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一、熱管在能源工程中的應(yīng)用

1.熱管的工作原理

熱管共有蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段三個(gè)基本的工作段結(jié)構(gòu)，其中位于兩端部分的分別是蒸發(fā)段和冷凝段，位于中間部分的是絕熱段。當(dāng)熱管蒸發(fā)段的一端發(fā)生受熱作用時(shí)，在毛細(xì)材料中就會(huì)產(chǎn)生液體蒸發(fā)的物理效果，并且蒸汽流會(huì)向冷凝段的一端移動(dòng)，在冷凝段的一端由于受到冷卻的物理作用蒸汽流又會(huì)重新凝結(jié)成液體，然后再一次向蒸發(fā)段的一端移動(dòng)，如此循環(huán)反復(fù)移動(dòng)，熱量就會(huì)在蒸發(fā)段和冷凝段兩端互相傳播。

2.熱管技術(shù)所屬領(lǐng)域

目前，工業(yè)企業(yè)各類生產(chǎn)裝置中高溫尾氣、高溫反應(yīng)氣、高溫廢液、高溫廢渣等工藝流體中含有的大量的熱量可以回收利用。合理、有效地利用這部分熱量，不僅會(huì)降低相關(guān)裝置的生產(chǎn)成本、給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還能達(dá)到減少污染、凈化環(huán)境的目的，符合國(guó)家節(jié)能減排的大政策。目前以熱管技術(shù)為核心的節(jié)能裝備已在眾多的高耗能企業(yè)大量應(yīng)用，較為典型的有冶金行業(yè)（鋼鐵企業(yè)）及各類窯爐：在焦?fàn)t煙道、干熄焦、燒結(jié)大煙道、燒結(jié)冷卻機(jī)、高爐熱風(fēng)爐、高爐煤氣鍋爐、電爐煉鋼、轉(zhuǎn)底爐煉鐵、軋鋼加熱爐、各類窯爐煙氣（廢氣）等余熱回收等系統(tǒng)中有大量應(yīng)用；石化、化工行業(yè)（石化、化工企業(yè)）：加熱爐煙氣、煉油催化裂化工藝再生煙氣、一段爐煙氣等化工裝置煙氣的余熱回收及制硫酸過程工藝氣等余熱回收系統(tǒng)中有大量應(yīng)用；電力行業(yè)（電力企業(yè)）：電力行業(yè)鍋爐煙氣利用，如空預(yù)器、低溫省煤器、GGH、MGGH等設(shè)備；交通行業(yè)：在道路交通的凍土災(zāi)害治理工程中熱管被譽(yù)為“青霉素”式的治理技術(shù)。

3.熱管技術(shù)的應(yīng)用

目前，我國(guó)空調(diào)市場(chǎng)平均COP不超過3。而日本國(guó)內(nèi)的空調(diào)器的能效比一般都在4.0~5.0左右。目前應(yīng)用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量2萬tce/a，CO2減排約5萬t/a。根據(jù)室內(nèi)外溫度和室內(nèi)負(fù)荷情況，熱管/制冷復(fù)合型空調(diào)機(jī)組自動(dòng)選擇運(yùn)行制冷模式或熱管模式，在保證室內(nèi)降溫要求的前提下達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目標(biāo)。如新華社發(fā)行中心UPS機(jī)房位于大樓地下一層，機(jī)房?jī)?nèi)共配置三臺(tái)空調(diào)，一臺(tái)海爾5HP空調(diào)（已壞），一臺(tái)格力5HP空調(diào)，一臺(tái)大金3HP機(jī)房專用空調(diào)及一臺(tái)制冷量為4kW的中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管；風(fēng)機(jī)盤管僅在夏季的白天開啟。送風(fēng)采用直吹自由回風(fēng)的形式。空調(diào)室外機(jī)安裝于UPS室外B1層的大廳內(nèi)。改造前，以大金3HP空調(diào)、一臺(tái)5HP格力空調(diào)以及白天有風(fēng)機(jī)盤管工作的狀態(tài)，在設(shè)定溫度20℃的情況下，室內(nèi)溫度能保持22℃。原空調(diào)系統(tǒng)全年能耗為56239.2kWh，折合22.72tce/a。該項(xiàng)目對(duì)新華社發(fā)行中心UPS機(jī)房、電力二科配電室機(jī)房、配電中心機(jī)房三個(gè)機(jī)房分別實(shí)施改造，總改造機(jī)房面積537m2。綜合考慮節(jié)能效益和用戶需求，項(xiàng)目共配置兩臺(tái)型號(hào)為DYRG125-60的熱管/蒸氣壓縮制冷復(fù)合空調(diào)機(jī)組，總制冷量達(dá)到24kW，一用一備，最大限度提高機(jī)房安全性。同時(shí)，由于改造空間限制，拆除了兩臺(tái)5HP空調(diào)，僅保留3HP大金機(jī)房專用空調(diào)以作節(jié)能效果對(duì)比。改造后，兩臺(tái)熱管/蒸氣壓縮制冷復(fù)合空調(diào)機(jī)組全年運(yùn)行能耗為38244.7kWh，折合15.45tce/a。全年節(jié)能量為17994.5kWh，折合7.27tce/a。全年節(jié)能率為32%。節(jié)能技改總投資為235016元，建設(shè)期5個(gè)月，全年實(shí)際節(jié)能量22863.2kWh，節(jié)能效益為22863.2元/年，靜態(tài)投資回收期8年。

二、空壓機(jī)余熱回收技術(shù)

空壓機(jī)是一個(gè)能耗比較大的動(dòng)力設(shè)備，在工作過程中，輸入電能的80%左右會(huì)變成熱量，剩下的20%最終會(huì)變成壓縮空氣能。壓縮機(jī)在工作過程中所耗電能轉(zhuǎn)變成熱量后，另有一部分的能量以廢熱的形式被排放到空氣中散失掉。空壓機(jī)余熱回收節(jié)電設(shè)備的出現(xiàn)通過在螺桿式空氣壓縮機(jī)中加裝余熱回收設(shè)備，根據(jù)冷熱交換原理，將空壓機(jī)運(yùn)行中的高溫油溫，收集利用起來，加熱為55°~70℃熱水。某生產(chǎn)汽車配件的專業(yè)企業(yè)，部分產(chǎn)品生產(chǎn)需要使用到空壓機(jī)和壓鑄機(jī)。使用空壓機(jī)和壓鑄機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，之前多余的熱量只能白白排放到空氣中，浪費(fèi)不少電能，造成了能源的浪費(fèi)。如何將白白外排的余熱回收利用起來，成了企業(yè)最想要突破的問題。企業(yè)現(xiàn)有員工近400人，多年來一直采用電熱水器解決生活熱水，每年耗用的電費(fèi)也是一筆不小的費(fèi)用。該企業(yè)決定用余熱熱回收熱水器代替現(xiàn)有的電熱水器為員工提供生活熱水。空壓機(jī)熱水器采用熱力轉(zhuǎn)換技術(shù)，直接利用空壓機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的高溫進(jìn)行加熱熱水的空壓機(jī)余熱回收熱水器，能夠直接完全免費(fèi)地產(chǎn)出高達(dá)60℃的熱水。熱能回收項(xiàng)目啟動(dòng)以來，廠區(qū)原有的電熱水器已經(jīng)全部停用，每年可為企業(yè)節(jié)省用電量達(dá)82萬千瓦時(shí)。

三、變頻調(diào)速技術(shù)

在實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制中經(jīng)常會(huì)用到的設(shè)備是變頻器，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)控制的方式是改變電源輸出的頻率。在企業(yè)的生產(chǎn)過程中，對(duì)泵類和風(fēng)機(jī)設(shè)備的應(yīng)用非常廣泛，而這類設(shè)備的電能消耗非常大，其耗能占企業(yè)總耗能比重很大。變頻調(diào)速應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、水泵中節(jié)能效果顯著。因此，變頻調(diào)速具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

作者：陳雨沁 單位：長(zhǎng)沙市雅禮中學(xué)