换热器的类型用途及特点.PDF

换热器的类型、用途及特点 1.1 换热器的用途 把热量从热流体传递到了冷流体的设备称为换热设备。它是化工、炼油、动力、食 品、轻工、原子能、制药及其他许多部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂中， 换热设备的投资约占总投资的 10% ～20% ；在炼油厂中，约占总投资的35% ～ 40%。 在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的 流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要，此外，换 热设备也是回收余热、废热特别是地位热能的有效装置,例如，烟道气（约 200 ～ 300℃ ）、高炉炉气（约1500℃ ）、需要冷却的化学反应工艺气（300 ～ 1000℃ ）等的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供热、供汽、供电和动 力的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗和电耗，提高工业生产经 济效益。 在工业设备中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了各种不同形式和结 构的换热设备[1]。 1.2 换热器的类型及特点 换热器按作用原理可分为以下几类[2] （1 ）直接接触式换热器 这类换热器又称为混合式换热器，它是利用了冷、热流体直接接触，彼此混合进行 换热的换热器。如冷却塔、气压冷凝器等。为增加流体的接触面积，已达到充分换 热，在设备中常放置填料和栅板，通常采用塔状结构。直接接触式换热器具有传热 效率高、单位容积提供的传热面积大、设备结构简单、价格便宜等优点，但仅适用 于工艺上允许两种流体混合的场合。 （2 ）蓄热式换热器 这类换热器又称为回热式换热器，它是借助于由固体（如固体填料或多孔性格子砖 等）构成的蓄热体与流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热 器。在换热器内首先由热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后由冷流体通过， 由蓄热器把热量释放给冷流体。由于两种流体交替与蓄热体接触，因此不可避免地 会使两种流体少量混合。若两种流体不允许有混合，则不能采用蓄热式换热器。蓄 热式换热器结构简单、价格便宜、单位体积换热面大，故较适合用于气-气热交换 的场合。如回转式空气预热器就是一种蓄热式换热器。 （3 ）间壁式换热器 这类换热器又称为表面式换热器。它是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔开 ， 互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器是工业生 产中应用最广泛的换热器，其形式多种多样，如常见的管壳式换热器和板式换热器 都属于间壁式换热器。 （4 ）中间载热体式换热器 这类换热器是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。载热 体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环 ，在高温流体换热器中吸收热量， 在低温流体换热器中把热量释放给低温物体，如热管式换热器。 其中,用得最多的为间壁式换热器。 1.3 间壁式换热器的分类及特点 间壁式换热器又可分为管壳式换热器，板面式换热器。管式换热器按传热管的结构 形式不同大致可分为蛇管换热器、套管换热器、缠绕管换热器和管壳式换热器。 管式换热器 虽然在换热效率、结构 紧凑性（换热器在单位体积中的传热面积 m2/m3 ）和单位传热面积的金属消耗量（kg/m2 ）等方面都如其他新型换热器， 但它具有结构坚固、可靠、适应性强、 于制造、能承受较高的操作压力和温度等 优点。在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势 ，是目前使用最广 泛的一类换热器。 蛇管式换热器按使用状态的不同分为沉浸式蛇管换热器和喷淋式蛇管两种。沉浸式 蛇管的特点是 ：结构简单，造价低廉 ，操作敏感性较小 ，管子可承受较大的流体介 质压力。但是，由于管外流体的流速很小 ，因而传热系数小 ，传热效率低，需要的 传热面积大，设备显得笨重。沉浸式蛇管换热器常用于高压流体的冷却，以及反应 器的传热元件。 喷淋式蛇管换热器 ：将蛇管成排地固定在钢架上，被冷却的流体在管内流动，冷却 水有管排上方的喷淋装置均匀淋下。与沉浸式相比较，喷淋式蛇管换热器的主要优 点是管外流体的传热系数大，且便于检修和清洗。其缺点是体积庞大，冷却水用量 较大，有时喷淋效果不够理想。 套管式换热器 ：它是由两种不同大小直径的管子组装成同心管，两端用 U型弯管 将它们连结成排 ，并根据实际需要，排列组合形成传热单元 ，换热时 ，一种流体走 内管，另一种流体走内外管之间的环隙 ，内管的壁面为传热面，一般按逆流方式进 行换热。两种流体都可以在较高的温度、压力、流速下进行换热。 套管式换热器的优点是 ：结构简单，工作适应范围大，换热面积增减方便，两侧流 体均可提高流速 ，使传热面的两侧都可有较高