口處，屬于輻射或半輻射式過熱器。前者吸收爐膛火焰的輻射熱，后者還吸收一部分對流熱量。在10兆帕以上的電站鍋爐中，一般都兼用屏式和蛇形管式兩種過熱器，以增加吸熱量。

　　敷在爐膛內(nèi)壁上的墻式過熱器為輻射式過熱器，較少采用。包墻式過熱器用在大容量的電站鍋爐中構(gòu)成爐頂和對流煙道的壁面，外面敷以絕熱材料組成輕型爐墻。圖為幾種過熱器的布置。裝有過熱器的小容量工業(yè)鍋爐一般只用單級管組的對流式過熱器即能滿足要求。

（三）、性能：

　　鍋爐運(yùn)行工況的變化，例如負(fù)荷高低、燃料變化、燃燒工況變動等,都對過熱器出口汽溫有影響,所以在電站鍋爐中都有調(diào)節(jié)鍋爐出口汽溫使其穩(wěn)定在規(guī)定值的手段。

常用手段有：

　　①用噴水式或表面式減溫器直接調(diào)節(jié)汽溫;

　　②用擺動燃燒器改變爐膛出口煙氣溫度;

　　③用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)過熱器吸熱量(見鍋爐汽溫調(diào)節(jié))。

　　鍋爐負(fù)荷升高時，對流式過熱器的進(jìn)出口蒸汽溫度升高值增大，輻射式過熱器的溫度升高值減小。若將對流式、輻射式和半輻射式過熱器合理組合配置，則可在負(fù)荷、燃燒工況等變化時使出口汽溫變化較小。過熱器管組中各并聯(lián)管子的吸熱量和蒸汽流量在運(yùn)行中都會有差別。為避免個別管子中溫度過高，在大型鍋爐中把過熱器分成若干管組，用爐外的集箱對各管組蒸汽進(jìn)行混合并用導(dǎo)汽管使各管組換位，以避免各管間出現(xiàn)過大的溫度差。

（四）、材料：

　　過熱器管壁金屬在鍋爐受壓部件中承受的溫度高，因此必須采用耐高溫的優(yōu)質(zhì)低碳鋼和各種鉻鉬合金鋼等，在高的溫度部分有時還要用奧氏體鉻鎳不銹鋼。

　　鍋爐運(yùn)行中如果管子承受的溫度超過材料的持久強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度或表面氧化所容許的溫度限值，則會發(fā)生管子爆裂等事故。

八、空氣交換器（air preheater）

定義：利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱燃料燃燒所需空氣以提高鍋爐效率的熱交換設(shè)備。

　　空氣預(yù)熱器就是鍋爐尾部煙道中的煙氣通過內(nèi)部的散熱片將進(jìn)入鍋爐前的空氣預(yù)熱到一定溫度的受熱面。用于提高鍋爐的熱交換性能，降低能量消耗。

　　一般簡稱為空預(yù)器。多用于燃煤鍋爐。在鍋爐中的應(yīng)用一般為三分倉式。

　　使用時空預(yù)器緩慢旋轉(zhuǎn)，煙氣入口和空氣入口不變。煙氣進(jìn)入空預(yù)器的煙氣側(cè)后排出，吸收了煙氣熱量的散熱片在空預(yù)器的旋轉(zhuǎn)下來到空氣側(cè)，將熱量傳遞給空氣。

（一）、附帶系統(tǒng)：主要有火災(zāi)報警（熱點探測）、間隙調(diào)整、變頻控制。

影響空氣預(yù)熱器性能的關(guān)鍵問題是：振動噪聲漏風(fēng)、腐蝕和堵灰。在設(shè)計管式空氣預(yù)熱器時，應(yīng)合理地選用空氣流速和管箱尺寸，或者沿氣流方向加裝防振隔板，以防止引起空腔共振。

　　防振隔板還有消除噪聲的作用。回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)是一個重要問題，應(yīng)從設(shè)計、制造、安裝和運(yùn)行等方面采取措施，使其在熱狀態(tài)下動靜組件之間保持合理的密封間隙。燃用高硫燃料時，管式和回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器均易產(chǎn)生腐蝕和堵灰。

防止的措施有：在空氣進(jìn)口處加裝暖風(fēng)器或采用熱風(fēng)再循環(huán);采用低氧燃燒或摻燒添加劑,以減少煙氣中SO2 氣體的生成量;定期吹灰，以保持受熱面清潔;受熱面采用耐腐蝕的材料等。

（二）、空氣預(yù)熱器的分類

　　按空氣預(yù)熱器的傳熱方式可將空氣預(yù)熱器分為導(dǎo)熱式和再生式兩大類。在導(dǎo)熱式空氣預(yù)器中常用的是管式空氣預(yù)熱器。隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的增加，管式空氣預(yù)熱器的受熱面也增大，這給尾部受熱面的布置帶來了困難。因此，在大容量機(jī)組中多數(shù)采用結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量較輕的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

九、水冷壁（water cooled wall）

定義：敷設(shè)在鍋爐爐膛四周，由多根并聯(lián)管組成的水冷包殼。主要吸收爐膛中高溫燃燒產(chǎn)物的輻射熱量，工質(zhì)在其中做上升運(yùn)動，受熱蒸發(fā)。

（一）、簡介：

　　水冷壁是鍋爐的主要受熱部分，它由數(shù)排鋼管組成，分布于鍋爐爐膛的四周。它的內(nèi)部 為流動的水或蒸汽，外界接受鍋爐爐膛的火焰的熱量。

　　水冷壁初設(shè)計時，目的并不是受熱，而是為了冷卻爐膛使之不受高溫破壞。後來，由于其良好的熱交換功能，逐漸取代汽包成為鍋爐主要受熱部分。

　　敷設(shè)在鍋爐爐膛內(nèi)壁、由許多并聯(lián)管子組成的蒸發(fā)受熱面。水冷壁的作用是吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量,在管內(nèi)產(chǎn)生蒸汽或熱水，并降低爐墻溫度,保護(hù)爐墻。在大容量鍋爐中，爐內(nèi)火焰溫度很高，熱輻射的強(qiáng)度很大。鍋爐中有40～50%甚至更多的熱量由水冷壁所吸收。除少數(shù)小容量鍋爐外，現(xiàn)代的水管鍋爐均以水冷壁作為鍋爐中主要的蒸發(fā)受熱面。

（二）、分類：

光管式水冷壁：由一般的鍋爐鋼管組成。管子排列越密對爐墻保護(hù)效果越好。爐墻廣泛采用輕質(zhì)耐火材料和保溫材料。這些材料可以砌成爐墻，也可敷設(shè)在水冷壁上成為敷管式爐墻以便于安裝。

膜式水冷壁：將鰭片管(或扁鋼與光管)相互焊接在一起組成的整塊管屏。它的優(yōu)點是氣密性好;管屏外側(cè)僅需敷以較薄的保溫材料，爐膛高溫?zé)煔馀c爐墻不直接接觸，有利于防止結(jié)渣;管屏可在制造廠成片預(yù)制，便于工地安裝。

（三）、材質(zhì)：

　　水冷壁材料一般用碳素鋼。鍋爐壓力在14兆帕以上時也有部分用合金鋼的。管子外徑：自然循環(huán)鍋爐一般用51～83毫米;多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐一般用22～60毫米。直流鍋爐的水冷壁不像自然循環(huán)鍋爐那樣一定是直立式的，也可以是水平圍繞或其他形式的。

　　參數(shù)高時，尤其在直流鍋爐中，為了在爐膛高熱負(fù)荷區(qū)防止傳熱惡化,常采用內(nèi)螺紋管或在管內(nèi)裝設(shè)擾流子

十、熱交換器（heat exchanger）

定義1：能在一定結(jié)構(gòu)和一定工況下進(jìn)行熱量交換的設(shè)備。

所屬學(xué)科：船舶工程(一級學(xué)科);船舶機(jī)械(二級學(xué)科)

定義2：能使具有溫差的兩種流體交換熱量的裝置。

所屬學(xué)科：電力(一級學(xué)科);通論(二級學(xué)科)

　　又稱換熱器和換熱設(shè)備。使兩種流體間進(jìn)行熱量交換而實現(xiàn)加熱或冷卻等目的的設(shè)備。

　　一般是用固體間壁(傳熱面)將不同溫度的流體隔開。也有的使兩種流體在器內(nèi)直接接觸而進(jìn)行熱量交換。

　　根據(jù)作用原理可分為間壁式換熱器、蓄熱式換熱器和混合式換熱器。

　　根據(jù)使用目的可分為冷卻器、加熱器、冷凝器和汽化器。

　　根據(jù)結(jié)構(gòu)材料可分為金屬材料換熱器和非金屬材料換熱器。

　　根據(jù)傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)可分為管式換熱器和板式換熱器。

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