能源是發(fā)展國民經(jīng)濟的重要物質(zhì)基礎，能源的開(kāi)發(fā)和利用程度直接影響著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，余熱回收是合理利用能源、節約能源、提高能源利用率等方面不可忽視的問(wèn)題。加熱爐是煉油廠(chǎng)關(guān)鍵設備之一，在使用過(guò)程中將產(chǎn)生大量高溫煙氣，排煙余熱未獲得充分利用，不但造成能源的嚴重浪費，還會(huì )污染環(huán)境。因此發(fā)展有效的余熱回收裝置是能源得以合理利用的有效方式。研究發(fā)現熱管是一種具有高導熱性、高傳熱效率的傳熱元件。我國熱管研究開(kāi)始于1970年左右，1980年國內第一臺試驗性熱管換熱器運轉成功。近年來(lái)，工業(yè)中的實(shí)際應用也已經(jīng)證明了熱管換熱器的確是一種高效、緊湊、耐用的換熱設備，它在工業(yè)余熱回收方面發(fā)揮了良好的作用，并積累了一定的使用經(jīng)驗。
在眾多的傳熱元件中，熱管是人們所知的最有效的傳熱元件之一。隨著(zhù)熱管技術(shù)日趨發(fā)展成熟，熱管式換熱器在電站、鋼鐵、冶金、石油、化工、建材、輕工、制冷空調、電子等領(lǐng)域的節能應用中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。熱管技術(shù)的應用將推進(jìn)我國節能工作的進(jìn)程，同時(shí)降低對環(huán)境的熱污染，是一項很有發(fā)展前途的技術(shù)?？諝忸A熱器是利用排煙余熱來(lái)加熱燃燒所需空氣的熱交換設備。由于它工作在煙氣溫度最低的區域,回收了煙氣的熱量,降低了排煙溫度,因而提高了加熱爐的熱效率，同時(shí)也由于空氣被預熱,強化了燃料的著(zhù)火和燃燒的過(guò)程,減少了燃料不完全燃燒的熱損失,進(jìn)一步提高了加熱爐的熱效率。
設計一臺加熱爐煙氣余熱回收熱管空氣預熱器，利用常壓爐和減壓爐的高溫煙氣預熱空氣，使之作為燃料燃燒所需氧氣來(lái)源以達到節能之目的。內容包括傳熱工藝計算、熱管計算選型、預熱器本體設計等，并結合企業(yè)現狀對熱管進(jìn)行改進(jìn)，克服為避免低溫露點(diǎn)腐蝕而浪費能源的現狀，達到節能降耗的目的。
我國的能源短缺問(wèn)題日趨嚴重，節能已被提到了重要的議事日程。大量的工業(yè)鍋爐和各種窯爐、加熱爐所排放的高溫煙氣，用熱管氣-氣換熱器進(jìn)行余熱回收，所得到的高溫空氣可用于助燃或干燥，因此應用前景非常廣闊。據有關(guān)報道稱(chēng)，我國三分之二的能源被鍋爐吞噬，而我國工業(yè)鍋爐的實(shí)際運行效率只有65%左右，工業(yè)發(fā)達國家的燃煤工業(yè)鍋爐運行熱效率達85%，因此，提高工業(yè)鍋爐的熱效率，節能潛力十分巨大。如果我國鍋爐的熱效率能夠提高10%，節約的能耗則相當于三峽水庫一年的發(fā)電量，做好工業(yè)鍋爐及窯爐的節能工作對節約能源具有十分重要的意義。利用熱管氣-氣換熱器代替傳統的管殼式氣-氣換熱器，一方面,能夠大大提高預熱空氣進(jìn)入爐內的溫度，降低煙氣溫度，從而大大提高鍋爐的熱效率；另一方面，熱管氣-氣換熱器運行壓降非常小，有時(shí)甚至不需要增加引風(fēng)機等設備，從而使得運行費用大大降低。
熱管作為一種具有高導熱性能的傳熱裝置，其概念首先是由美國通用發(fā)動(dòng)機公司的Gaugler于1944年提出的。熱管工作的主要任務(wù)是從加熱段吸收熱量，通過(guò)內部相變傳熱過(guò)程，把熱量輸送到冷卻段，從而實(shí)現熱量轉移。完成這一轉移有6個(gè)同時(shí)發(fā)生而又相互關(guān)聯(lián)的主要過(guò)程。這6個(gè)過(guò)程是：(1)熱量從熱源通過(guò)熱管管壁和充滿(mǎn)工作液體的吸液芯傳遞到液－汽分界面；(2)液體在蒸發(fā)段內的液－汽分界面上蒸發(fā)；(3)蒸汽腔內的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段；(4)蒸汽在冷凝段內的汽－液分界面上凝結；(5)熱量從汽－液分界面通過(guò)吸液芯、液體和管壁傳給冷源； (6)在吸液芯內由于毛細作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。熱管的研究與開(kāi)發(fā)最主要的是熱管材料。雖然幾乎所有金屬材料、無(wú)機及有機材料均可用于制作熱管，但只有與工作流體相容的材料才可能被選用。根據不同研究者對熱管材料的研究成果已開(kāi)發(fā)的熱管材料有：銅、鋁、碳鋼、不銹鋼、鎳、鈦、鎢、鉻鎳鐵合金、鉬合金、碳化硅。近些年來(lái)，隨著(zhù)材料科學(xué)的不斷發(fā)展，出現了一種相變材料換熱技術(shù)與熱管技術(shù)有效結合起來(lái)的技術(shù)，如氫氧化鋇加6%氯化鋇的蓄熱體系和復合中空熱管專(zhuān)利材料。這無(wú)疑是一種非常高效的新型節能技術(shù)，一般的相變材料導熱系數較低，將熱管作為換熱元件應用于相變蓄熱領(lǐng)域中是改進(jìn)相變蓄熱系統，提高其換熱效率的一個(gè)重要手段，還合理利用了排氣余熱，不僅在最大程度上節省了燃料，而且降低了污染物排放量，滿(mǎn)足我國可持續發(fā)展的戰略要求。熱管式換熱器是一種新型的換熱器，將熱管元件按一定行列間距成束裝在框架內，用中間隔板等密封元件將加熱段和散熱段隔開(kāi)，構成熱管換熱器。熱管換熱器于70年代初才開(kāi)始應用于工業(yè)中作為節能設備。雖然熱管換熱器在工業(yè)中應用時(shí)間不長(cháng)，但發(fā)展速度很快。由于水-碳鋼熱管的研制成功，使得氣-氣熱管和氣-氣換熱器的制造成本大幅降低，從而促進(jìn)了熱管氣-氣換熱器的工業(yè)化應用。熱管氣-氣換熱器綜合起來(lái)有如下一些特點(diǎn)：(1)熱性能高。由于熱管氣-氣換熱器的加熱段和冷凝段都有帶翅片，大大擴展了換熱表面，因此，其傳熱系數比普通光管氣-氣換熱器的要大好多倍；(2)流阻小，降低了換熱器運行時(shí)的動(dòng)力消耗。目前國內已有數千臺熱管氣-氣換熱器先后投入使用，取得了較好的使用效果。但也暴露了不少問(wèn)題，如露點(diǎn)腐蝕、積灰。積灰對于灰塵較多的煙氣,如其在熱管氣-氣換熱器中設計流動(dòng)速度過(guò)高,雖然能夠提高熱管的換熱能力,但是會(huì )加速熱管的磨損,且增大煙氣流動(dòng)阻力;速度較小時(shí),熱管翅片上易積灰,使熱管換熱能力下降,嚴重時(shí)堵塞換熱器,使其失效。這也與目前落后的設計方法有關(guān)，傳統的設計手段難以通過(guò)進(jìn)行精確的設計計算來(lái)避免積灰。露點(diǎn)腐蝕雖然也有工程技術(shù)人員已經(jīng)采用了以避免露點(diǎn)腐蝕為控制目標的設計計算，但由于受傳統設計計算手段的限制，設計計算采用試算驗證的方式進(jìn)行，難以做到各項參數的優(yōu)化組合，從而造成熱管氣-氣換熱器的實(shí)際運行參數與設計參數的偏離，導致露點(diǎn)腐蝕，導致熱管失效。此外還有熱管失效、漏風(fēng)等。這影響了熱管氣-氣換熱器的進(jìn)一步推廣。因此，急需對這些問(wèn)題進(jìn)行細致分析與研究，完善熱管氣-氣換熱器的設計制造方法，提高熱管氣-氣換熱器的使用效果和壽命。
