重力熱管（熱虹吸管）具有廣闊的應用前景和發展潛力。本設計應用重力熱管對鍋爐排放到大氣中的煙氣所帶走的熱量進行回收，利用回收的這部分熱量加熱助燃空氣，這種換熱器即重力熱管式空氣預熱換熱器。

一、概況

在眾多的傳熱元件中，熱管是人們所知的有效的傳熱元件之一。它可將大量的熱量通過其很小的截面積遠距離的傳輸而無需外加動力。近年來熱管技術飛快發展，特別是熱管換熱器在余熱回收方面取得了良好的效果。

我國自70年代開始，開展了熱管的傳熱性能研究以及熱管在電子器件冷卻及空間飛行器方面的應用研究。自80年代初我國的熱管研究及開發的重點轉向節能 及能源的合理利用，相繼開發了熱管氣―氣換熱器、熱管余熱鍋爐、高溫熱管蒸汽發生器、高溫熱管熱風爐等各類熱管產品。由于碳鋼―水兩相閉式熱管的結構簡單、 價格低廉、制造方便，易于在工業中推廣應用，碳鋼―水相容性的基本解決，使得此類熱管得以廣泛的應用。我區煤炭儲量豐富，能源的綜合利用水平較低，因此我 區熱管研究及開發的重點為節能 及能源的合理利用，在煤化工及煤轉油行業應用較多。

二、重力熱管及其換熱器簡介

2.1 重力熱管的工作原理

兩相閉式熱虹吸管又稱重力熱管，簡稱熱虹吸管，與普通熱管一樣，利用工質的蒸發和冷凝來傳遞熱量，且不需要外加動力而工質自行循環。但與普通熱管所不同的是熱管管內沒有吸液芯，冷凝液從冷凝段返回到蒸發段不是靠吸液芯所產生的毛細力，而是靠冷凝液自身的重力，因此熱虹吸管的工作具 有一定的方向性，蒸發段必須置于冷凝段的下方，這樣才能使冷凝液靠自身重力得以返回到蒸發段。

2.2 重力熱管的基本特性

熱管是依靠自身內部工作液體相變來實現傳熱的傳熱元件，具有以下基本特征。

很高的導熱性 熱管內部主要靠工作液體的汽―液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導熱能力，與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可以多傳遞幾個數量級的熱量。

（2）熱流密度可變性 熱管可以獨立改變蒸發段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的加熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。

（3）熱流方向的可逆性 一根水平放置的有芯熱管，由于其內部循環動力是毛細力。因此任意一端受熱就可作為蒸發段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。

（4）環境的適應性 熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件變化而做成各種形狀，熱管也可做成分離式的以適應長距離或冷熱流體不能混合的情況下的換熱。熱管既可以用于地面（重力場），也可用于空間（無重力場）。

三、環肋管的傳熱計算

中溫熱管換熱技術是熱管應用技術比較成熟的領域，有廣闊的發展前景。中溫熱管換熱器設計時要考慮多方面的影響，比較復雜。但中溫熱管換熱器的設 計主要集中在對熱管的選擇，并要求設計計算出換熱器需要的熱管總數，本章以具體工程實際為背景進行換熱器的設計，后給出了換熱器的結構形式。

3.1煙氣及空氣參數的確定

某煉油廠欲利用熱管換熱器回收煙氣中的余熱用以預熱空氣，擬用氣-氣整體重力式熱管換熱器

煙氣流量：VH=7000 m3/H （標況） 排煙溫度：t1H=160～250 ℃

空氣流量：Vc=6500 m3/H （標況）

選定煙氣出口溫度為t2H=120℃，主要是為了充分利用熱量，應盡量降低煙氣出口溫度，但過低的溫度不利于排灰，另外，還要考慮到低于120℃時硫的腐蝕性較強。選定入口空氣溫度為t1c=20 ℃，是根據一般情況下的環境溫度決定的。

3.1.1煙氣側熱管外表面采用加大節距的環形翅片的方案設計

已知參數：

煙氣流量7000m3/H（標準狀況），排煙溫度160～250℃；

助燃空氣流量6500m3/H（標準狀況），空氣進熱管換熱器溫度20℃。

根據換熱器運行的溫度范圍和技術要求，采用熱管換熱器，熱管為重力熱管，并選用水為熱管工質，管殼材料為碳鋼，翅片與管殼連接方式為高頻焊接。

本設計通過理論計算確定了在特定條件下中溫重力熱管的結構形式。增加熱管換熱器以后，不影響鍋爐正常運行，不需要改動鍋爐輔助設備，如（鼓風機、引風機、除塵器等），而且降低排煙溫度（仍高于煙氣酸露點，不 會腐蝕設備），減少排煙熱損失，提高鍋爐燃燒所需的空氣溫度，對鍋爐燃燒的穩定性及經濟性都大有益處。設備初投資的回收期短。

提高節能效率是當前社會共同關注的大事，而作為耗能大戶的工廠企業對于煙氣廢熱回收利用的要求非常迫切，采用熱管技術，將煙氣廢熱回收再利用于熱水加熱、采暖、制冷空調等方面，進一步提高節能效率。熱管換熱器將會具有廣泛的應用前景和發展潛力，同時會獲得良好的經濟效益和社會效益。