陈楚夫

（重庆大学动力工程学院能源动力系，重庆 400000)

探究热管式空气预热器的设计与应用

陈楚夫

（重庆大学动力工程学院能源动力系，重庆 400000)

热管是具有良好导热性能的传热元件，被称为热超导体。主要对热管式空气预热器的设计与应用进行研究，探讨其基本参数设计、结构设计、热管排布方式设计以及清灰处理等，并对热管式空气预热器在电力工业、化工工业等领域的应用进行介绍。

热管式；空气预热器；结构设计；工业应用

内插物对如空气预热器的流动阻力有直接影响，放置内插物可以增强换热器的换热，也可以防止污垢形成，相关研究逐渐受到重视。但是放置内插物也会增加流体在换热器管内的流动阻力，增加做功，降低内插物的换热效率。因此，在换热器中使用内插物的方式还有待改善。对热管式空预器的设计进行优化，提出另一种设计形式，以期提高热管式空预器的应用效果。

1 热管式空气预热器设计

1.1 基本参数设计

热管式空气预热器的换热器属于间壁式换热器，热管热流向冷流体传热的过程属于间壁传热过程，传热降温主要发生在两侧流体面，热管降温小，总热阻由对流传热热阻、管壁径向传热热阻、工质径向传热热阻等9种热阻组成，分别用R1～R9表示。其中，液界面的蒸发传热热阻、冷凝传热热阻以及蒸汽轴向的流动传热热阻自身较小，可以忽略不计，总热阻R总可以表示为其余六种热阻之合。总降温△T也可以表示为△T=T1+T2+T3+T4+T5+T6。由此可以得到传热公式Q=KS△T，其中，Q为总热流量，K为总传热系数。以此为基础，分别确定热管空气预热器的热流体、冷流体和热管基本参数[1]。

1.2 结构设计

在结构设计中，主要进行进口质量流速选择、分别确定热管加热段、冷凝段长度以及进口界面尺寸。其中，进口质量流速根据传热、压降和机会的要求进行设计，烟气侧迎面质量流速为G’h=3.0kg/（m2s），空气侧质量流速为G’L=2.05kg/（m2s）。热管加热段、冷凝段长度主要根据安装、阻力损失和出口温度等方面的要求进行设计。其中，加热段长度为1 180mm，翅片长度为1 110mm，冷凝段长度为800mm，翅片长度为730mm，绝热段长度为20mm，热管总长为2 000mm。由此确定进口界面结构尺寸，烟气侧的迎风面积为1.32m2，空气侧的迎风面积为1.50m2，加热段迎风面积1.30m2。则烟气侧质量流速为3.05kg/（m2s），空气侧质量流速为3.51kg/（m2s），横向管间距62.5mm，第一排管数为17，传热面积为2.02m2。

1.3 热管排布方式及清灰处理

热管排布方式对冷热流体流动阻力有重要影响，进而会影响热管换热器性能。热管通常采取队列式或倒三角式排布方式，采用队列式排布可以保证冷热流体迎风面积足够大，使热管热交换能够充分进行，从而具备较大的传热量。此外，积灰会导致换热器传热量下降，在进行设计时，可采取15°放置方式，使换热器结构便于清灰，还有利于工质回流，降低启动温度。清灰方式可以采取人工清灰、机械清灰和气体吹灰等。管箱结构设计根据换热量要求进行，主要由热管数量和尺寸巨鼎。可采用极限计算方法，确定管箱壁厚，一般厚度为80mm，采用焊接形式，法兰边开螺栓孔。接管方式遵循高进低出的设计原则，可以节约动力，取得良好的换热效果[2]。

2 热管式空气预热器应用

2.1 在电力工业的应用

热管式空气预热器目前已经得到了广泛应用，特别是在电力工业和化工工业等方面，表现出较高的应用价值。热管式换热器能够在小温差条件下传递大热量，在电站锅炉中的应用有利于能源回收。而且热管风冷器具有较高的蒸发冷凝效率，在大型电站的应用可以提高蒸汽冷凝效率。缺水地区还可以使用风冷方式，利用热烟气加热冷烟气，比如电站脱硫GGH等。

2.2 在化工工业的应用

化工生产中的许多化学反应属于放热反应，在反应过程中，需要及时转移热量，而吸热反应则需要一定的热量供应，才能保持反应过程的正常进行。采用人管换热器可以把放热反应中释放的热量提供给吸热反应，满足两种类型反应过程的温度控制要求，起到解决能源、提高产量的作用。一般化学工业的排气温度高达百度以上，如果不能有效回收利用，会造成大量的能源浪费。利用热管空气预热器回收多余热量，为需要的生产过程提供热量，已经在工业锅炉、热处理炉中得到了广泛应用。

2.3 在其他行业的应用

目前热管式空气预热器在建筑工程、交通工程、动力工程和电子工业等方面也得到了广泛应用。热管式空气预热器可以在建筑工程中被用于室内外空气的热交换，吸收集中空调制冷机组的废气预热。在交通工程中，冻土结构融化会对路基结构产生严重威胁，可以利用热管传热方式缩小地下与地面的温差，达到保护路基的目的。热管换热器在动力工程中增压柴油机的使用可以降低温度，提高助燃空气温度，提高燃油经济性。此外，热管式空气预热器还可以提高电力变压器的散热效率，促进电子远近的微型化方向发展。

3 结束语

综上所述，热管式空气预热器许多领域都表现出极高的使用价值，可以节约资源，提高能源利用率和生产效率。通过对热管式空气预热器的热管结构和排布方式进行优化设计，可以解决传统设计中存在的不足，采用恰当的清灰处理方式，提高热管换热器的传热效率。对热管式空气预热器进行优化设计，可以促进其应用范围的进一步扩大。

[1] 孙俊斌.前置式热管式空气预热器的优化设计[J].中外企业家，2016，（15）：224.

Design and Application of Heat Pipe Air Preheater

Chen Chu-fu

Heat pipe is a heat transfer element with good thermal conductivity.It is called thermal superconductor.This article will focus on the design and application of heat pipe air preheater，discusses the basic parameter design，structure design，heat pipe arrangement design and cleaning process，and the application of heat pipe type air preheater in the power industry，chemical industry and other fields were introduced.

heat pipe type；air preheater；structure design；industrial application

TK223.34

B

1003–6490（2017）11–0106–01

2017–09–03

陈楚夫（1997—），男，湖南长沙人，主要研究方向为热能动力方向。