近幾年來(lái),隨著高溫?zé)峁芗夹g(shù)研究的不斷成熟和深入,高溫?zé)峁軗Q熱器的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大,目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。

　　在冶金、化學(xué)、陶瓷、建材及輕工等工業(yè)生產(chǎn)中,常需要500℃以上的清潔空氣以滿(mǎn)足助燃、干燥和供氧等需要,采用高溫?zé)峁芸諝饧訜崞骺梢暂p易地達(dá)到這一要求,并且從根本上解決常規(guī)空氣加熱器所無(wú)法解決的傳熱難題[2]。

　　筆者通過(guò)高溫?zé)峁軗Q熱器成功應(yīng)用實(shí)例,闡述了高溫?zé)峁軗Q熱器廣闊的應(yīng)用前景以及對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展所產(chǎn)生重大的影響,同時(shí)簡(jiǎn)要分析了高溫?zé)峁軗Q熱器目前存在的問(wèn)題,提出幾點(diǎn)建議供設(shè)計(jì)者參考。

　　1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　高溫?zé)峁軗Q熱器是由管內(nèi)充有不同工質(zhì)的熱管組成的組合式熱管換熱器,主要由熱管、隔板和殼體3部分組成(圖1)。冷、熱流體通道之間用隔板絕對(duì)隔開(kāi),熱管作為傳熱元件實(shí)現(xiàn)冷、熱流體間的熱量傳遞。

　　整個(gè)換熱器又分為高溫?zé)峁軈^(qū)和中溫?zé)峁軈^(qū)和低溫?zé)峁軈^(qū)。在低溫區(qū),工作溫度限制在250℃以下,采用水(經(jīng)化學(xué)處理后的)作為熱管工質(zhì)較理想;在中溫區(qū),工作溫度限制在250～400℃范圍內(nèi),采用萘作為熱管工質(zhì),萘熱管在400℃左右具有可靠的熱穩(wěn)定性和良好的傳熱性,且與碳鋼有良好的相容性和安全性,預(yù)計(jì)有很長(zhǎng)的使用壽命[3～5] ;在高溫區(qū),工作溫度在600℃以上常采用液態(tài)金屬熱管,液態(tài)金屬有良好的熱穩(wěn)定性和較低的飽和蒸氣壓,如鈉在800℃時(shí)飽和蒸氣壓僅為0. 047MPa ,因此在高溫條件下液態(tài)金屬熱管的殼體幾乎不承受內(nèi)壓,而且常用的幾種液態(tài)金屬在高溫下均具有較高的汽化潛熱,如800℃時(shí)鈉的汽化潛熱為3 977kJ / kg ,因而高溫?zé)峁苣軌騻鬟f很高的熱量。

　　2、應(yīng)用實(shí)例

       2. 1、噴霧干燥中的應(yīng)用

       2. 1. 1、十二醇硫酸鈉噴霧干燥[6]

　　十二醇硫酸鈉是優(yōu)良的陰離子表面活性劑,它是一種熱敏感性多泡性物質(zhì),其干燥所需的高溫?zé)嵩?450～500℃)一般采用煤氣直接燃燒產(chǎn)生的煙氣。對(duì)于沒(méi)有煤氣或煤氣價(jià)高的地方,熱源成為一大難題,若使用液化氣、輕柴油等其他熱源,均會(huì)對(duì)十二醇硫酸鈉產(chǎn)生污染而影響色澤。一般的板式、列管式和板翅式換熱器所能提供的熱源溫度在400℃以下,且熱效率低,而熱管的各種特性適于解決這一難題。如圖2所示,由煤燃燒爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔?950～850℃)直接進(jìn)入高溫?zé)峁軗Q熱器的吸熱段(熱管的蒸發(fā)段)逐步經(jīng)過(guò)高溫?zé)峁軈^(qū)、中溫?zé)峁軈^(qū)和低溫?zé)峁軈^(qū)降至200℃以下排入煙囪。空氣由常溫20℃進(jìn)入熱管換熱器的放熱段,通過(guò)熱管與煙氣的逆流換熱被加熱至470～500℃去噴霧塔,干燥十二醇硫酸鈉。

      2. 1. 2、高嶺土噴霧干燥[7]

　　高嶺土是化工、造紙和建材中一種重要的添加劑,其濃度高達(dá)63 %～66 % ,料漿粘度為500～1 200mPa·s。如此高濃度和粘度的料漿,噴霧干燥具有一定難度,其關(guān)鍵是要有溫度達(dá)到500℃的熱風(fēng),由于對(duì)高嶺土的白度有較高的要求,因而在干燥過(guò)程中應(yīng)該力求避免污染物混入料粉中。以燃燒煙道氣為熱源的高溫?zé)峁苁娇諝饧訜崞骺蓾M(mǎn)足這種要求。如圖3所示,常溫空氣由鼓風(fēng)機(jī)自熱管換熱器的底部進(jìn)入熱管換熱器低溫段,經(jīng)中溫段及高溫段加熱達(dá)500℃后排出,進(jìn)入噴霧塔作為干燥熱風(fēng)。自煤燃燒爐出口的煙氣溫度達(dá)900～1 100℃,由換熱器頂部向下流動(dòng)與冷側(cè)空氣形成逆流換熱,溫度降到200℃以下由引風(fēng)機(jī)排入煙囪。

       2. 2、小氮肥余熱回收中的應(yīng)用[8]

　　江蘇新苑集團(tuán)公司化肥廠(chǎng)于1994年對(duì)其合成氨造氣工段進(jìn)行技術(shù)改造,采用高溫?zé)峁苷羝l(fā)生器(圖4)回收半水煤氣的余熱,至今已安全運(yùn)行8年。該工段煤氣流量為135 000m3/ h ,溫度為950℃,通過(guò)高溫?zé)峁苷羝l(fā)生器將其溫度降至250℃,每小時(shí)可生產(chǎn)4t蒸汽,蒸汽壓力高達(dá)1. 57MPa。全年運(yùn)行時(shí)間為7 200h ,每噸蒸汽按40元價(jià)格計(jì),則全年可回收價(jià)值115. 2萬(wàn)元,氨年產(chǎn)量為20kt ,則平均每噸氨可降低成本57. 6元,扣除固定資產(chǎn)折舊、大修費(fèi)用和運(yùn)行成本,每噸氨可凈降低成本39. 78元,年收益為79. 56萬(wàn)元。

       高溫?zé)峁芗夹g(shù)在小氮肥余熱回收中的應(yīng)用獲得了令人滿(mǎn)意的效果。實(shí)際運(yùn)行表明,高溫?zé)峁苷羝l(fā)生器達(dá)到的某些性能指標(biāo),是其他類(lèi)型的換熱器所達(dá)不到的。該項(xiàng)技術(shù)已在江蘇、安徽、遼寧、廣東、山西及青海等省十多個(gè)小氮肥“二改一”工程中得到推廣應(yīng)用。

　　3、應(yīng)用前景

　　高溫?zé)峁芗夹g(shù)在噴霧干燥中的應(yīng)用取得成功,并已收到了令人滿(mǎn)意的實(shí)際效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的參數(shù)表明,高溫?zé)峁軗Q熱器達(dá)到的某些性能指標(biāo),是其他類(lèi)型熱風(fēng)發(fā)生器所達(dá)不到的,因而在某些特定工況條件下的應(yīng)用也是無(wú)法取代的:a .向各類(lèi)干燥設(shè)備(噴霧于燥、沸騰干燥、氣流干燥、隧道干燥及鏈板式干燥等)提供清潔的高溫?zé)犸L(fēng)。b.向氣流焙爐提供800℃以上的高溫?zé)犸L(fēng),對(duì)物料直接進(jìn)行氣流焙燒。c.向各類(lèi)燃燒器提供助燃熱風(fēng),改善燃燒狀況,提高燃燒效率,節(jié)約燃料。據(jù)資料介紹,用普通換熱器將助燃風(fēng)加熱到300～400℃可節(jié)約燃料15 %～25 % ,用高溫?fù)Q熱器可節(jié)約燃料40 %以上。d.高溫預(yù)熱煤氣(或助燃?xì)? ,使冶金工廠(chǎng)大量的低熱值高爐煤氣(其熱值約為4 187J )資源在加熱爐上的利用成為可能。e .回收利用六大耗能工業(yè)(冶金、化工、煉油、玻璃、水泥及陶瓷)的高溫余熱,使這些領(lǐng)域的能源利用率達(dá)到一個(gè)新的水平。由以上可以預(yù)見(jiàn),高溫?zé)峁軣犸L(fēng)發(fā)生器將具有廣闊的推廣應(yīng)用前景,對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。

　　4、存在的問(wèn)題

　　當(dāng)前,高溫?zé)峁軗Q熱器在傳熱方面還面臨兩大急需解決的問(wèn)題:a.結(jié)構(gòu)龐大,成本昂貴,極大地阻礙了高溫?zé)峁軗Q熱器工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程;b.過(guò)渡段的銜接不合理,導(dǎo)致部分熱管處于不工作和非正常工作狀態(tài)。要解決好上述問(wèn)題的關(guān)鍵:a .優(yōu)化高溫?zé)峁軗Q熱器結(jié)構(gòu)有兩個(gè)途徑:一是對(duì)單根熱管進(jìn)行傳熱強(qiáng)化研究;二是合理預(yù)測(cè)殼程的流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的分布,二者的優(yōu)化組合研究是今后熱管換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)發(fā)展的方向。b.過(guò)渡段的強(qiáng)化傳熱對(duì)優(yōu)化高溫?zé)峁軗Q熱器結(jié)構(gòu)、安全銜接各區(qū)域熱管換熱器起著非常重要的作用。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　高溫?zé)峁芗夹g(shù)在噴霧干燥中的應(yīng)用研究取得成功,充分體現(xiàn)了高溫?zé)峁芗夹g(shù)的優(yōu)越性。為加快高溫?zé)峁軗Q熱器實(shí)現(xiàn)工業(yè)化進(jìn)程,筆者認(rèn)為應(yīng)盡快提高高溫?zé)峁軗Q熱器設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。具體實(shí)施的方法;a .采用數(shù)值模擬的方法模擬高溫?zé)峁軗Q熱器內(nèi)溫度場(chǎng)和流場(chǎng)分布,以便實(shí)現(xiàn)高溫?zé)峁軗Q熱器在線(xiàn)檢測(cè)、故障分析和變工況分析。b.采用強(qiáng)化換熱技術(shù),優(yōu)化高溫?zé)峁軗Q熱器結(jié)構(gòu),降低成本,提高設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性。加快高溫?zé)峁軗Q熱器在工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)程。