| 高溫熱管換熱器是一種新型高效換熱器，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航天、石油化工等行業(yè)加熱和冷卻生產(chǎn)工藝和廢熱回收過程中。空氣輪機發(fā)電系統(tǒng)要求將空氣預(yù)熱到700℃用來驅(qū)動氣輪機葉片，換熱器性能要穩(wěn)定可靠。高溫熱管換熱器是各種換熱器優(yōu)選方案。
目前我國火電占到全國總發(fā)電量的76～80%，大量煤炭的燃燒不僅產(chǎn)生大量的CO2、NOx等污染物，而且成為溫室效應(yīng)氣體的主要來源。如果發(fā)電效率能夠提高1%，那么全國每年將節(jié)電340億千瓦時以上，節(jié)約標準煤1100萬噸以上，減少CO2排放達到2500萬噸以上。電廠所發(fā)電量中大約3～10%的部分被自身所消耗，如果能夠降低這部分廠用電率，就相當于提高了供電效率。利用鍋爐燃煤釋放出來的熱量來加熱燃氣輪機內(nèi)的空氣，高溫高壓的空氣推動渦輪做功，乏氣作用為二次風的一部分，這是降低廠用電的一個有效措施。
對于大型發(fā)電機組來說，降低廠用電的主要方式是利用小汽輪機驅(qū)動給水泵或者風機等。機組中增加空氣輪機系統(tǒng)，主汽輪機發(fā)電功率不變，同時鍋爐排煙溫度不變。空氣輪機的輸出功全部用來驅(qū)動給水泵，空氣輪機的排氣替代了一部分鍋爐用風，但總折算還是降低了電耗。該系統(tǒng)與鍋爐機組耦合運行時，在機組運行期間可以不受機組負荷率的影響而實現(xiàn)滿負荷運行，年可增加上網(wǎng)電量為518.3萬千瓦時，同時節(jié)約標煤為2.85萬噸。
高溫空氣預(yù)熱器的設(shè)計005與空氣輪機發(fā)電系統(tǒng)相匹配的高溫熱管空氣預(yù)熱器
空氣輪機發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)鍵是高溫空氣換熱器的可靠性和壽命，要求進入高溫換熱器的煙氣溫度850℃，出口溫度700℃，質(zhì)量流量為41kg/s；空氣出口溫度700℃，入口溫度500℃，壓力0.6～0.7MPa。
2.1.1熱管管殼材質(zhì)的選用
管殼選用0Cr25Ni20奧氏體耐熱鋼,鋼中加入Ni、Cr、Nb等元素，經(jīng)時效處理后，鋼中可析出Ni3(Ti,Al)類的金屬化合物形成第二硬質(zhì)相。這些第二相很難長大，在鋼中呈彌散分布，有效地提高了鋼的持久強度。0Cr25Ni20耐熱鋼為奧氏體型鋼，合金晶粒粗化，減少了晶界，在高溫下晶界強度低于晶內(nèi)強度，合金的斷裂常沿晶界發(fā)生，減少晶界就相當于減少了破斷的可能性，從而提高了高溫強度。該種耐熱鋼最高使用溫可達到1200℃，其韌性、可焊性較好，連續(xù)最高使用溫度為1150℃，間歇使用最高溫度為1050～1100℃。它與金屬鈉有良好的相容性，熱管工作時不會發(fā)生失效問題。
2．1．2 熱管工作介質(zhì)的選用
工質(zhì)選擇金屬鈉, 沸點882℃、凝固點98℃、臨界溫度2327℃、密度930kg/m3、氣化潛熱4222kJ/kg、啟動溫度約350℃，熱管的工作溫度在597～1197℃范圍內(nèi)。在高溫下液態(tài)鈉熱管的殼體幾乎不承受內(nèi)壓, 工質(zhì)回流時只有小質(zhì)量流率便可傳遞較高的熱量。
選用純度為99.7%的工業(yè)鈉作用為工質(zhì), 因為鈉和水易發(fā)生激烈反應(yīng)，處理鈉時要在干燥的環(huán)境下進行，要絕對避免與水接觸。這里采用一種簡捷高效的堿金屬充裝工藝“堿金屬非蒸餾充裝方法”，工藝過程如下：
（1）鈉在惰性氣體保護下在透明室中操作；
（2）在透明室中采用天平對鈉量進行計量；
（3）對鈉工質(zhì)進行過濾提純；
（4）采用封口鉗封口，再精確稱量定量；
（5）采用加熱帶對鈉進行熔化控制，并提高熱管充鈉前的真空度；
（6）可一次充裝一根或多根熱管。高溫鈉熱管的整個制造工藝過程復(fù)雜，只有保證準確無誤，才能保證熱管的可靠性和壽命。
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