一种多段热管空气预热器及其热管元件的选择方法技术领域
本发明涉及一种多段热管空气预热器及其热管元件的选择方法，属于空气预热器技术领域。
背景技术
空气预热器是利用锅炉、工业炉窑或其他动力、冶金、化工等装置的排烟热量来预热燃烧用空气的换热器，其作用是降低锅炉等设备的排烟温度,提高热效率;提高燃烧用空气的温度，使燃料易于着火、燃烧稳定和提高燃烧效率。在以往的空气预热器设计过程中，为减缓加热炉烟气中酸性物质对空气预热器传热元件造成的露点腐蚀，设计排烟温度通常185℃以上，造成了大量的烟气余热排向大气。
空气预热器的主要部件为热管元件，热管元件是一种具有快速均温特性的特殊材料，其中空的金属管体，使其具有质轻的特点，而其快速均温的特性，则使其具有优异的热超导性能；热管元件的运用范围相当广泛，最早期运用于航太领域，现早已普及运用于各式热交换器、冷却器、天然地热引用等，担任起快速热传导的角色。
热管元件是依靠流体的相变（液相变为汽相和汽相变为液相）来传递热量的元件。如果将热管的一端加热，另一段冷却，中间一段用材料进行绝热处理，这时，热管元件内部将开始两相传热过程。加热段的工质将沸腾或蒸发，吸收汽化潜热，由液相变为汽相，产生的蒸汽在管内一定压差的作用下，流动到冷却段，蒸汽遇到冷的壁面会凝结成液体，同时放出汽化潜热，通过管壁传给外面的冷源，冷凝下来的液体靠管内壁的多孔物质所产生的毛细管力（或重力）再回流到加热段，重新开始蒸发吸热过程，这样，通过管内工质的连续相变，完成了热量的连续转移。
又现有的空气预热器的结构不够合理，热管元件的换热性能较低，而且不耐腐蚀，无法达到节能减排的目的，同时热管元件的选择杂乱无章，没有一个很好的选择方法，常常为企业带来了很好的损失，不能达到现有的需要。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的缺陷，提出了一种多段热管空气预热器及其热管元件的选择方法，该预热器结构简单、设计合理，具有较高的传热效率，且耐腐蚀，能够达到节能减排的目的，同时提供热管元件的选择方法，避免了热管元件的选择杂乱无章，为企业来带巨大经济效益、环保效益以及社会效益。
本发明所采用的技术方案是：一种多段热管空气预热器，包括壳体一和壳体二，壳体一和壳体二之间设有中隔板对其进行分隔，壳体一上设有空气吸热区，空气吸热区的两端分别设有上烟气进口和上烟气出口，壳体二上设有侧部检查门，侧部检查门的两端分别设有下烟气进口和下烟气出口，其中下烟气出口的上方设有声波吹灰接管，下烟气出口的下方设有清灰门。
在本发明中：所述的空气吸热区自上而下包括高温段空气预热装置、低温段空气预热装置和露点腐蚀段空气预热装置，其中，高温段空气预热装置采用高翅片热管元件，低温段空气预热装置采用低翅片热管元件，露点腐蚀段空气预热装置采用玻璃热管元件，该些空气预热装置是由多个热管元件集合而成，因热管元件内的工质不同，相应的热管元件的管壳也不同。
在本发明中：所述的热管元件包括基管和翅片，基管由管壳和管芯构成，管芯内填有相应的工质，其中管芯内根据工质传递的热量进行加热和冷却，可将热管元件分为蒸发段、绝热段和冷却段。
在本发明中：所述的一种热管元件的选择方法，包括以下选择方法：
（1）.当工质为氨时，管壳的材料为铝合金、不锈钢、镍合金或低碳钢构成的热管元件，其中热管元件的蒸发段壁温为30℃~80℃，工作温度范围-60℃~80℃；
（2）.当工质为丙酮，管壳的材料为铝合金或者不锈钢构成的热管元件，其中热管元件的蒸发段管壁温度为50℃~80℃，工作温度为0℃~120℃；
（3）.当工质为乙醇时，管壳材料为碳钢或者不锈钢构成的热管元件，其中热管元件的蒸发段管壁温度为50~80℃，工作温度为0~120℃；
（4）.当工质为水时，管壳材料为铜或者碳钢构成的热管元件，其中热管元件的蒸发段管壁温度为60~80℃，工作温度为50~260℃；
（5）.当工质为萘时，管壳材料为碳钢或者不锈钢，其中热管元件的蒸发段管壁温度为240~260℃，工作温度为230~380℃。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果为：该预热器结构简单、设计合理，具有较高的传热效率，且耐腐蚀，能够达到节能减排的目的，同时提供热管元件的选择方法，避免了热管元件的选择杂乱无章，为企业来带巨大经济效益、环保效益以及社会效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中空气吸热区的结构示意图；
图3为本发明中热管元件的结构示意图；
图4为本发明热管元件中管芯的结构示意图。
图中：1.蒸发段；2.绝热段；3.冷却段；4.管壳；5.管芯；6.工质；7.空气吸热区；8.上烟气进口；9.上烟气出口；10.下烟气进口；11.下烟气出口；12.中隔板；13.声波吹灰接管；14.清灰门；15.侧部检查门；16.高温段空气预热装置；17.低温段空气预热装置；18.露点腐蚀段空气预热装置；19.热管元件；20.壳体一；21.壳体二；22.翅片；23.基管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
由图1～4可见，：一种多段热管空气预热器，包括壳体一20和壳体二21，壳体一20和壳体二21之间设有中隔板12对其进行分隔，壳体一20上设有空气吸热区7，空气吸热区7的两端分别设有上烟气进口8和上烟气出口9，壳体二21上设有侧部检查门15，侧部检查门15的两端分别设有下烟气进口10和下烟气出口11，其中下烟气出口11的上方设有声波吹灰接管13，下烟气出口11的下方设有清灰门14；所述的空气吸热区7自上而下包括高温段空气预热装置16、低温段空气预热装置17和露点腐蚀段空气预热装置18，其中，高温段空气预热装置16采用高翅片热管元件，低温段空气预热装置17采用低翅片热管元件，露点腐蚀段空气预热装置18采用玻璃热管元件，该些空气预热装置是由多个热管元件集合而成，因热管元件内的工质不同，相应的热管元件的管壳也不同。所述的热管元件19包括基管23和翅片22，基管23由管壳4和管芯5构成，管芯5内填有相应的工质6，其中管芯5内根据工质6传递的热量进行加热和冷却，可将热管元件19分为蒸发段1、绝热段2和冷却段3。
所述的一种热管元件的选择方法，包括以下选择方法：
（1）.当工质为氨时，管壳的材料为铝合金、不锈钢、镍合金或低碳钢构成的热管元件，其中热管元件的蒸发段壁温为30℃~80℃，工作温度范围-60℃~80℃；
（2）.当工质为丙酮，管壳的材料为铝合金或者不锈钢构成的热管元件，其中热管元件的蒸发段管壁温度为50℃~80℃，工作温度为0℃~120℃；
（3）.当工质为乙醇时，管壳材料为碳钢或者不锈钢构成的热管元件，其中热管元件的蒸发段管壁温度为50~80℃，工作温度为0~120℃；
（4）.当工质为水时，管壳材料为铜或者碳钢构成的热管元件，其中热管元件的蒸发段管壁温度为60~80℃，工作温度为50~260℃；
（5）.当工质为萘时，管壳材料为碳钢或者不锈钢，其中热管元件的蒸发段管壁温度为240~260℃，工作温度为230~380℃。
在考擦由一炼油企业采用该多段热管空气预热器后一台300万吨/常压炉热效率提高1%，燃料由单耗下降约3.7MJ/t，折合成标准燃料油约0.09kg/t，加热炉每年节省燃料300*0.09*0.001=270吨标油，每吨标准燃料油按4000元计算，每年节省燃料折合人民币约108万元。若原油加工1亿吨的加热炉，热效率提高1%，每年节省燃料量折合人民币约3.6亿元。因此，只要有加热炉存在，出了炼油厂，还有钢厂、电厂、玻璃厂、锅炉厂等，都可以选用多段热管空气预热器，来达到节能减排的目的，为企业来带巨大经济效益、环保效益以及社会效益。
以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本发明并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本发明的范围之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。