熱管能量回收技術(shù)在20世紀(jì)60年代被市場(chǎng)廣泛接受。 性能和壽命在早期系統(tǒng)中不是問(wèn)題，但用于工業(yè)應(yīng)用的熱管比其他技術(shù)成本高得多。 然而，熱管制造工藝的后續(xù)進(jìn)步使它們?cè)诠I(yè)應(yīng)用中效率更高、成本更低。

錯(cuò)流換熱器——每根管子都是一個(gè)獨(dú)立的換熱器

其中一項(xiàng)進(jìn)步是熱虹吸管的引入。 此后，制造技術(shù)的發(fā)展一方面提高了熱管的性能，另一方面降低了熱管的制造成本。 這些技術(shù)進(jìn)步使熱虹吸管成為傳統(tǒng)熱回收技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行替代方案。

那么為什么這項(xiàng)技術(shù)很少被討論呢？ 由于官方估計(jì)工業(yè)能源輸入的20-50%以余熱的形式散失，包括高溫廢氣的熱量、冷卻水的熱量，以及高溫設(shè)備和被加熱產(chǎn)品的熱量損失表面等，為什么各行各業(yè)不積極考慮這種新的熱回收方案？

簡(jiǎn)短而直接的答案是，許多行業(yè)在熱回收技術(shù)方面都停留在過(guò)去。 傳統(tǒng)上，熱交換技術(shù)主要局限于板框式、管殼式、熱輪和輻射系統(tǒng)，它們各有千秋，但也存在不同的問(wèn)題，在特定的情況下會(huì)降低熱回收技術(shù)的有效性應(yīng)用程序。 性別。

這些問(wèn)題通常包括因熱膨脹差異引起的熱應(yīng)力開裂、冷區(qū)冷凝引起的腐蝕、用于改善傳熱的薄壁金屬表面上的點(diǎn)蝕等。 所有這些因素都使換熱器內(nèi)的金屬容易出現(xiàn)疲勞、侵蝕和腐蝕等問(wèn)題。

此外，許多人將新的熱回收項(xiàng)目視為一種經(jīng)濟(jì)壓力。 如果在安裝生產(chǎn)設(shè)備時(shí)沒有指定能量回收系統(tǒng)，那么添加這樣的系統(tǒng)通常會(huì)被認(rèn)為是一項(xiàng)高成本低回報(bào)的投資。 而且，一旦熱交換器出現(xiàn)故障，它造成的停機(jī)時(shí)間對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)可能代價(jià)高昂。

當(dāng)您考慮我們?cè)趥鹘y(tǒng)熱回收系統(tǒng)中遇到的問(wèn)題時(shí)，這些擔(dān)憂是可以理解的。 甚至美國(guó)能源部在2007年一篇關(guān)于鋁冶煉爐隔板換熱器的文章中指出湖北薄壁不銹鋼換熱管，“雖然隔板換熱器已經(jīng)成功地用于預(yù)熱空氣，但在很多情況下，金屬換熱管的使用壽命相對(duì)有限, 只有 6-9 個(gè)月?！?/p>

然而，由于能量損耗依然存在，市場(chǎng)仍需要一種切實(shí)可行的方法來(lái)有效回收這部分能量。 高性能熱交換器是能源密集型工業(yè)過(guò)程的重要組成部分。

如果這些系統(tǒng)運(yùn)行良好，幾乎沒有問(wèn)題，它們可以幫助用戶顯著降低能源成本。 作為一種簡(jiǎn)單、有效、安全的能量回收技術(shù)，新型熱虹吸技術(shù)可以為行業(yè)帶來(lái)這些優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于氣-空型熱管換熱器，熱虹吸管在使用過(guò)程中不熱脹冷縮，因此不會(huì)對(duì)外殼產(chǎn)生任何應(yīng)力。 這大大降低了因換熱器表面與機(jī)組外殼之間的膨脹差異而引起熱應(yīng)力開裂的可能性。

在熱管換熱系統(tǒng)中，每根管道都作為一個(gè)獨(dú)立的換熱器，從而提供了足夠的冗余度，顯著降低了系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重單點(diǎn)故障的可能性。 如果熱管發(fā)生故障，系統(tǒng)將繼續(xù)運(yùn)行，性能只會(huì)略微下降 1/n（n 是系統(tǒng)中熱管的總數(shù)）。

熱虹吸管在運(yùn)行期間保持恒定的溫度。 例如，當(dāng)熱管的一端置于高溫廢氣流中，另一端與其他傳熱介質(zhì)（空氣、水或油）接觸時(shí)，沿?zé)峁苋L(zhǎng)的工作溫度管子將保持恒定，整個(gè)熱管的溫度將保持均勻分布。 . 因此換熱器內(nèi)部沒有冷區(qū)，沒有凝結(jié)點(diǎn)和可能的腐蝕點(diǎn)。

熱虹吸管的傳熱能力不受壁厚的影響，因此可以增加壁厚（通常為 2.5 或 3.5 毫米）以提高在多塵環(huán)境中的耐磨性。 由 E Steel Co., Ltd. 制造并由 M 在北美銷售的熱虹吸管可有效用于 100°C – 1,000°C 的廢氣流。

安裝熱管橫流換熱器

隨著制造工藝的改進(jìn)和熱管性能的提高，可以使用相同數(shù)量的熱虹吸管從排氣流中回收更多的能量。 這意味著對(duì)于相同的操作參數(shù)（廢氣溫度和質(zhì)量流量），熱虹吸管比以前的熱管技術(shù)更有效。

熱管錯(cuò)流換熱器安裝前

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

熱虹吸換熱器的設(shè)計(jì)靈活性使換熱器外殼的占地面積可以根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備周圍的可用空間來(lái)確定，這是許多其他能量回收技術(shù)所不具備的優(yōu)勢(shì)。

系統(tǒng)的規(guī)格和能力通常取決于生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和能量回收效率的要求。 在此基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算確定滿足能量回收要求的熱管外露表面積。

例如，對(duì)于一定的暴露表面積計(jì)算值，換熱器幾乎可以采用“熱管長(zhǎng)度×熱管數(shù)”的任意組合，只要結(jié)果等于滿足能量應(yīng)達(dá)到的值即可?；謴?fù)要求。 隨著能源價(jià)格持續(xù)上漲，這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)能力對(duì)于為現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施改造新能源回收系統(tǒng)的項(xiàng)目極為有用。

在最近完成的項(xiàng)目調(diào)查中，檢查了為鋁鑄造廠安裝的熱虹吸熱交換器。 結(jié)果表明，它的使用壽命很長(zhǎng)，投資回報(bào)率也很高。

效率

熔鋁爐的運(yùn)行溫度約為 1,093°C，空氣過(guò)量 5%。 在廢氣流中加入稀釋空氣后，廢氣進(jìn)入熱管換熱器湖北薄壁不銹鋼換熱管，溫度為 480°C。 室溫燃燒空氣以 27°C 進(jìn)入熱交換器，并以 371°C 離開熱交換器。 工藝溫度1093℃，過(guò)量空氣5%，助燃空氣預(yù)熱溫度371℃，熔煉爐能耗降低23.37%。

維持

安裝熱管能量回收系統(tǒng)并確定生產(chǎn)參數(shù)后，系統(tǒng)幾乎不需要操作員干預(yù)。 這就是這個(gè)項(xiàng)目。 高溫廢氣從加熱爐煙囪排出，送至熱管換熱器。 由于使用助焊劑，生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢氣中含有腐蝕性成分。

該系統(tǒng)的熱管靠重力定位，廢氣流和進(jìn)入的燃燒空氣之間的壓差確保兩種氣體不會(huì)相互混合。 這樣，在需要時(shí)可以輕松移除熱管（圖 5）。

表現(xiàn)

然后對(duì)從熱交換器上拆下的熱管進(jìn)行性能測(cè)試。 與這些熱管剛制造完成時(shí)的指標(biāo)相比，其性能水平達(dá)到了97%以上。

經(jīng)過(guò) 8 年的連續(xù)運(yùn)行，換熱器中的每個(gè)熱虹吸管仍處于幾乎最佳狀態(tài)。

綜上所述

本次調(diào)查結(jié)果表明，鑄造行業(yè)使用的傳統(tǒng)能量回收方式存在的許多問(wèn)題和顧慮，在新型熱虹吸技術(shù)中并不存在，尤其是使用壽命短的問(wèn)題。 這些新型熱交換器為制造業(yè)提供了一種高效的方式來(lái)回收原本會(huì)被浪費(fèi)的能源。

現(xiàn)在，無(wú)論廢氣是干凈的、多塵的、顆粒狀的、腐蝕性的、低溫的還是極熱的，都可以更高效地回收其中所含的能量，系統(tǒng)的運(yùn)行效率肯定會(huì)更高。 性能穩(wěn)定，可長(zhǎng)期運(yùn)行。