新型节能设备方法讲解

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1、第二章 新型节能设备方法 l热管换热器 l热泵 l膜分离 l蓄热器 l变压吸附 2.1 热管换热器 热管发展历程 1964年：发明于美国洛斯-阿拉莫斯国家实验室 （Los Alamos National Laboratory）。 1964-1970年：理论研究高峰期，近千篇论文发 表。 1970-1980年：机密性应用研究，空间核电源、 电子仪器散热、航天飞行器均温等节能应用性研 究，热管换热器，太阳能发电，高效化学反应器 。 l1980-2000年：电子电器散热、计算机CPU散热 、大型空气预热器、高温热管换热器、高温高压 化学反应器。 l2000-2010年：高效微型热管技术、高温大型热

2、管技术、高效热管反应设备技术、各种高效热管 换热装备。 青藏铁路沿线的热管青藏铁路沿线的热管 TSC897/2型低温热管 青藏铁路沿线的热管青藏铁路沿线的热管 地面 2米5米 89毫米 100 kg 里面灌装有液态氨，通过液态氨，将地下冻土层的“冷气”带到地表土层，让它 保持冷冻状态不松软；通过露出地面管径外表的“翅片”，把蕴含在地表土层中 的热量散发到空气中。一根长长的管子，就像是一个个自动传导冷热温度的“ 空调器”，让路基永远保持冷冻状态。 笔记本电脑笔记本电脑CPUCPU使用的热管使用的热管 节能 用途 l石油化工 1、 炼油厂的常压炉、减压炉、常减压二合一炉 、加氢炉减粘炉、重整炉等，

3、利用热管式空气 预热器回收出炉烟气的余热加热空气，以提高加 热炉的送风温度。 2 炼油厂催化装置再生烟气和各种内、外取热器的 余热回收，可产生中压蒸汽并用于动力系统。 3、乙烯裂解炉对流段盘管、炼油厂加热炉对流段 盘管。 2.1.1 热管工作原理 l热管的工作原理 蒸发 冷凝 吸液芯 Q Q 加热段 冷却段绝热段 气体液体壳体 在一个密闭结构中装有若干工作液体，借助于液体的吸热蒸发、蒸气的输送和 放热冷凝，然后靠毛细作用或重力作用，使冷凝液从冷凝段返回到蒸发段，从 而把热量从结构的一部分（蒸发段）高速传递到另一部分（冷凝段）。 l重力热管， 结构简单 加热段 冷却段 Q Q 蒸发 冷凝 加热段

4、 Q 蒸发 Q冷凝 热管工作原理 l在一个密闭结构中装有若干工作液体，借助于液 体的吸热蒸发、蒸气的输送和放热冷凝，然后靠 毛细作用或重力作用，使冷凝液从冷凝段返回到 蒸发段，从而把热量从结构的一部分（蒸发段） 高速传递到另一部分（冷凝段）。因此，热管本 身是一种高效的传热元件。它是靠封闭在管内的 工质反复进行相变（蒸发、冷凝）而进行热量传 递的。 l结构紧凑、重量轻、传热效率高、无运动部件、 维护简单、运行可靠等优点，特别适宜于中、低 温余热的回收。 2.1.2 热管的组成 三个基本部分组成： l两端密封的容器，多数做成圆管状； l吸液芯，由多孔材料（金属网、金属纤维 等）构成，覆盖在器壁（

5、管壁）的内表面 ； l容器内充有一定数量的工作液体（工质） 及其蒸气。 2.1.3 热管的工作液体 工质工质凝固点凝固点 沸点（大气压下）沸点（大气压下） 使用温度范围使用温度范围 氨氨787833336060100100 丙酮丙酮959557570 0120120 甲醇甲醇989864641010130130 水水 0 0 1001003030250250 导热姆导热姆A A1212257257150150395395 硫硫112112444444200200600600 水银水银3939361361250250650650 钾钾626277477450050010001000 钠钠9898

6、89289260060012001200 锂锂179179134013401000100018001800 2.1.4 热管的特点 l输热能力强 l良好的等温性 l热流方向可逆 l热流密度可调 热管的导热能力 热管的导热能力 1铜棒（2.5300）；2热管（2.5300） 100w T2T1600oC T2T11.5oC 2.1.5 热管分类 l按照工作液体回流动力区分: 有芯热管、重力热 管、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管 、磁流体动力热管、渗透热管等。 l按照热管管内工作温度区分: 低温热管、常温热 管、中温热管、高温热管等。 l按照管壳与工作液体的组合区分: 分铜-水热管 、碳钢

7、-水热管、铝-丙酮热管、碳钢-萘热管、 不锈钢-钠热管等。 常用热管的工作温度范围与 典型的工作介质及其相容壳 体材料 工作介质工作温度 / 相容壳体材料 低 温 热 管 氨- 60 100铝、不锈钢、低碳钢 氟里昂-21- 40 100铝、铁 氟里昂-11- 40 120铝、不锈钢、铜 氟里昂-113- 10 100铝、铜 常 温 热 管 己烷 0 100黄铜、不锈钢 丙酮0 120铝、铜、不锈钢 乙醇0 130铜、不锈钢 甲醇10 130铜、不锈钢、碳钢 甲苯0 290不锈钢、低碳钢、低合金钢 水30 250铜、碳钢(内壁经化学处理) 中 温 热 管 萘147 350铝、不锈钢、碳钢 联苯

8、147 300不锈钢、碳钢 导热姆-A150 395铜、不锈钢、碳钢 导热姆-E147 300不锈钢、碳钢、镍 汞250 650奥氏体不锈钢 高 温 热 管 钾400 1000不锈钢、 铯400 1100钛、铌 钠500 1200不锈钢、因康镍合金 锂1000 1800钨、钽、钼、铌 银1800 2300钨、钽 2.1.6 热管用途 l余热回收 l电子器件冷却，如电脑CPU散热 l太阳能集热器 l航空航天导热材料 2.1.7 热管换热器 l利用热管导热能力强、传热量大的特点， 以多根热管作为中间传热元件，实现冷、 热流体之间换热的设备。 气气热管换热器 1热管； 2中间隔板； 3外壳 热管换热

9、器的特点、分类 l热管换热器的特点结构简单，换热效率高 ；压力损失小；安全可靠；灵活调温。 l热管换热器的类型与结构按照热流体和冷 流体的状态，热管换热器可分为气气式 、气液式、液液式、液气式；从热 管换热器结构型式来看，热管换热器又可 分为整体式、分离式、回转式和组合式。 气液式热管换热器 2.1.8 热管的用途与节能 l化学工业 1、硫酸系统热管换热器回收焚烧炉出口高温x气体 的余热、在转化工段回收高温气体的余热，产生热水或 蒸汽供系统使用。 2、 医药、日化工业热管换热器可用于回收药气或废气 的余热，生产清洁热风，干燥物料。 3、 利用可变热导热管可对反应床层进行恒温控制的同 时，取出或

10、输入反应热。 4、 大型化肥厂合成对流段盘管；中、小型氮肥厂造气 工程、变换工段，利用热管式蒸发器回收工艺气余热产 生蒸汽供合成氨系统使用，变换工段一、二水加热器。 5、 甲醇转化炉对流段盘管。 6、 苯酐装置热容器。 节能 用途 l电力工业 利用热管换热器可作为各种锅炉的尾部受热面。如热管 式空气预热器可替代传统的回转式空气预热器和列管式空 气预热器，提高受热面壁温，避免露点腐蚀，提高炉膛进 风温度和炉膛含氧量，减少漏风，延长锅炉运行周期。 1、工业锅炉尾部的热管空气预热器热管式省煤器或翅片 管省煤器。 2、电站锅炉尾部的热管空气预热器可分下列几种用途： （1）在原低温段空气预热器的空气入口

11、前设置一热管式空 气预热器，进一步降低锅炉排烟温度，减少排烟热损，提 高锅炉效率； （2）整个低温段空气预热器均为热管式结构； （3）用锅炉排放的热烟气加热脱硫后的冷烟气，即电站脱 硫的烟气换热器。 3、燃气锅炉对流段后部。 节能 用途 l石油化工 1、 炼油厂的常压炉、减压炉、常减压二合一炉 、加氢炉减粘炉、重整炉等，利用热管式空气 预热器回收出炉烟气的余热加热空气，以提高加 热炉的送风温度。 2 炼油厂催化装置再生烟气和各种内、外取热器的 余热回收，可产生中压蒸汽并用于动力系统。 3、乙烯裂解炉对流段盘管、炼油厂加热炉对流段 盘管。 节能 用途 l冶金工业 1、炼铁厂用高炉烟气来预热空气、

12、煤气的单预 热或双预热整体式或分离式热管换热器，回收热 风炉烟气余热，节约煤气，提高热风炉的升温速 度、炉顶温度和送风温度 降低炼铁焦比，节约焦 炭。 2、利用热管式蒸汽发生器或翅片管式蒸汽发生 器回收各种带冷机和环冷机所输送的烧结矿的显 热，产生蒸汽。 节能 用途 l建材建筑 l 对于水泥、陶瓷等建材行业，利用换热器回收 窑炉烟气的余热，产生热风或热水。如热管式热风 炉或热管列管组合式热风炉，可产生500以下 的热风，干燥清洁物料。建筑业热管式空气预热器 可用于室外的新鲜空气和室内的浑浊空气之间的热 交换；在集中空调制冷机组中，利用热管换热器回 收废气余热产生低压蒸汽供空调制冷机组使用。 2

13、.2 热泵（Heat Pump） 2.2 热泵 l一种使热量由低温物体转移到高温物体的能量装 置（类似于水泵使水从低处流向高处）。 l作用：把那些不能直接利用的低温热能变为有用 的热能，提高能量的利用率，节省燃料。 热泵 高温热源 低温热源 Q1 Q2 W 2.2.1 热泵种类 l压缩式热泵 l吸收式热泵 l蒸汽喷射式热泵 2.2.2 压缩式热泵循环系统 蒸发器 冷凝器 压缩机 节流阀 QE QC W （低温热源） （高温热源） 介质的循环相图 液相 气相 固相 放热QC（介质被冷 却） 吸热QE（介质被加热） P T 工质 工质是热泵中赖以进行能量转换与传递的物 质。热泵系统的的性能、经济性与可靠性在很大 程度上与工质有关。 l临界温度应比最大冷凝温度高得多 l在冷凝温度下的饱和压力不要太高（10000 微 滤 体积大小 0.0510m的固体粒子 5010000 超 滤 体积大小10001000000 道尔顿 250 的大分子，胶体 纳 滤 溶解扩散 离子、分子量COCH4N2H2。在PSA法脱碳装置中，采用对 CO2具有良好吸附和解吸性能的吸附剂。当变换气 在一定压力下通过吸附床层时，吸附剂将选择吸附 强吸附质CO2，而难吸附组分如H2、N2、CH4、CO等 从吸附塔出口端排出，作为脱除了CO2的气体输出 。