1、本科毕业论文（20届）热管技术在船舶柴油机余热回收中的应用研究所在学院专业班级轮机工程学生姓名学号指导教师职称完成日期年月2目录0引言11热管及热管换热器211热管2111热管的基本组成及工作原理2112热管的基本特性312热管换热器42热管技术在船舶余热回收中的应用521热管换热器在船舶上的应用特点522热管换热器在船舶余热利用中的相对优势523实现方式及应用前景524热管在船舶余热锅炉中的应用6241结构特点及工作原理原理6242热管余热锅炉的分类6243关于余热回收的可行性研究7244船舶余热回收中的困难及解决方法8245船舶中的应用实例925热管在船舶吸附式制冷中的应用10251结构特
2、点及工作原理10252分离式热管吸附制冷系统11253热管型吸附制冷技术的应用前景123纳米技术在热管中的应用1331纳米流体技术强化热管传热1332纳米流体技术在船舶余热回收中的应用前景144结束语15致谢错误未定义书签。参考文献161摘要由于体积小、重量轻、结构简单、维修方便等优点，热管作为一种有效的新型传热元件，在船舶柴油机余热回收方面有着广阔的应用前景。本文首先阐述了热管的基本原理、结构及热管换热器的特点，然后提出了热管换热器在船舶余热回收中应用的两个重要方面热管余热锅炉与热管吸附式制冷系统。从热管余热锅炉的特性、热管余热锅炉与传统锅炉的对比、优点和使用几方面分析了它在余热回收方面的可
3、行性，论述了它在船舶余热回收中所能遇到困难及解决方法，同时介绍了热管吸附式制冷在船舶柴油机余热回收中的应用。最后介绍了热管新技术以及在船舶柴油机余热回收中的应用前景。关键词热管；热管换热器；余热回收；热管余热锅炉ABSTRACTBECAUSEOFITSSMALLSIZE,LIGHTWEIGHT,SIMPLESTRUCTUREANDCONVENIENTMAINTENANCE,HEATPIPEASANEFFECTIVENEWTYPEOFHEATTRANSFERCOMPONENTS,HASABROADAPPLICATIONPROSPECTSINTHEMARINEDIESELENGINEFORWAST
4、EHEATRECOVERYFIRSTILY,THISPAPERDESCRIBESTHEBASICPRINCIPLESOFHEATPIPE,STRUCTUREANDCHARACTERISTICSOFHEATPIPEOFHEATEXCHANGERTHENTWOIMPORTANTASPECTSINTHEAPPLICATIONOFTHESHIPHEATPIPEOFWASTEHEATBOILERANDTHEHEATPIPEOFADSORPTIONREFRIGERATIONSYSTEMWEREPROPOSEDTHECHARACTERISTICSOFWASTEHEATBOILER,COMPAREDWITHT
5、RADITIONALBOILERS,ADVANTAGESANDAPPLICATIONSTHESEASPACTSANALYSISITSFEASIBILITYWEREANALYSEDTHEDIFFICULTIESANDSOLUTIONSOFWASTEHEATRECOVERYINTHESHIPWEREDISCUSSEDANDTHEAPPLICATIONOFHEATPIPEADSORPTIONREFRIGERATIONINWASTEHEATRECOVERYOFMARINEDIESELENGINEWEREINTRODUCEDFINALLY,NEWTECHNOLOGIESANDTHEAPPLICATION
6、PROSPECTOFWASTEHEATRECOVERYINMARINEDIESELENGINEWEREINTRODUCEDKEYWORDSHEATPIPE；HEATPIPEHEATEXCHANGER；RECOVERY；HEATPIPEWASTEHEATBOILER10引言船舶运输需要大量能源，航行中的船舶每时每刻都在消耗着大量的燃料，同时又排放出大量带着余热的废气。因此为了节约能源，采用先进的技术研制高效的废热回收装置来回收船舶的废气余热是当务之急。我们都知道柴油机的热效率只有3040，其中有30燃料放出的热量是从尾气中排放掉了。为了回收这部分热量，大部分船舶都安装了烟管式废气锅炉，这类锅炉结
7、构简单，管理方便，但传热效率很低，重量重、体积大，且升汽很慢，同时由于烟管在汽水分界面上极易腐蚀，故而烟管废气锅炉寿命短，已经不能适应节能工作的需要。因此，做好节能及余热回收工作意义非常重大。而热管作为最有效的传热元件之一，是一种新型的传热元件，它采用了相变换热机理，在加热端管外又加上翘片与烟气的流向垂直，形成横向冲刷的对流换热方式，大大地强化传热，尤其可将大量的热量通过很小的截面积远距离传输而无需外加动力。船舶设备尤其是主推进柴油机和发电机系统均能产大量的余热，而目前的船舶设计方案并不能保证余热的充分回收。因此把热管应用到船用废气余热锅炉上以后将取得十分良好的效果，不仅提高了船舶运行的经济性
8、，而且在环保方面也有一定的作用。21热管及热管换热器热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯LOSALAMOS国家实验室的乔治格罗佛GEORGEGROVER发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。而完整的热管理论则是COTTER于1965年首次提出的。从此，热管的研究在传热界掀起一股热潮，应用领域也逐渐从最初的航空航天发展到后来的换热器和废热锅炉。当前，随着纳米技术的发展，进而出现了纳米流体脉动热管，大大改善了热管的性能，并推进了热管的发展和应用。11热管热管是指封闭的管壳中
9、充以工作介质并利用介质的相变吸热和放热进行热交换的高效换热元件。111热管的基本组成及工作原理热管的基本组成及工作原理如图1所示1621。图1热管工作原理示意图热管通常是一个封闭的高真空金属管，管内有一定数量的蒸汽工质，管内壁覆盖有多孔材料构成的管芯毛细吸液芯其中吸满液态工质，管芯的作用是回送冷凝液，管外壁根据传热需要可设置不同形式的翅片，常用的热管管壳截面为圆形。重力热管内部没有毛细吸液芯，但必须将冷凝段置于蒸发段的上部，冷凝工质靠重力流回蒸发段。如图1所示，热管沿轴向可分为蒸发段、绝热段、和冷凝段三部分。蒸发段。热管从热源吸取热量的工作段。在这一区段中工质由于吸热而蒸发，所以从热管内部工作
10、过程分析为蒸发段；从与外界热交换情况来分析为加热段。绝热段。热管与外界没有热交换的工作段。工质蒸气携带汽化潜热流过这一段，从内部工作过程来分析也队传输段。冷凝段。热管向冷源放出热量的工作段。在这一区段中工质蒸气向冷源放出相变潜热而冷凝成液体，所以从热管内部工作过程来分析为冷凝段；从热交换情况来分析又称放热段。应当指出在热管三个工作段中，蒸发段与冷凝段是必不可少的，而绝热段视设计需要可有可无，在实际应用的热管结构中，没有绝热段的情况是常常会遇到的。热管由热管壳体、工作介质、毛细吸液芯三部分组成。热管壳体。热管壳体是一个能承受一定压力的并且完全密封的容器，对它的形状一般没有特殊要求，圆管形为常见的
11、一种类型。工作时热管的壳体内压力一般较高，但在制造热管的过程中却需预先在管内建立很高的真空度，一般为102102PA。所以热管壳体上任何一道焊缝都要经得起高3真空检漏及一定压力的严格考验。热管壳体一般用金属材料制成。工作介质。工作介质在热管工作时起载热、输热的作用，依靠其相变过程来完成热管的工作循环；壳体内的工质气液两项共存，液态工质储存在多孔的吸液芯层内，气态工质则充满热管的内部空腔；由于热管制作时的真空很高，所以除非是温度比工作液凝固点还低，热管内汽液两相共存的工作介质通常是饱和的。毛细吸液芯。毛细吸液芯紧贴于壳体内壁，是液态工质的栖身之地。它的作用是A沿径向分配液态工质，使其在吸液芯中均
12、匀而稳定地保持一层薄薄的液膜；B产生毛细抽吸力并提供通道使冷凝液沿轴向回流。所以，吸液芯是冷凝液回流的动力和可靠通道。热管的管内为01313103PA的负压，液态工质吸热后很容易汽化成蒸汽。当蒸发段受热时，管芯中的工作介质液体蒸发汽化，蒸发段蒸汽压力为P1，冷凝段蒸汽压力为P2，在压差PV的作用下蒸发段流到冷凝段，并在那里凝结下来，放出汽化潜热，通过管壁传出热量。冷凝液体再沿管芯多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量从热管的一端传至另一端。热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下几个相互关联的主要过程热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的管芯传递到液汽分界面；液体在蒸发段内的液
13、汽分界面上蒸发；蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；蒸汽在冷凝段内的汽液分界面上凝结；热量从汽液分界面通过管芯、液体和管壁传给冷源；冷凝后的工作介质液体在管芯内由于毛细作用回到蒸发段。112热管的基本特性热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有以下基本特性1很高的导热性。热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。当然，高导热性也是相对而言的，温差总是存在的，可能违反热力学第二定律，并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在着一些传热极限；热管的轴向导热性很强，径向并无太大的改善径向热管
14、除外。2优良的等温性。热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。3热流密度可变性。热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。4热流方向的可逆性。一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间
15、的温度展平，也可用于先放热后吸热的化学反应器及其他装置。5热二极管与热开关性能。热管可做成热二极管或热开关，所谓热二极管就是只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动；热开关则是当热源温度高于某一温度时，热管开始工作，当热源温度低于这一温度时，热管就不传热。6恒温特性可控热管。普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的变化而变，因此当加热量变化时，热管备部分的温度亦随之变化。但人们发展了另一种热管可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加热量的减少而增加，这样可使热管在加热量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，实现温度的控制，这就是热管的恒温特性。7环境的适应性。热管的形状可
16、随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的，以适应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面重力场，也可用于空间无重力场。8热管的结构简单、重量轻、体积小、维修方便。目前，热管技术的先进性、可靠性等优势，已逐步被各行各业所认可。重力热管使用方便，碳钢水热管价格低廉，其应用将会越来越普遍。热管的研究和应用领域也在不断扩大。在新能源的开4发、电子装置芯片冷却、笔记本电脑冷却及大功率晶体管、晶闸管元件、电路控制板的冷却、防爆电气设备等方面，存在无限广阔的前景。对于船舶来说，热管换热器由于其独特的结构，作为换热设备应用船舶之后
17、很大程度的节省了船舶空间。船舶本来就是空间永远不足的地方，热管体积小，经济型好，而且维修维护都很方便，相比于传统换热器，其优势越来越被人们所认可。12热管换热器热管技术在工程中最为广泛的应用是热管换热器，即用热管换热器回收余热，尤其是低品味余热，特别是对于船舶来说。热管换热器的兴起与发展是与世界能源形势密切相关的。随着能源需求矛盾的日益尖锐，开发新能源及节约现有能源则显得更加迫切，因而余热利用引起了越来越多的关注。在这个领域中，热管换热器具有独特的优点，所以得到了较大的发展。利用热管能够方便的在热源与冷源间实现热传递，把若干支路热管组装成一体，中间用隔板把热管的蒸发段和凝结段隔开，就形成了冷、
18、热介质的流道，从而把热源中的热量源源不断地传给冷源，这种热管元件的组装体就是热管换热器。热管换热器的结构原理见图25。图2热管换热器结构示意图许多热管元件构成的管束置于壳体之中，隔板把热管的加热段和冷却段隔开，以形成热、冷介质的流道。热管元件的加热段或冷却段上，按需加装翅片以增大传热面积。与一般换热器相比具有许多优点传热效率高，特别对气一气换热器来说，由于冷热两侧气体都可以在管外流动，因此两侧都可以在热管外加装翅片增大换热面积，此外还易于把换热器设计成逆流、叉排等形式，以尽量提高换热器的效率；压力损失小，因为是管外流动，因此器内流阻小，压力损失小，可降低风机的功率消耗；工作可靠，没有运动部分，
19、因而没有附加的功率消耗；结构紧凑；没有掺混污染，可用中间隔板将两种流体有效地隔开；尺寸变化范围大，可变换流体流动方向，使用方便；维护费少，没有易损件，密封简单可靠，容易清洗。热管换热器具有传热效率高、压力损失小、工作可靠、结构紧凑、没有掺混污染、有利于控制露点腐蚀；可调整的冷热比，由于能很方便地调整冷热侧换热面积比，从而可有效的避免有腐蚀性气体的露点腐蚀。例如烟气中含有硫，当温度过低时，通过调整冷热侧换热比可以避免由此引起的硫腐蚀；一种热源可加热几种不同介质采用分离式热管换热器，可以用一种热源加热两种以上的冷介质，且热源可传递到几十米以外的远处。这种方式，特别对热、冷源相距较远的工程非常有用，
20、这是其它换热器无法做到的。蒸汽（工质）流体（工质）热管翘片低温流体放热段隔板受热段高温流体52热管技术在船舶余热回收中的应用21热管换热器在船舶上的应用特点热管换热器目前在船舶上得到了一些应用，但在一些大型的船舶中的应用还比较少。由于科学技术的发展，在大型船舶中能量的利用率越来越高，烟气的捧烟温度却越来越低，使用现在船上用的换热器，由于温差的减小，使用效率降低，能得到的热能温度也低，可用能减少。热管换热器正好能克服这些缺点。热管换热器可采用抽真空的方法，使工质在温度较低的情况下实现相变传热，热管冷凝段和蒸发段可以保持恒温。这样在冷凝得到的热能温度较高，可用能也高。对于柴油机排热的回收来说，主辅
21、机的能量损失主要是排烟的损失，这部分热能的温度对大型机组来说在280度左右。这部分热量的回收，对提高热效率至关重要。热管换热器可把蒸发段安装在捧烟道中，吸收这部分热量。冷凝段可用来加热重油、生活用热水及锅炉给水。由于密封性比较好，也可用来加热空气，供空调采暖用。将热管换热器应用于船舶柴油机余热回收主要有一个方面，即作为热管余热锅炉独立的回收尾气余热。传统的余热锅炉存在体积大、传热面积的限制、传热系数较低、清灰困难等问题。热管余热锅炉把热管作为传热元件，排气在热管蒸发段外侧，传热表面可以充分扩充；水在热管玲凝段外侧，沸腾传热比较稳定的特点，并且热管个别元件的损坏，不会引起蒸汽泄漏事故，确保安全连
22、续运行。但是这并不是唯一的应用方式。若是在对制冷要求比较高的船舶类似渔船，或者在普通运输船上，热管还可以应用于吸附式制冷，同样利用尾气余热来达到制冷的效果，也是一个很重要的方面。22热管换热器在船舶余热利用中的相对优势尤其是在尾气余热回收中，众所周知的，船舶柴油机的热效率一般只有30到40，有将近35的能源热量从烟气中排走。现代船舶柴油机，由于采用了低转速、长冲程及最佳工况选择和即将匹配等新技术，是柴油机的燃烧更为充分和完善，从而大大降低了燃料的消耗。此外，其他各种节能方案的综合应用，如利用柴油机排气能量，驱动涡轮机输出机械工或者发电，利用柴油机冷却水作为海水淡化装置的热源；在柴油机排气烟道中
23、设置废气锅炉，以满足船舶航行时生产和生活的蒸汽需求，从而使船舶综合热能利用达到一个较高的水平。在这些余热回收方案中，都离不开关键的换热设备。热管作为一种高效的传热元件，具有体积小、重量轻、运行安全可靠、维护保养工作量小等特点，在船舶节能应用中具有独特的优点和广阔的前景。船舶航行时必需的能量形式是推力、电能和热能。供应这些能量的装置是推进装置、发电装置翱拱汽装置，这三个装置都直接消耗燃料。从目前船上用的动力装置来看，一般热机的热效率在4050，也即有一半以上燃料的能量作为余热而排除。要降低运输的能耗，一方面要提高热机的效率，另一方面要充分利用排掉的余热。过去的船舶废气锅炉不外乎水管和火管两种，它
24、们的主要特点就是利用管子将冷热流体分开，并通过这些管子来实现热量传递。由于管子存在较大的热阻，从而使传热放率降低，废热利用不充分。采用具有良好传热性能的热管来代替这些管予作为传热元件，不仅可提高传热效率，可且还实现了很小温差下的传热，并将低品位垫源的热量育效地递给需要加热的流体。一般大中型船舶在烟气道内都安装有废气涡轮增压器，能够利用一部分废气的能量。对于回收利用已经经过增压器的低品位余热来说，热管余热锅炉显现出了它独特的优势；而对于船舶制冷来说，热管吸附式制冷系统同样能够很好的利用尾气余热。本章从余热锅炉及吸附式制冷两方面介绍热管在船舶余热回收中的应用。23实现方式及应用前景由于热管换热器在
25、船舶节能方面的独特优势，又由于在余热回收方面的突出特点，所以就需要一种具体的手段或工具来实现这个过程。热管余热锅炉作为热管换热器的一种，很好的做到了这一6点。当前，虽然船舶换热器的技术已经十分成熟，但其传热效率并不能完全满足节能的需要。而与传统的换热器相比，由于热管换热器具有传热效率高、体积小及工作可靠性高等无法比拟的优势；并且船舶换热器的工作温度相对稳定，如柴油机排气温度一般在500以下，可用造价相对较低的碳钢水热管，从而克服了热管对工质要求较高这一局限性。由此可见，热管换热器（尤其是热管余热锅炉）将会在船舶柴油机余热回收中存在广阔的应用前景，从而为提高船舶柴油机的经济性发挥重大作用。24热
26、管在船舶余热锅炉中的应用241结构特点及工作原理原理热管余热锅炉是热管换热器的一种，可用于回收流体和固体余热。回收排气余热的气汽式热管锅炉结构如图3所示5。热管元件的一端置于烟道内，另一端插入锅筒中。由于烟气侧和废水侧的换热强度悬殊很大，因而元件加热段较长，并加装翅片，冷却段较短，为光管。工作时烟气放出的热量经热管传给锅筒中的水，水吸热后蒸发成一定压力下的饱和蒸汽，由锅筒顶部引出，供动力、工艺加热或生活用。热管式余热锅炉是由若干组热管联箱同其外壳组装而成。其中每组热管联箱又由若干根热管与其冷凝侧外夹套管组焊而成的，为增大传热面积，其加热外表面一般都焊有若干片高频焊环形翅片，各热管之间彼此独立，
27、构成各自的独立封闭传热系统。图3热管余热锅炉示意图242热管余热锅炉的分类虽然在不同的热源条件下，热管余热锅炉的结构会有所不同，但根据热管元件自身特点，和换热组件构造特点这两个主要方面来划分热管余热锅炉的类型，可划分成5类。1若余热锅炉的全部换热组件均由整体式热管元件和管套式冷凝端构成，则称之为整体套管式余热锅炉。2若余热锅炉的全部换热组件均由整体式热管元件和锅筒式冷凝端（沸腾端）构成，则称之为整体锅筒式热管余热锅炉。3若余热锅炉的全部换热组件均由分离式热管元件构成，且冷凝段在加热段之上，借助重力即可使热管工质密闭循环，则称之为重力分离式热管余热锅炉。4若余热锅炉的全部换热组件均由分离式热管元
28、件构成，且冷凝段在加热段之下，需要借助外热源加热回液管以使热管内工质密闭循环，则称之为热力分离式热管余热锅炉。75若余热锅炉全部换热组件是上述四种中的任意二种的组合或上述任一种与非热管换热组件的组合，则称之为组合式余热锅炉12。而现今船舶上应用最多也最为方便的是第三种，即重力分离式热管余热锅炉。243关于余热回收的可行性研究作为在船舶柴油机尾气回收中的最主要实现方式，对其可行性的研究是非常必要的。1热管余热锅炉的特性热管余热锅炉在设计原理上，结合水管锅炉的烟气流经管外，通过外翘片强化传热的长处和火管锅炉水在气泡中稳定沸腾的优点。因此结构紧凑性好，经济性也好，从成本效率来看，比其他形式的热回收装
29、置更为合理。由于烟气侧的一端装有翘片，强化了传热，加之热管及其有效的传热特性，使热管余热锅炉比普通余热锅炉效率提高了50左右，而压降却小50。在同等性的基础山相比，前者的重量和占地空间仅为后者的一半。在结构设计上，每个热管式独立安装的，互不相连，这样不仅是拆装和更换方便，而且个别管子损坏亦不必停车，因为工艺气流与空气是完全隔开的。并且，热管余热锅炉由于本身所具有的传热效率高，结构紧凑，尺寸小、重量轻，蒸气与热源之间有双重阻隔，热应力显著减小，阻力小，压降低，安全可靠等特点，可以将管壁温度控制在硫化物露点温度之上，所以是低温回收成为可能。2热管余热锅炉与其他两种锅炉的对比及其优点我过现有船舶在柴
30、油机排气道中安装的废气锅炉，绝大部分采用烟管式废气锅炉。这种锅炉结果简单，清理方便；但气烟侧换热效率低，因此重量中、体积大、生汽时间长。且汽水分界面上烟管极易腐蚀，寿命较短。另一种常用的废气锅炉式强制循环式废气锅炉。它的热效率较高，但须装设强制循环水泵，张纸比较复杂。另外，由于其受热面为盘香管式，烟气和水仅隔一层管壁，结果使工作可靠性更差，且管内水垢只能用化学清洗，需增设酸洗设备，定期清洗，这样更增加了装置的复杂性和维修工作量。（1）热管余热锅炉与其他两种锅炉的对比具有特点结构紧凑，质量较轻，适合船上使用；工作时热应力较小，水循环及沸腾工况的稳定性得到改善；水侧和烟气侧有双重隔离，比较安全可靠
31、；烟测清灰和水侧除垢都比较方便；单根热管可以拆换，管理维护工作量较少；相同热量条件下，两者价格相仿，但热管锅炉寿命较长。（2）热管余热锅炉的优点热管由于外壁带有螺旋翘片，增加了传热面积，单管传热强大大（相对光管）；工作介质循环式是靠地球重力和压差发挥作用，无需外加动力，无机械运行部件，增加了设备的可靠性，也极大地减少了运行费用；由于其冷、热两端热阻方便可调，便于控制管壁温度，从而有效地解决设备的露点腐蚀；根据工艺要求，可以进行顺逆混合布置，适用较宽的温度范围；热交换系统由众多热管组装而成，各热管之间相互独立，一根或几根热管损坏或失效不影响整个系统的安全运行，只是换热器整体效率会有所降低而已；由
32、于采用夹套结构，使设备水侧能够承受较高的压力范围；外壳为钢板连续焊接，无检查门及其他孔洞，密封性很好5。3热管余热锅炉的使用（1）热管余热锅炉的烟气出口温度应控制在合适的范围内，依靠热管传递热量是热管余热锅炉的一大特性。热管本身需要50的启动温度，因此，余热锅炉的烟气出口温度应是饱和蒸汽温度50。如果出口温度低于此温度，那么排热管将难以发挥其原有的功效，这不但加大了制作成本，增加了设备的阻力，而且导致资源的浪费。（2）选用合适的蒸汽压力。一般来说，蒸汽压力越大越好，所需的余热量也会随着蒸汽压力的增大而增大，但是通常余热量是一个定值，受到很大的限制。因此，应充分考虑到余热的回收效率以及设备的成本
33、，设置一定的蒸汽压力。（3）在利用高效节能型的低温烟气的余热时，应选用获取高余热利用率的锅炉，波纹型热管余热锅炉成为其首选，较之其他形式的余热锅炉，它更能充分回收并利用余热，真正实现节能的效果，8柴油机在选择余热回收设备时应因地制宜的进行。既保证资源的有效利用，又能减轻环境的污染10。244船舶余热回收中的困难及解决方法由于船舶本身所具有的特殊性，不可避免的使热管在其中应用时会遇到一些困难以及缺陷，这时候就需要我们来做出相应对策，确保它的安全、可靠、经济、实用21。1造价问题。由于对制造工艺极材质的要求很高，当前的技术还不能确保热管足够的廉价，故与传统的换热器相比，热管的价格要高出很多，这是限
34、制热管广泛之用的最主要因素。因为船舶换热器的工作温度相对稳定，如柴油机排气温度一般在500以下，可用造价相对较低的碳钢水热管，从而克服了热管对工质要求较高这一局限性，从而可以在热管材料选择这方面来降低其在船舶上的使用和成本及造价。2热管工质。热管对工质的要求很高，必须根据实际应用的环境温度来选择工质，而现在还没有一种能广泛适合各种工作温度下的工质。如果热管换热器运行的环境温度发生变化，热管换热器的效率及可靠性也会发生变化。其中很重要的一个因素就是上边提到相容性，简单地说也就是工质和管材在热管的工作温度范围内不起化学变化。而其本身的物理因素和安全经济方面的考虑也是必要的。所以就工质与管材相容性确
35、定，是非常重要的。目前和管材的相容性实验已经做了很多，提出了不少寿命试验报告，寿命试验的时间从几个月到几年，提出了若干公认的工质和管材的最佳组合。例如，实验证实，水和铜是一对最佳组合，甚至连续几年的寿命试验都没有发现热管性能的任何变化，这就是为什么水铜热管被广泛采用的原因。尤其对于适用于柴油机的中温热管来说，铜水是最好的组合，但因为铜的成本比较高，强度又较低，所以用碳钢做管材的碳钢水热管便受到了重视。而水作为其中的工质，加上其适宜的汽化潜热和蒸气密度值，以及安全可靠等因素，确实成为船舶热管换热器工质选择的首选。3热管参数。热管直径、长度和翅片的结构参数等对热管换热器的传热及流阻性能影响较大，并
36、涉及换热器的紧凑性、投资和运行费用。在设计热管时所依据的都是经验，当废气的流量、温度一定时，如何确定热管的直径、翅片高、翅片厚度、翅片间距、热管间距、热管长度等结构尺寸没有准确依据，这也影响了热管换热器的应用。所以平时的实验数查找整理及记录就起到了很重要的作用。当我们自己没有经验时，别人的成果就恰好弥补了自己的不足。4积灰问题。对于灰尘较多的烟气，如其在热管换热器中流动速度过高，虽然能提高热管的换热能力，但亦会加速热管的磨损，且增大烟气流动阻力；速度较小时，热管翅片上又易积灰，使热管的换热能力下降，严重时会脏堵换热器，影响换热性能。所以可以采用的方法有（1）在烟箱上开装转换阀门的办法，短时间内
37、让全部烟气通过一半截面，来增加烟气的流速，达到很好的吹灰目的。（2）可以在烟气的迎风面放置导风板，在运行中定期改变导风板的方向，迫使烟气单侧通过，提高烟气流速，进行自吹灰。这种方法投资少，运行费用低。（3）利用防尘剂方法，使换热器的结渣变得疏松易于清灰，而且还能有效解决换热器冷端的腐蚀，但这种方法投资费用相当高。（4）利用吹灰介质喷射的动压头，以清扫受热面上积灰的方法。吹灰器性能比较好，对松散性和粘结性积灰吹灰效果较好，是目前常用的吹灰方法。5液液换热问题。因液体间的对流换热系数较大，故在热管换热器中，液液式热管换热器应用不多。这大大限制了其在船舶换热器中的应用范围。故而对液液式热管换热器的研
38、究及改进让其适合船舶应用是必不可少的。具体措施如下（1）在热管总长度一定的情况下，随着蒸发侧长度增加，传热系数减小，但传热面积增加。因9此，蒸发侧长度的设定要综合考虑流体的传热能力以及翅片对传热的强化作用，一般可以取管长的50左右。（2）翅片厚度对热管的传热系数和传热量影响很小，但对阻力影响较大，在机械强度、工艺及使用寿命允许的前提下应尽可能选择较薄的翅片。（3）采用小管径热管可以增强传热，提高换热器的紧凑性，但要考虑结构强度及流动极限等因素。（4）翅片间距对传热量和阻力的影响比较大，翅片间距越小，传热量越大，阻力也越大。因此，翅片可以在阻力允许的范围内尽可能增大分布密度。6热管废气锅炉不能较
39、长时间脱水。热管锅炉脱水时间过长会造成热管真空破坏，整台锅炉失效。于是可以采用一套水位报警自控装置，通过一次低水位报警，一次极低水位报警以及自动开启蝶阀装置，让烟道旁通，从而保证热管废气锅炉不会较长时间脱水4。前面所讲到的这些问题只是从客观角度来说的，从我们自身出发，从事这一方面研究的人员也要做出自己的努力，可从如下几方面着手来加速开发热管余热锅炉产品进程首先，我国目前从事热管余热锅炉开发的研制人员本身就不多，业内人士应加强联合协作，宜尽早成立相应的行业协会，以求统筹策划、合理分工、高效协作。还有是要尽可能加强与余热锅炉行业间的协作，取他山之石，做大规模，提升档次，开拓市场。其次，业内研发人士
40、应放开思路，研制分离式与整体式组合或两者与常规余热锅炉组合的组合余热锅炉，不要怕打乱界线，要寻求余热利用装置的合理化、高效化和大型化。要尽可能提高热管余热锅炉的自控水平，完善安全操作规程和检修维护等制度，提高设备的使用率和使用寿命。要尽可能地充分考虑系统的优化，合理选择蒸汽参数和热管余热锅炉结构形式，以提高整个余热利用系统的效率。再次，着重开发可靠的高效的热管换热组件模块，并将热管余热锅炉其他部位模块化，以便组合运输和安装，提高设备的可靠性和通用性。借助计算机和有关软件可以高效地开展此项工作。多年的实践证明，整体套管式和重力分离式换热组件模块具有较大的发展潜力。最后，任何一种产品的发展过程都伴
41、随着研究者对产品的不断认识过程，产品藉此得以改进和提高。事实上，产品一旦问世，就会出现社会对这一产品的评价，最常见的是用户产品使用情况的反馈以及专家们对产品的鉴定意见。然而，由于缺乏统一的方法，加上反馈意见和信息的局限，往往使以往对产品的评价或多或少带有某些片面性和随意性，影响了产品的进一步提高。因此，很有必要尽早制定一套热管余热锅炉的评价方法和体系，以避免产品开发的盲目性，提高产品的适应性和先进性。245船舶中的应用实例上海长江轮船公司从83年开始研制船用热管废气锅炉,第一台安装在江申2号申汉客轮上,汽压段低,只有02MPA，安装在原烟管废气锅炉的后面,进一步回收余热这台锅炉是一次中间试验,
42、它证明热管废气锅炉在船舶振动大,烟气流速较大的情况下是完全能适用的。85年我们用热管废气锅炉代替烟管废气锅炉,设计了一台CRG300热管废气锅炉于86年6月安装在长江81001轮上,正式投运后我们进行了测试,测试数据如下4回收总热量27516KW蒸汽出率370KG/H烟气进口温度360烟气出口温度200温差160蒸汽压力05MPA传热系数（K）277W/烟道阻力250PA10这台锅炉与原来烟管锅炉相比体积缩小25、重量减20，蒸汽出率增加30，而它的最大特点是升汽比原来废气锅炉快一倍，使用一个月以后由于翅片中积灰进行测试，性能略有下降,经过吹灰以后，温差回升到160，蒸汽产量恢复如初，根据实船
43、应用情况可以得到如下结论船用热管废气锅炉比船用烟管废气锅炉性能优越得多，完全可以取代烟管废气锅炉。此后，为了推广应用这种热管废气锅炉，针对各种不同功率的船舶我们开始设计系列产品，目前已经研制了CRG150、200、300、400、500、600、800共七个品种的船用热管废气锅炉，除CRG800尚未生产外，其他均已生产后上船使用，实测的各项指标均达到设计值。目前已有二十余台热管废气锅炉安装在拖轮、客轮、货轮、油轮上，也有部分陆上小电站也应用了我们设计的热管废气热管锅炉，最长的已经使用了6年，情况正常4。25热管在船舶吸附式制冷中的应用目前在船舶实际应用中，能有效利用余热驱动的制冷系统有吸收式制
44、冷系统，系统能够实现运行连续，其COP和制冷功率也比较大。然而，吸收式制冷系统的结构比较复杂，装置体积过大，造价也偏高。最重要的是其四个主要部件即发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器需要自由水平面，不适合船体的颠簸运动状态。因此对于船舶来说吸收式制冷系统应来较为困难。小型船舶在航行作业中人员、设备有限，一般只能作并不复杂的检修，这样对制冷设备在重量、体积、安全可靠以及备件方面比陆用有更高的要求。而吸附式制冷系统恰恰能满足这些要求，它不需要溶液泵或分馏装置，结构简单、无大运动部件、抗振性好、运行费用低，更适用于船舶制冷。工作效率较低是吸附式制冷面临的最大缺点，也是限制其走向市场应用于船舶的主要因素。为
45、了提高吸附式制冷的工作性能，国内外研究者对吸附式制冷技术进行了富有成效的研究性工作，先后从吸附制冷工质对、吸附理论、吸附制冷循环方、吸附床技术等方面取得了一系列研究成果。但与传统蒸汽压缩式和吸收式制冷相比，吸附制冷还不够成熟，存在单位质量吸附剂制冷功率小、吸附循环周期长、吸附床传热能力差等缺点6。其中吸附床的传热特性是影响吸附制冷工作性能的主要因素之一，也是长期以来吸附式制冷技术的研究焦点，一方面直接影响到制冷系统对外界热源的利用效率，另一方面决定着系统的循环周期，从而影响到单位时间的制冷能力，因此增强吸附床的传热能力进而加快解吸/吸附速率是提高吸附制冷效率的关键。而热管的使用使得这一问题迎刃
46、而解。将热管用于吸附床，做成热管式吸附床，利用船舶柴油机尾气余热作为热源，不但换热效果好，而且吸附床结构简单可靠，本身热容也低，同时避免了吸附床与热/冷源流体直接接触，从而解决了在一些实际应用中吸附床的腐蚀问题。各类建立在热管传热基础上的吸附制冷装置，如吸附制冷冷水机、吸附制冷空调器以及吸附制冷制冰机等已经被成功研制出来，并且其中有一些已经成功应用于船舶制冷上7。251结构特点及工作原理传统热管中热管工作介质在蒸发段和冷凝段间的转移通过多孔管芯产生的毛细力作用实现，因而工作介质在管芯中的传质能力通常受到多孔材料性能的限制。为此利用吸附床的吸附作用提出来了一种吸附式热管，其原理如图4所示6。11
47、1蒸汽通道2吸附器3热管翘片4多孔管芯5多孔阀6热管蒸发器7贮液器8冷却空间图4吸附式热管示意图吸附式热管主要包括解吸/吸附段和冷凝/蒸发段，是传统热管技术和固体吸附技术的结合，由于采用了吸附技术从而相对于传统热管该新型热管提高了传质性能。其工作过程主要包括两个阶段第一阶段，吸附器2在加热作用下解吸出制冷剂蒸汽，通过热管翅片3向外界放出热量后冷凝成液态，部分液态制冷剂在压差作用下通过阀门5流入热管蒸发段储液器7内，另一部受到管内多孔管芯4的毛细力作用返回到吸附床内，如此反复直到吸附器解吸完毕，然后关闭阀门5，停止对吸附器加热使其得到冷却第二阶段，管内压力降低后打开阀而完成对制冷剂蒸汽的吸附。2
48、52分离式热管吸附制冷系统吸附制冷机组因具有结构简单、无运动部件、无噪声、抗震性好及几乎不受地点限制等一系列优点，被认为船舶空调的理想制冷方式。利用船舶柴油机高温尾气驱动吸附制冷机可提高能源利用效率。然而，若直接用尾气对吸附床加热解吸，用海水对吸附床冷却吸附均会产生严重的腐蚀现象，造成吸附床传热恶化，缩短制冷机组的使用寿命。热管作为二次换热元件使得吸附床得到间接加热和冷却，避免了上述的腐蚀现象。分离式热管吸附制吸附机组采用氯化钙/活性碳复合吸附剂氨为吸附工质对来解决化学吸附剂氯化钙的膨胀结块及性能衰减现象，每个吸附床均由19根翅片管组成，填充有复合吸附剂188KG。该系统将热源、冷源和吸附床有
49、机地结合在一起。1分离式热管吸附制冷系统的工作流程工作流程主要包括热管加热回路、热管冷却回路、热管型回热回路。吸附床加热解吸时，形成以余热发生装置为热管加热端、以吸附床为热管冷却端的重力型热管加热回路；两吸附床间回热时形成以高温解吸床为热管加热端、以低温吸附床为热管冷却端的热管型回热回路；吸附床冷却吸附时，形成以吸附床为热管加热端、以冷却器为热管冷却端的重力型热管冷却回路。2分离式热管吸附制冷系统的优点与传统吸附制冷机组相比，分离式热管型吸附制冷机组具有以下优势（1）采用热管型回热回路提高了回热效果，且不需要另加回热媒体和回路，降低了系统复杂性。采用多功效热管使其加热、冷却和回热回路有部分重叠，既简化了管路又减少了金属热容。采用氯化钙/活性炭复合吸附剂避免了氯化钙的膨胀结块现象，提高了吸附性能；（2）两流体远程换热的可能性。相距较远的两流体间的换热借助分离式热管可能实现，根据工艺流程的需要来布置蒸发段和冷凝段，然后只需要再布置几根直径较小的气、液连接管，这样就可以避免迁移大流量气体的管道，蒸发段、冷凝段之间可以相距最多达百米7；（3）热、冷流体完全隔离的可靠性。分离式热管中不需要同单管式热管一样设立中间隔板，使得蒸发段和冷凝段所处空间完全独立且相隔一定距离，两个空间只通过蒸气上升管和冷凝液下降管连接，而这些数量少一般2根，管径又较小的连接管与
