热管技术在干燥领域的开发与应用(1)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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陶汉中　张红　庄骏　陈兴元
（南京工业大学机械与动力工程学院热能及动力工程系江苏南京 210009）
摘要：本文阐述了热管技术在干燥领域应用的特点与优越性，进而概述了热管技术在干燥领域应用的现状，并指出以可再生能源（太阳能）为能量供应的热管式干燥设备是今后发展的方向。
关键词：干燥／烘干；热管技术；高温热风；太阳能

1 概述
干燥是很多生产过程的一道关键工艺，同时也是能量消耗的主要过程。有资料表明[1]：干燥1吨物料耗煤1吨以上；木材干燥是木材加工中不可缺少的重要环节，其所消耗的能量一般占木材加工总耗能的60％-70%，因此针对干燥过程进行节能改造势在必行。近几十年来，热管技术在许多干燥领域获得了推广应用，实践证明，热管技术具有如下的优点[2]：
i.适合利用余热作为干燥热源，节能率一般在10％~45％，典型的，可以停开蒸汽锅炉；
ii.设备体积小、重量轻、流体压力损失小；
iii.可靠性高、维修方便、寿命长；
iv.可利用多种热源；
尽管热管技术在干燥领域应用已经取得了一些成就，但热管技术的潜力远未得到充分发挥。同时由于对热管技术的基本内涵缺乏系统的理解，因而在应用中也出现不少问题，不仅得不到应有的效果，反而造成不必要的损失。
本文将针对上述问题，对热管技术在干燥领域中开发应用的有关问题及实例作一概述，并指出可再生能源与热管技术结合是未来干燥工艺一项重要研究内容。
2 热管热风发生器的工作原理及特性
热管技术在干燥领域中的应用主要是产生不同温度的清洁热风，在大多数情况下均作为气—气热交换器使用—热管热风炉（热风发生器）。
已经有众多的文献及应用实例证明了作为气—气热交换器的热管换热器的综合指标居各种类型换热器之首。其主要特征原理如下：
热管换热器是一种相变热转换及传递装置，这种特点决定了它可以采用冷热两侧同时强化（附加二次传热面）的方法，来达到提高气—气热交换器传热系数的目的，并具有如下特点：
（1）极高的气---气换热效率，体积紧凑，流体流动压力降小，是其它换热设备无法达到的
（2）多种余热利用的适应性
1.烟气加热产生热风
2.蒸汽加热产生热风
3.热水加热产生热风
4.高腐蚀介质气（液）体加热产生热风
（3）多种热源的适应性
5.矿物原料燃烧与空气换热产生热空气
6.电热产生热空气
7.太阳能产生热空气
8.地热产生热空气
9.生物质能产生热空气
（4）寿命长，可靠性高，结构简单，便于维修
3 热管技术在干燥领域应用中出现的问题及其研究
经过近数十年的国内各有关单位对干燥领域所使用的热管单管研究及整体换热器的设计开发，已基本上解决了干燥应用的各种基本技术问题。
a. 温度范围选择及材料与工作液体相容性选择：
适用于干燥领域的热管换热器使用温度范围及相应的热管内部工作温度及材料分别列于下表[2]。

b.热管内部传热阻力及外部传热阻力研究及换热器的总体设计
原南京化工学院（现南京工业大学）早在1980年就已进行了各种热管传热内热阻及管外传热阻力的测定及试验，得出了可用于设计计算的设计公式。此后，又进行了计算软件的开发，并在工业实践应用中不断修正。至今已经具备了比较成熟的计算软件，可用于各种不同干燥条件的设计计算。
4 应用于干燥领域的热管换热器运行中存在问题的研究
a. 翅片积灰及堵塞
当干燥过程中不清洁气体作热源时（烟气或高含尘过程气体），热管换热器的最大障碍是翅片积灰而形成堵塞，造成无法运行。经过不断开发及研究试验，已经得出了一系列针对不同含尘气体的清灰技术，一般可分为：
自清灰技术：保持一定操作风速，换热器与气流方向保持一定的倾斜角度，选用不同翅片形式及间距，通过一定的组合计算，使烟气风速始终保持自吹灰风速，可以保持常年运行；
使用各种吹灰器：经验证明，吹灰器必须与以上自清灰技术配合方可得到良好的效果。

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