热管式空气预热器是一种的热量交换设备，广泛用于工业炉、锅炉等系统中，用于回收高温烟气中的热量，提高能源利用效率。
### 一、基本原理
热管是一种依靠自身内部工作液体的相变来实现热量传递的传热元件，其内部是高真空度，工作液体在热端受热时汽化，带走热量，然后在冷端遇冷凝结，释放热量，通过毛细力作用，工作液体又流回热端，如此循环，实现的热交换。热管式空气预热器就是利用热管的这种特性，将高温烟气中的热量传递给冷空气，使冷空气加热后进入燃烧系统。
### 二、结构
1. **热管束**
- 热管束是热管式空气预热器的核心部件，通常由多根热管组成。热管的材质一般为碳钢或不锈钢，内装低沸点的工作液体，如水、氨、甲苯等。
- 热管的一端浸没在高温烟气中（热端），另一端则暴露在冷空气中（冷端）。
2. **外壳与隔板**
- 外壳一般采用钢板焊接而成，其内部通过隔板将烟气通道和空气通道分隔开，保证烟气和空气分开流动，避免混合。
- 隔板不仅起到分隔作用，还能支撑热管，防止热管变形或损坏。
3. **连接与支撑结构**
- 热管与外壳之间一般通过焊接或胀接的方式连接，确保密封性。
- 为了保证热管式空气预热器的整体强度，还会设置一些支撑结构，如肋板、拉杆等。
### 三、主要特点
1. **换热效率高**
- 由于热管的传热特性，热管式空气预热器能够将高温烟气中的大部分热量传递给冷空气，换热效率可达70%-90%以上。
- 这使得进入燃烧系统的空气温度大幅提高，从而提高燃烧效率，节省燃料。
2. **结构简单，便于维护**
- 相比其他类型的空气预热器，热管式空气预热器的结构相对简单，主要由热管束和外壳组成，没有复杂的转动部件，因此维护工作量较小。
- 当热管出现损坏时，可以单独更换某根热管，而不需要整个设备停机维修，降低了维修成本和停机时间。
3. **耐腐蚀性能好**
- 热管的材质可以根据不同的烟气环境进行选择，对于含腐蚀性气体的烟气，可以选用耐腐蚀的不锈钢材料，从而延长设备的使用寿命。
4. **运行安全可靠**
- 热管式空气预热器在运行过程中，烟气和空气之间没有直接的接触，因此不存在因烟气泄漏而引发的安全隐患。
- 并且由于热管的传热特性，即使某根热管出现故障，也不会影响整个系统的正常运行，具有良好的容错性。
### 四、应用
1. **工业锅炉领域**
- 在工业锅炉中，热管式空气预热器可用于回收锅炉尾部烟气中的热量，提高进入锅炉的空气温度，从而提高燃烧效率，降低燃料消耗。
- 例如在电站锅炉、工业蒸汽锅炉等设备中，安装热管式空气预热器后，可使锅炉的热效率提高5%-10%。
2. **加热炉领域**
- 在石油化工、冶金等行业中的加热炉中，热管式空气预热器同样可以发挥重要作用。它可以从加热炉排出的高温烟气中回收热量，用于预热燃烧空气，提高加热炉的热效率，减少能源浪费。
3. **废气处理领域**
- 对于一些产生高温废气的工业生产过程，如陶瓷烧成炉、玻璃熔窑等，热管式空气预热器可以将其中的热量回收利用，同时降低废气排放温度，减轻对环境的热污染。
### 五、存在问题及改进
1. **积灰与堵塞问题**
- 烟气中含有大量的灰尘颗粒，在长期运行过程中，这些灰尘会积聚在热管的热端表面，影响热管的传热性能，导致换热效率下降。
- 为了解决积灰问题，可以在热管式空气预热器的设计中增加清灰装置，如吹灰器、振打器等，定期对热管表面进行清理。
- 另外，还可以通过优化热管的排列方式和烟气流向，使灰尘不易附着在热管表面，减少积灰现象。
2. **热管失效问题**
- 热管在长期运行过程中，可能会由于高温、腐蚀、疲劳等原因导致失效，如热管内部泄漏、堵塞等。
- 为了提高热管的可靠性，需要选择合适的热管材料和工作液体，并在制造过程中严格控制热管的质量。
- 同时，还可以通过增加热管的冗余设计，即在热管束中适当增加一些备用热管，当部分热管失效时，备用热管可以继续工作，保证系统的正常运行。
3. **适应性不足问题**
- 目前的热管式空气预热器在某些特殊环境下的适应性还不够强，例如在高湿度、高腐蚀性、高粉尘等恶劣条件下，性能可能会受到较大的影响。
- 针对这些问题，需要进一步研究和开发新型的热管材料和表面处理技术，提高热管的抗腐蚀性能和抗积灰性能。
- 同时，还可以通过改进热管式空气预热器的结构设计，如采用多级换热、分段换热等方式，使其能够更好地适应不同的工况条件。
热管式空气预热器是一种在能源利用领域具有广泛发展前景的设备，随着技术的不断进步和应用经验的积累，其性能和可靠性将进一步提高，应用范围也将不断扩大。