熱管在蒸汽機(jī)車(chē)上能否應(yīng)用？這就要看熱管在蒸汽機(jī)車(chē)上應(yīng)用的不利條件和有利條件了。
熱管在蒸汽機(jī)車(chē)上應(yīng)用的不利條件分析：
(1)缺乏蒸汽機(jī)車(chē)熱管空氣預(yù)熱裝置的資料。雖然熱管在外國(guó)應(yīng)用非常廣泛，生產(chǎn)已系列化，但是，沒(méi)有蒸汽機(jī)車(chē)熱管空氣預(yù)熱裝置的實(shí)力可遵循，當(dāng)然也就沒(méi)有這方面的資料可參考了。
(2)蒸汽機(jī)車(chē)是運(yùn)輸式設(shè)備，尤其蒸汽機(jī)車(chē)發(fā)展到現(xiàn)在，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)很緊湊，幾乎沒(méi)有能放下熱管裝置的空隙，又加上蒸汽機(jī)車(chē)的排煙量特別大，M1=22865kg/h，這就給熱管裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了非常大的困難。
(3)熱管裝置是裝在蒸汽機(jī)車(chē)的排煙箱中，由于排煙箱中的煙灰特別多，這就特別容易使熱管積灰，甚至使熱管的翅片堵塞。
(4)由于在蒸汽機(jī)車(chē)的排煙中夾雜著許多未燃燒的顆粒，并且這些顆粒以高速流動(dòng)，這就容易磨損熱管，有可能將熱管上的翅片很快磨損壞。
(5)由于蒸汽機(jī)車(chē)的煙氣量和空氣量都很大及機(jī)車(chē)上空間的限制而使可選取的熱管數(shù)目很少，這使煙氣和空氣的流通面積減小，必須使煙氣和空氣的流速提高(比固定式的要高2~3倍)，因而所產(chǎn)生的阻力就高，甚至?xí)绊懙綑C(jī)車(chē)的排煙等。
上述問(wèn)題都是熱管在蒸汽機(jī)車(chē)上應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，如果這些問(wèn)題不解決，熱管在蒸汽機(jī)車(chē)上的應(yīng)用是談不上的。
下面分析和解決這些不利因素：
(1)熱管在蒸汽機(jī)車(chē)上應(yīng)用的目的是從排煙中回收熱量，然后去加熱進(jìn)入爐膛的空氣，是屬氣-氣換熱，它屬于中溫?zé)峁軗Q熱，這種熱管空氣預(yù)熱裝置，雖然在蒸汽機(jī)車(chē)上沒(méi)有應(yīng)用的實(shí)例，但是，對(duì)固定式熱管換熱器已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用，這種形式熱管的經(jīng)驗(yàn)是成熟的。因此，可以說(shuō)個(gè)不利的因素基本上得到解決。
(2)在蒸汽機(jī)車(chē)熱管空氣預(yù)熱裝置設(shè)計(jì)上遇到的困難是整臺(tái)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)多次的方案設(shè)計(jì)與探討在不改動(dòng)現(xiàn)有排煙箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的條件下，不得不為了縮小熱管裝置的尺寸而采取回收熱量較少的方案，即熱管數(shù)目較少的方案。
(3)關(guān)于積灰的問(wèn)題，在蒸汽機(jī)車(chē)燒型煤的情況下，采用熱管裝置在減少積灰問(wèn)題上是非常有利的，除此之外，為了減少積灰，還采取下面一些措施:
①加大翅片間距;②加大管束間距;③控制煙氣流速，根據(jù)鍋爐中管排設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)管道中干煙灰，當(dāng)煙氣的流速是在接近8m/s以上流經(jīng)管排時(shí)是不容易因積灰而堵塞的;④讓煙氣首先經(jīng)過(guò)火星網(wǎng)和兩次轉(zhuǎn)90°的彎，使其較大的煙灰顆粒甩掉之后再進(jìn)入熱管裝置;⑤現(xiàn)在正做熱管翅片積灰的試驗(yàn)，如果設(shè)計(jì)的翅片間距還小，準(zhǔn)備再加大翅片間距;⑥考慮到管子積灰區(qū)主要是在管后的渦流區(qū)，為了減少渦流區(qū)的積灰，采取叉排排列的管束;采取叉排管束對(duì)傳熱系數(shù)的提高也是非常有利的。
(4)關(guān)于磨損問(wèn)題，主要是對(duì)熱管加熱段翅片的磨損，解決的辦法:①加厚翅片，由原先的0.8mm加到1mm;②控制煙氣流速，根據(jù)鍋爐管排設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，如果煙氣的流速在不超過(guò)12m/s時(shí)煙氣對(duì)管子的磨損是不太嚴(yán)重的，考慮到積灰和磨損，我們控制煙氣流過(guò)熱管的速度在6~10m/s之內(nèi);③采用加大翅片間距和加大管束間距以及把熱管裝置放到火星網(wǎng)和使煙氣轉(zhuǎn)兩個(gè)90°的彎之后，這樣做對(duì)減少熱管的磨損也都是有好處的。
(5)關(guān)于流動(dòng)阻力問(wèn)題，雖然煙氣和空氣經(jīng)過(guò)熱管的流速都很高，因而相應(yīng)的流動(dòng)阻力都較大，但經(jīng)過(guò)計(jì)算，煙氣側(cè)和空氣側(cè)的流動(dòng)阻力加起來(lái)不超過(guò)80mmH2O，這樣大的阻力在裝有扁煙筒的情況下是能通過(guò)的。
雖然熱管在蒸汽機(jī)車(chē)上應(yīng)用所存在的問(wèn)題基本上得到解決，但終究是次嘗試，所以，計(jì)算和探討得出來(lái)的結(jié)論都要由實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。
通過(guò)具體計(jì)算與實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論:
(1)熱管應(yīng)用到蒸汽機(jī)車(chē)上，從排煙的廢熱中回收熱量去加熱進(jìn)入爐膛空氣的方案是可行的。由于熱風(fēng)進(jìn)入爐膛助燃，提高碳燃燒溫度，對(duì)減少二氧化碳的排放，非常顯著。
(2)為了不改動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，選用熱負(fù)荷較小的方案是適合的。采用92根熱管，在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，進(jìn)入爐膛的空氣溫度可以升高60~70℃，每小時(shí)可以回收約35萬(wàn)千卡的熱量。熱量回收率為16%左右。
(3)關(guān)于積灰、清灰和磨損等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)采取一系列措施，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究均得到了滿(mǎn)意的結(jié)果。
(4)關(guān)于節(jié)能減排:①二氧化碳、②黑煙、③火星、④黑灰渣，其中關(guān)鍵是二氧化碳(CO2)，碳是各種燃料中主要的可燃物質(zhì)，1kg碳完全燃燒時(shí)能放出8100kcal的熱量，但碳本身要在比較高的溫度下才能燃燒，一般是不容易燃燒的，所以在熱風(fēng)助燃下，提高燃燒溫度，二氧化碳的排放量就可以大大減少。
熱管在蒸汽機(jī)車(chē)或類(lèi)似蒸汽機(jī)車(chē)的熱力設(shè)備上的應(yīng)用、推廣是一定會(huì)實(shí)現(xiàn)的，熱管技術(shù)必將在節(jié)約能源中發(fā)揮更大的作用。
熱管復(fù)合相變換熱器應(yīng)用到蒸汽機(jī)車(chē)上，經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行，性能穩(wěn)定可靠，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，已經(jīng)由鐵道部組織召開(kāi)的技術(shù)鑒定會(huì)通過(guò)鑒定。