分離式熱管散熱器在火力發(fā)電站熱能回收上的應(yīng)用

錢忠永

【摘要】當前火電廠發(fā)電是我國電力產(chǎn)業(yè)的主流形式，在創(chuàng)造大量財富提供公益服務(wù)的同時，也具有耗能多、污染重等諸多社會、環(huán)境問題。因此，利用分離式熱管散熱器可以使發(fā)電廠熱能的利用效率更高、產(chǎn)值更好。因而，具有著廣闊的市場前景和技術(shù)創(chuàng)新等發(fā)展空間。

【關(guān)鍵詞】分離式熱管原理熱能回收火力電廠

一、火力發(fā)電存在的問題和常規(guī)思路

火力發(fā)電我國的主導(dǎo)發(fā)電形式，在利用煤、石油或者天然氣等可燃資源經(jīng)過燃燒產(chǎn)生大量的熱量基礎(chǔ)上，再通過一些技術(shù)手段使之轉(zhuǎn)化為電能。由于具體國情等原因，利用火力發(fā)電在我國占據(jù)行業(yè)優(yōu)勢。但是，與此同時也存在一些問題。

（1）煤炭資源是不可再生資源，當前的諸多電廠存在著耗能多的問題。過度利用和不合理利用煤炭、天然氣資源會造成我國煤炭資源的浪費，降低了煤炭資源的使用效率。水資源同樣也是非常寶貴的，在發(fā)電過程中需要大量的水資源冷對汽輪機進行冷卻。

（2）火力發(fā)電廠在運行中大量使用煤炭進行發(fā)電，煤炭的運輸、儲存以及燃燒轉(zhuǎn)化電能的過程，都會對生態(tài)環(huán)境造成很大的破壞。煤炭燃燒會釋放出大量的二氧化硫和氧化氮代謝物等酸性氣體引發(fā)酸雨。

煤炭資源在鍋爐中燃燒，會導(dǎo)致大量的煙氣產(chǎn)生并排放到大氣中。這是導(dǎo)致發(fā)電廠資源浪費以及對生態(tài)環(huán)境破壞嚴重的主要原因之一。煙氣中大量污染物的排放直接對生態(tài)環(huán)境造成破壞，同時，大量的熱能以煙氣為載體被直接排放出來，導(dǎo)致熱能大量浪費。直接降低煙氣的溫度，會導(dǎo)致煙氣中的硫酸蒸汽會在低溫的條件下凝結(jié)成液態(tài)，將會腐蝕低溫受熱面。同時，煙氣溫度降低導(dǎo)致鍋爐中的受熱面與工質(zhì)之間的溫差減小，從而降低發(fā)電的效率。因此，收集煙氣中的余熱，并對其加以利用，對助燃空氣進行預(yù)熱，有助于提高發(fā)電效率，推動產(chǎn)能的提高。

二、熱管理論與實踐

熱管一種傳導(dǎo)熱量的元件，G.M.Grover在美國的LosAlamos國家實驗室發(fā)明了熱管。這種導(dǎo)熱元件具有強大的導(dǎo)熱能力，迄今為止沒有任何一種金屬的導(dǎo)熱能力可以與之媲美。利用這種熱管技術(shù)所制成的熱管換熱器，可以運用到火力發(fā)電廠中，對鍋爐中的煤炭燃燒產(chǎn)生的煙氣中的余熱進行回收。

（1）熱管的工作原理

熱管技術(shù)的工作原理就是制造熱管兩端的溫差，通過介質(zhì)的蒸發(fā)、冷凝、回流、循環(huán)，從而帶動熱量快速的傳導(dǎo)。將熱管的分為兩段，蒸發(fā)段和冷凝段，分別在熱管的兩端。首先將熱管內(nèi)抽成真空，再注入一定量的特定液體，熱管內(nèi)壁要有吸液芯。當溫度很高的煙氣進入熱管一端，熱管中的液體迅速受熱蒸發(fā)，熱管兩端受熱不均勻形成壓力差，導(dǎo)致蒸汽流向熱管的冷凝段，并在冷凝段冷凝形成液體，被熱管內(nèi)壁上的吸液芯吸收。液體在通過吸液芯多孔材料的毛細力作用下回流至蒸發(fā)段，再次受熱蒸發(fā)。如此快速的循環(huán)往復(fù)，使熱量快速的傳導(dǎo)。

（2）熱管技術(shù)的特點

由于熱管具有很高的熱傳導(dǎo)性，所以將熱管技術(shù)運用到換熱器中可以大大提高換熱效率，其優(yōu)勢遠高于其它種類的換熱器。

1.高導(dǎo)熱性。熱管技術(shù)的傳熱介質(zhì)是液態(tài)或者氣態(tài)的，在熱管內(nèi)部介質(zhì)受到的傳熱阻力較小，因此熱管的導(dǎo)熱效率遠高于金屬，大概是金屬導(dǎo)熱元件的10³～10⁴倍。2.表面溫度均勻。由于液體蒸汽在熱管內(nèi)快速循環(huán)，整個熱管內(nèi)始終處于蒸汽飽和狀態(tài)，管內(nèi)兩端壓差很小，所以熱量流失的很少，整個熱管能夠基本保持等溫的狀態(tài)。3.適應(yīng)高溫環(huán)境。熱管能夠適應(yīng)其它換熱元件無法達到的溫度環(huán)境，以目前的熱管技術(shù)，熱管在800℃的溫度環(huán)境下，依然能夠勝任熱傳導(dǎo)工作。

此外，熱管技術(shù)還具有更換靈活，冷凝段與蒸發(fā)段可隨時轉(zhuǎn)換、使用周期長以及工作安全可靠等眾多優(yōu)勢。

（3）分離式熱管換熱器

大型火力發(fā)電站一般發(fā)電量都非常大，每天都會有的煙氣排放量巨大，能達到幾百萬立方米。

分離式熱管換熱器就是將熱管的蒸發(fā)段和冷凝段分開，形成兩個箱體。再用液體下降管和蒸汽上升管將兩個箱體鏈接在一起。受熱后的液體變?yōu)檎羝ㄟ^蒸汽上升管將熱量輸送到換熱器中。再利用蒸汽凝結(jié)所釋放出的熱量又會對冷流體進行加熱，使其蒸發(fā)。冷凝的液體在重力的作用下在回流到蒸發(fā)段，如此循環(huán)往復(fù)，達到熱量傳導(dǎo)的目的。

分離式熱管換熱器的特點是可以適應(yīng)設(shè)備大型化的需要，分離式熱管散熱器不需要制造大型的熱管，熱管緊密性強，比單管換熱器更加便于制造、運輸、安裝分離式熱管換熱器已經(jīng)在很多發(fā)達國家和地區(qū)中得到了廣泛使用，大量的事實證明這種技術(shù)有效的減少資源的浪費，我國正著面臨產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的初期，傳統(tǒng)的火力發(fā)電站還大量存在，完成轉(zhuǎn)變還需要時間，為了避免資源的繼續(xù)浪費和減少對環(huán)境的破壞，促進類似分離式熱管換熱器這樣的技術(shù)的普及有重要的意義。