為了響應國家節能減排的號召，認真貫徹節約能源的要求，提出在WNL3-13-4型鍋爐煙道上裝設熱管換熱器，利用煙氣余熱力熱給水。同時將部分熱水用于浴池，供職工洗澡之用（換季停爐時用太陽能加熱水用于洗澡），可節省一臺專供洗澡用的小鍋爐。

 這臺氣-水熱管換熱器熱管的加熱段帶有翅片，冷卻段是光管的表面，每支熱管相對于換熱器來說都是可拆的。

 這臺可拆的氣-水帶翅片熱管換熱器經過一年的研制和運行考驗，性能指標達到了設計要求，于1983年5月通過了技術鑒定。

一、熱水熱管換熱器的方案圖示

 熱水熱管換熱器裝置如圖7-7所示。熱水熱管換熱器是放在鍋爐到除塵器的排煙道上，該處的排煙溫度為230℃，經過熱管換熱器后煙氣溫度降至170℃，水進入熱管的溫度為10℃C，經過熱管水的溫度升到60℃，然后進入浴池或鍋爐加以利用。

二、在小鍋爐上應用熱管的考慮

（1）小鍋爐的熱效率是比較低的，熱效率低的原因是損失太大，其中很主要一項損失是排煙損失，排煙損失一般要占15%~20%，而且排煙損失降低1%，小鍋爐的熱效率就增加1%，根據熱管換熱器的傳熱效率高和體積小重量輕的特點，特別適應于小鍋爐，所以，從煙道的排氣中回收熱量是熱管的理想的工作環境。回收熱量怎樣利用呢？加熱水，然后加以利用也是可以的，但是，應用熱管去加熱空氣是最理想的。因為，氣氣換熱方式應用熱管是最有利的，至于被加熱的空氣怎樣利用，方案也是多種多樣的。但是，在小鍋爐上把加熱的空氣引入鍋爐的爐膛里參加燃燒最有利，這樣可以直接提高小鍋爐的熱效率，減少燃料的消耗量。進入爐膛的溫度每提高20℃c，小鍋爐熱效率可以提高1%。

（2）小鍋爐上的熱管應用什么樣的工質最為合適，這要根據熱管的工作環境來確定，即根據煙道中煙氣的溫度來確定，小鍋爐煙道排煙溫度一般在300℃C左右，從這個溫度范圍來看采用導熱姆作為工質是適合的。但是，由于導熱姆有毒又較貴，故可考慮采用蒸餾水作為工質，使用蒸餾水作工質既無毒又非常便宜，所以是較理想的工質，以水為工質的熱管應用于排煙溫度高的地方也是可以的，目前有用到400℃C，500C，甚至600℃，關鍵在于管內的溫度，熱管內的飽和蒸汽溫度無論如何也不能接近374℃，而374℃為水的臨界溫度，這時不需再加熱熱管內的水就全部汽化，這時熱管就根本不能工作了。另外，對應374℃的臨界飽和溫度的臨界壓力為255kgf/cm2，這么高的壓力，一般管材的強度也是承受不了的，因此，熱管內部的溫度考慮到管內的工作和管子材料的選擇等不能太高，一般不超過250℃，熱管內蒸汽溫度在設計時一般要控制在250℃以下為好，這時熱管的管料好選擇，管殼的厚度也不至于過厚，另外，加工工藝，特別是焊接工藝容易過關，否則管子容易漏氣而失效。

  由此，可以看到管內溫度高了對管子的強度、管子的加工工藝是很不利的。在熱管工作的環境溫度高的情況下，想保持管內溫度比較低，如不超過250 ℃時，只要在設計計算時控制熱管吸熱段和放熱段的比例才可以保證這一點。另外，熱管在高的環境溫度下運行時一定要注意：先通冷空氣然后再通煙氣，在通煙氣時，絕對不能停通冷空氣，在停通冷空氣前一定要先停煙氣，這樣就能保證熱管安全地工作，否則熱管不僅不能正常工作，而且還會因超溫、超壓而使熱管破裂。熱管的工質選定之后，就要確定管殼的材料，在設計熱管時要根據工質查得與工質化學相容的管殼材料，水只與銅和鐵是化學相容的，但是，銅和鐵作管殼在強度上或加工工藝上都存在一些問題。因此，只好選用鋼銅復合管，因銅與水化學相容，以銅作襯套把水與鋼隔開，鋼作管殼只承受管內壓力。但是這種鋼銅復合管比較貴，一噸不拉內槽的鋼銅復合管要八千元，而帶拉內槽的每噸要一萬四千元，如選用鋼管作管殼，熱管的成本可以大大降低，鋼與水化學不相容，產生不凝結氣體會降低熱管的傳熱性能，但也可以有幾種辦法克服，一種辦法加緩蝕劑，再在熱管放熱段加長一段用來存放不凝結氣體，還有一種辦法在熱管工作一段時間之后重新抽空一次，這也不花多少時間，用不多少錢或者用一批管子作為備用也可以，這樣總共造價也比用鋼銅復合管的造價要低，而且采用鋼管作為管殼，在強度和加工工藝性等方面都會大有好處。

（3）熱管的抽空，熱管中的工作液體要在高真空度下才能很好地進行工作，熱管內的真空度一般要達到10-4~ 10-5Torr，熱管內真空度的形成，目前有兩種辦法，一種辦法用真空機組抽，達到要求的真空度后填充工作液體，然后封住口。還有一種簡易制法：是先把管子清洗干凈，然后烘干，將兩端焊好。在一堵頭中間鉆一個q4~5mm的小孔，以便填充工質和排氣。用注射器向熱管裝入約占熱管內部體積的1/4-1/3的蒸餾水做為工質。然后在500℃左右的熱源上加熱，使水沸騰。上堵頭的小孔排汽約半分鐘左右，用銷釘將小孔迅速塞住，并馬上用電焊焊好。這時管內約剩有占管內體積的五分之一左右的蒸餾水，即達到預計的填充工作液體量。這樣就可以保證管內達到預計的真空度，保證管內的質量。

（4）檢查熱管傳熱性能的辦法，一般有兩種：第一種簡易辦法是首先用手垂直拿起熱管，然后急速上下抖動，聽到管內有金屬的碰擊聲，聲音清脆的說明熱管內的真空度達到要求。其次，將熱管約三分之一長的一段放入熱水中，用手摸熱管頂端，一般不到1~2min熱量就傳遞上來，這說明熱管的質量是好的。另外一種辦法，想知道熱管性能的好壞，甚至確切地測定熱管的傳熱性能，則在試驗臺上進行測定，首先測得熱管的等溫性。

（5）應用熱管空氣預熱器能回收多少熱量，這主要要看采用多少根熱管，一般是根據要回收的熱量來計算出需要多少根熱管，但是對于運輸式設備來說，熱管的設計計算最主要的問題是尺寸、重問題，由于運輸式設備結構上的限制，對尺寸、重量指標要求很嚴格，不允許放置很多的熱管，如在蒸汽機車的煙箱里盡最大的努力只放了64根1.5m長的熱管，由于熱管的數目少，當然回收的熱量數目也就少了。另外，目前有關單位生產的兩米長的水銅鋼復合熱管，每根熱管所傳遞的功率為1.5~2kw，每根熱管傳遞功率的大小，與管內質量和管外質量有關，即與管內的毛細結構的好壞，是否清洗得干凈，充液量的多少，真空度的大小，銅鋼復合得是否緊，是否有空隙，空隙有多大，翅片是否緊，片與光管外表面接觸面的大小，片與光管外表面間隙的大小等有關系，本來-根熱管傳遞的功率可以很大，因為一般熱管的聲速極限、攜帶極限、沸騰極限和吸液芯毛細管壓力極限等都是很高的，一般都在5~6kw以上，有的超過10KW。但是，由于目前熱管處于試制階段，生產、加工工藝還不十分成熟，因此在目前生產的水銅鋼復合熱管每根熱管傳遞的功率達到1.5~2kw還是不錯的。在地面固定設備上應用熱管的數目就不那么受限制，但是，煙氣經過熱管后的排氣溫度由于露點溫度的限制也不能降得太低，這也影響回收的熱量，如出口溫度降得太低就會出現露點腐蝕，影響設備的壽命。總之，在熱管吸熱段煙氣進口溫度和流量一定的情況下，即煙氣排氣帶走的熱量一定的情況下，熱管吸熱段出口的溫度越低，即回收的熱量越多，當然熱管的數目也就越多。

（6）關于熱管空氣預熱器的流動阻力問題，流阻的大小與管束的排列方式，管束的排數，管間距的大小以及流速的大小等有關，流阻的大小可以通過熱管的設計計算來控制。

三、結論

根據上述的分析和探討，在小鍋爐上應用熱管空氣預熱器從排煙中回收熱量，去加熱進入爐膛的空氣的方案是可行的，這樣不僅降低小鍋爐的排煙損失，提高鍋爐的熱效率，增加鍋爐的蒸發量，而且還可以減少燃料的耗量，為國家節省能源。這一結論已經被蒸汽機車熱管換熱器的實驗數據所證實。