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換熱器提高換熱效率及降低換熱阻力的方法

2021-12-09 10:42:21

第一章節  提高傳熱效率的方法
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      板式換熱器是間壁傳熱式換熱器,冷流體通過換熱器板片傳熱,流體與板片直接接觸,傳熱方式為熱傳導和對流傳熱,提高板式換熱器傳熱效率的關鍵是提高傳熱系數和對數平均溫差。


(1)提高換熱器傳熱系數

      只有同時提高板片冷熱兩側的表面熱系數,減小垢層熱阻,選用熱導率高的板片,減小板片的厚度,才能有效提高換熱器的傳熱系數。

      ① 提高板片的表面傳熱系數

      由于板式換熱器的波紋能使流體在較小的流速下產生湍流,因此能獲得較高的表面傳熱系數,表面傳熱系數與板片波紋的幾何結構及介質的流動狀態有關,板片的波形包括人字形、平直形、球形等,經過多年的研究和實驗發現,波紋斷面形狀為三角形的人字形板片具有較高的表面傳熱系數,且波紋的夾角越大,板間流道內介質流速越高,表面傳熱系數越大;

      ② 減小污垢層熱阻

      減小換熱器的污垢層熱阻的關鍵是防止板片結構。板片結構厚度為1mm時,傳熱系數降低約10%,因此,必須注意監測換熱器冷熱兩端的水質,防止板片結構,并防止水中雜物附著在板片上,有些供熱單位為防止盜水及鋼件腐蝕,在供熱介質中添加藥劑,因此必須注意水質和黏性藥劑引起雜物玷污換熱器板片,如果水中有黏性雜物,應采用專用過濾器進行處理,選用藥劑時,宜選擇無黏性的藥劑;

      ③ 選用導熱率高的板片

      板片材質可選擇奧氏體不銹鋼、鈦合金、鋼合金等,不銹鋼的導熱性能好,熱導率約14.4W/(mk),強度高,沖壓性能好,不易被氧化,價格比鈦合金和銅合金低,但其耐氯離子腐蝕的能力差;

      ④ 減小板片厚度

      板片的設計厚度與其耐腐蝕性能無關,與換熱器的承壓能力有關,板片加厚,能提高換熱器的承壓能力,采用人字形板片組合時,相鄰板片互相倒置,波紋相互接觸,形成了密度大、分布均勻的指點,板片角及邊緣密封結構已逐步完善,使換熱器具有很好的承壓能力,在滿足換熱器承壓能力的前提下,應盡量選用較小的板片厚度;


(2)提高對數平均溫差

      板式換熱器流型有逆流、順流和混合流型,在相同工況下,逆流時對數平均溫差Z大,順流時Z小,混合流型介于二者之間,提高換熱器對數平均溫差的方法為盡可能采用逆流或接近逆流的混合流型,盡可能提高熱側流體的溫度,降低冷側流體的溫度。


(3)進出口管位置的確定

      對于單流程布置的板式換熱器,為檢修方便,流體進出口管應盡可能布置在換熱器固定端一側,介質的溫差越大,流體的自然對流越強,形成的滯留帶的影響越明顯,因此介質進出口位置應按熱流體上進下出,冷流體下進上出布置,以減小滯留帶的影響,提高傳熱效率。



第二章節  降低換熱器阻力的方法


      提高板間流道內介質的平均流速,可提高傳熱系數,減小換熱器面積,但提高流速,將加大換熱器的阻力,提高循環泵的耗電量和設備造價,通過提高流速獲得稍高的傳熱系數不經濟,當冷熱介質流量比較大時,可采用以下方法降低換熱器的阻力,并保證有較高的傳熱系數。

(1)采用熱混合板

      熱混合板的板片兩面波紋幾何結構相同,板片按人字形波紋的夾角分為硬板和軟板,夾角大于90°(一般120°左右)為硬板,夾角小于90°(一般79°左右)為軟板。熱混合板硬板的表面傳熱系數高,流體阻力大,軟板則相反,硬板和軟板進行組合,可組成高、中、低三種特性的流道,滿足不同工況的要求。

(2)采用非對稱型板式換熱器

      對稱型板式換熱器有板片兩面波紋幾何結構相同的板片組成,形成冷熱流道流通截面積相等的板式換熱器,非對稱型板式換熱器根據冷熱流體的傳熱特性和壓力降要求,改變板片兩面波形幾個結構,形成冷熱流道截面積不等的板式換熱器,寬流道一側的角直徑較大,非對稱型板式換熱器的傳熱系數下降微小,且壓力降大幅減小,冷熱介質流量比較大時,采用非對稱型單流程比采用對稱型單流程的換熱器可減少板片面積15%—30%。

(3)采用多流程組合

      當冷熱介質流量較大時,可以采用多流程組合布置,小流量一側采用較多的流程,以提高流速,獲得較高的傳熱系數,大流量一側采用較小的流程,以降低換熱器阻力。多流程組合出現混合流型,平均傳熱溫差稍低。采用多流程組合的板式換熱器的固定端板和活動端板均有接管,檢修時工作量大。

(4)設換熱器旁通管

      當冷熱介質流量比較大時,可在大流量一側換熱器出口之間設旁通管,減少進入換熱器流程,降低阻力,為便于調節,在旁通管上應安裝調節閥。該方式應采用逆流布置,使冷介質出換熱器的溫度較高,保證換熱器出口合流后的冷介質溫度能達到設計要求,設換熱器旁通管可保證換熱器有較高的傳熱系數,降低換熱器阻力,但調節略繁。

(5)板式換熱器形式的選擇

      換熱器板間流道內介質平均流速以0.3—0.6m/s為宜,阻力以不大于100kPa為宜,根據不同冷熱介質流量比,可參照選用不同形式的板式換熱器,表中非對稱型板式換熱器流道截面積比為2,采用對稱型或非對稱型、單流程或多流程板式換熱器,均可設置換熱器旁通管,但應經詳細的熱力計算。

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