太陽能熱水系統(tǒng)的常用換熱設備.doc

換熱設備一、 換熱設備簡介換熱器是這樣一種設備，溫度不同的兩種流體（氣體或者液體）在換熱器內(nèi)流過時，為了防止它們之間的彼此混雜而用固體壁隔開，這樣從進口到出口熱量從熱流體傳至冷流體，熱流體將被冷卻，而冷流體將被加熱。適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結構型式也不同，換熱器按換熱器的結構可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。換熱器通常用在間接太陽能系統(tǒng)和輔助能源加熱設備與太陽能系統(tǒng)輔助加熱的系統(tǒng)中。在太陽能熱水系統(tǒng)，尤其是間接式系統(tǒng)中應用最多是板式換熱器。半容積式換熱器（左）和板式換熱器（右）二、 換熱設備的選擇注意事項1、太陽能集熱器收集的熱量，可直接加熱貯熱水箱中的水；也可通過熱交換器間接加熱貯熱水箱中的水。根據(jù)太陽能熱水系統(tǒng)按生活熱水與集熱器內(nèi)傳熱工質(zhì)的關系可分為下列兩種系統(tǒng)：直接系統(tǒng)和間接系統(tǒng)。間接太陽能熱水系統(tǒng)的熱交換器應根據(jù)水質(zhì)硬度、冷熱水系統(tǒng)壓力平衡、系統(tǒng)形式及大小等條件，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后進行選擇。1) 水質(zhì)總硬度大于150/L（以CaCO3計），冷熱水壓力平衡要求較高的系統(tǒng)宜選擇半容積式、導流型容積式水加熱器。2) 水質(zhì)總硬度小于150/L（以CaCO3計），且冷熱水壓力平衡要求較低的系統(tǒng)可選擇快速式或半即熱式水加熱器?？傊?，采用熱交換器間接加熱生活熱水的系統(tǒng)適用于原水水質(zhì)易于在集熱器盤管或流道中結垢的高硬度水，同時適用于暴露在室外的集熱器具有較高防凍要求的場合。2、在利用熱交換器間接加熱的太陽能熱水系統(tǒng)中，熱交換器換熱不應明顯降低集熱器效率。當集熱器的太陽能收益達到可能的最大值時，熱交換器導致的集熱器效率降低不應超過10%。3、換熱器選擇時一定要跟連接的管路管徑相匹配，一般應使管路的管徑小于換熱器管束的直徑。4、換熱器選擇時要明確換熱器的阻力特性，以便在以后的動力設備選型時準確計算管路阻力損失。一般都要乘以1.2的系數(shù)。5、換熱器的流速不宜過大，以使換熱充分。三、 換熱設備的選型計算(一) 基本方程1. 傳熱方程式式中：是換熱器的換熱量，W;是換熱器的傳熱系數(shù)，W/()；是換熱器的換熱面積,；是熱媒與被加熱水的計算溫度差，即換熱器換熱表面的平均換熱溫度，；不同種類換熱器的計算方法不同，詳見下面計算。2. 熱平衡方程式式中：是熱媒的定壓比熱容;KJ/（）是水的定壓比熱容;4.187KJ/（）、分別是熱媒介質(zhì)的進、出板換溫度；、分別是水的出、入板換溫度；、分別是冷熱介質(zhì)的質(zhì)量流量,/S；(二) 換熱器選型計算換熱設備計算主要是根據(jù)集熱系統(tǒng)的換熱量求得換熱設備的換熱面積。太陽能熱水系統(tǒng)中的換熱器一般用在間接系統(tǒng)和輔助能源系統(tǒng)中。間接太陽能熱水系統(tǒng)的換熱設備涉及到換熱器面積計算和二次側水泵選型計算。首先須知集熱系統(tǒng)換熱量。1. 集熱系統(tǒng)的換熱量式中指集熱系統(tǒng)的換熱量（W）；指太陽輻照度變化系數(shù)，一般取1.51.8,取高限時對太陽能利用有利。指太陽能保證率。指用水定額,L/d;C指水的定壓比熱容，4.18KJ/（）；指熱水的密度，通常取1/L；、分別是熱水終止和冷水水溫，。指年平均日日照小時數(shù)，可由圖集太陽能熱水系統(tǒng)的設計與安裝06SS128上附表查取。2. 換熱設備的換熱面積計算式中指換熱設備的換熱面積（）；指集熱系統(tǒng)的熱損系數(shù)，一般取1.11.2；指由于水垢和熱媒分布不均影響熱效率的系數(shù)，一般為0.60.8；指熱媒與被加熱水的計算溫度差，可按510取值。集熱器性能好，溫差取高值，否之取低值。指傳熱系數(shù),W/()，參見值如下：類型容積式水加熱器導流型容積式水加熱器半容積式水加熱器半即熱式水加熱器板式換熱器W/()380410680150081025001600210020003000注：當設備廠家提供經(jīng)測試的K值時，應以廠家提供的值為準。3. 水加熱器熱媒與被加熱水的計算溫度差按下列公式計算對不同的水加熱器，熱媒與被加熱水的計算溫度差計算方法不同。涉及到不同的換熱器，單獨計算溫度差時，可按下式計算：1) 容積式水加熱器、導流型容積式水加熱器、半容積式水加熱器；式中：指計算溫度差。 、熱媒的初溫和終溫， 、被加熱介質(zhì)的初溫和終溫，2) 快速式水加熱器、半即熱式水加熱器式中指熱媒與被加熱水在水加熱器一端的最大溫度差，；指熱媒與被加熱水在水加熱器另一端的最小溫度差，；若換熱器采用逆流方式，此時：，指換熱器高溫熱媒（來自太陽能集熱系統(tǒng)）入口平均溫度（）；指被加熱水的出口平均溫度（）；指高溫熱媒出口平均溫度（）；指被加熱水的入口平均溫度（）；板式換熱器屬于快速式水加熱器。4. 熱媒的計算溫度應符合下列規(guī)定：1) 熱媒為飽和蒸汽時的熱媒初溫、終溫計算：熱媒的初溫：當熱媒為壓力大于70Kpa的飽和蒸汽時，按飽和蒸汽的溫度計算；壓力小于或等于70Kpa時，按100計算；熱媒的終溫：應由經(jīng)熱工性能測定的產(chǎn)品提供，可按：容積式水加熱器的=；導流型容積式水加熱器、辦容積式水加熱器、半即熱式水加熱器的=5090。2) 熱媒為熱水時的熱媒的初溫、終溫計算：熱媒為熱水時，熱媒的初溫應按熱媒供水的最低溫度計算；熱媒的終溫：應由經(jīng)熱工性能測定的產(chǎn)品提供，當熱媒的初溫=70100時，其終溫可按：容積式水加熱器的=6085；導流型容積式水加熱器、半容積式水加熱器、半即熱式水加熱器的=5080。5. 二次側（水箱和換熱器之間）水泵的初步選擇計算包括二次側水泵的揚程和流量計算。一次側流量計算詳見集熱系統(tǒng)設計的相關章節(jié)。1) 流量計算（1）根據(jù)熱平衡方程式，對板式換熱器兩側的熱、冷流體有：其中：是熱媒的定壓比熱容;KJ/（）是水的定壓比熱容;4.187KJ/（）、分別是熱媒介質(zhì)的進、出板換溫度；（要與間接式集熱系統(tǒng)設計計算溫度對應）、分別是水的出、入板換溫度；（要與間接式集熱系統(tǒng)設計計算溫度對應）、分別是冷熱介質(zhì)的質(zhì)量流量,/S則二次側水泵的流量為：2) 揚程（估）計算式中：Hx二次側循環(huán)泵的揚程（m）；二次側循環(huán)管道的沿程與局部阻力損失（m）；二次循環(huán)流經(jīng)換熱器的阻力損失（壓力降）（m）；流經(jīng)板式換熱器產(chǎn)生的壓力降，具體不同廠家的產(chǎn)品略有不同，在沒有廠家的數(shù)據(jù)的條件下，一般不大于5m水柱，最大一般不大于8m水柱。其他換熱器的參數(shù)根據(jù)生產(chǎn)廠家產(chǎn)品具體而定。換熱器與水箱最低水位的幾何高差（m）； 附加壓力（m），25m。四、 太陽能熱水系統(tǒng)中常用的換熱設備(一) 板式換熱器1、板式換熱器簡介板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過半片進行熱量交換。它與常規(guī)的管殼式換熱器相比，在相同的流動阻力和泵功率消耗情況下，其傳熱系數(shù)要高出很多。板式換熱器的型式主要有框架式（可拆卸式）和釬焊式兩大類，板片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片三種。1) 板式換熱器的基本結構1、固定壓緊板 2、法蘭接口3、橡膠墊圈 4、不銹鋼板片5、活動壓緊板6、下導梁 7、上導梁 8、夾緊螺栓 9、支柱 板式換熱器主要由框架和板片兩大部分組成。板片由各種材料的制成的薄板用各種不同形式的磨具壓成形狀各異的波紋，并在板片的四個角上開有角孔，用于介質(zhì)的流道。板片的周邊及角孔處用橡膠墊片加以密封?？蚣苡晒潭▔壕o板、活動壓緊板、上下導桿和夾緊螺栓等構成。板式換熱器是將板片以疊加的形式裝在固定壓緊板、活動壓緊板中間，然后用夾緊螺栓夾緊而成。2) 板式換熱器的特點（板式換熱器與管殼式換熱器的比較）板式換熱器以其以下優(yōu)點受到廣泛的使用： （1）體積小，占地面積少；（2）傳熱效率高； （3）組裝靈活； （4）金屬消耗量低； （5）熱損失?。?（6）拆卸、清洗、檢修方便； （7）板式換熱器缺點是密封周邊較長，容易泄漏，使用溫度只能低于150，承受壓差較小，處理量較小，一旦發(fā)現(xiàn)板片結垢必須拆開清洗結構緊湊，占用空間很小的空間即可提供較大的換熱面積，不需另外的拆裝空間；相同使用環(huán)境下，其占地面積和重量是其他類型換熱器的1/31/5。2、板式換熱器的運行原理圖冷熱流體逆向流動，通過間壁換熱。3、板式換熱器選擇計算參數(shù)板式換熱器的選型計算主要是確定換熱器的換熱面積。由上面換熱器的面積計算公式確定。若要廠家進行換熱器的校核計算，需提供以下數(shù)據(jù)：A 總換熱量；B 冷熱側的介質(zhì)；C 冷熱側介質(zhì)各自的進出口溫度；D 最高工作溫度；E 最高工作壓力；F 兩側允許的壓力降。G換熱器的尺寸要求等(二) 蒸汽噴射器當熱源是蒸汽鍋爐或者市政熱力高溫蒸汽時，可以通過蒸汽噴射器換熱加熱水箱當中的水。噴射器吸入冷液體，與蒸汽在噴射器內(nèi)部混合，將被加熱的液體噴入存儲水箱。在很多應用中，噴射器造成的循環(huán)是一個優(yōu)點。這樣可保證充分混合從而避免了溫度分層現(xiàn)象。我公司通常采用斯派莎克蒸汽噴射器。1. 蒸汽噴射器的特征與優(yōu)點：a.設計緊湊，重量輕，安裝方便，在水箱內(nèi)不會產(chǎn)生阻礙；b. 對大容量要求容易進行多噴管安裝；c.在噴管內(nèi)蒸汽和冷水進行充分混合，安靜，高效，加熱經(jīng)濟；d.在水箱內(nèi)產(chǎn)生強烈的循環(huán)流動，消除熱分層現(xiàn)象，不會形成二次蒸汽；e.整體采用不銹鋼結構，長的使用壽命，無須維修和維護；f.多種口徑和連接方式，用途廣泛，能滿足大部分客戶要求。2. 蒸汽噴射器的換熱原理圖3. 蒸汽噴射器加熱系統(tǒng)與工作原理示意圖：蒸汽噴射器固定在水箱壁上。運行時，控制器通過水箱內(nèi)水溫采集點的溫度，自動控制蒸汽進入噴射器，經(jīng)過蒸汽噴射器噴頭加熱水箱內(nèi)的水。4. 蒸汽噴射器設計選型方法參數(shù)表及蒸汽流量的估算日需水量（噸）所需蒸汽噴射量(kg/h)在不同的噴射器進口壓力情況下所需噴射器的型號及數(shù)量2 (bar g)3 (bar g)4 (bar g)5 (bar g)6 (bar g)3180IN25M 1個IN25M 1個IN15 1個IN15 1個IN15 1個5300IN25M 1個IN25M 1個IN25M 1個IN25M 1個IN15 1個10600IN40M 1個IN25M 1個IN25M 1個IN25M 1個IN25M 1個201200IN40M 12個IN40M 1個IN40M 1個IN40M 1個IN25M 1個或IN40M 1個301800IN40M 12個IN40M 12個IN40M 1個IN40M 1個IN40M 1個503000IN40M 23個IN40M 2個IN40M 2個IN40M 2個IN40M 12個804800IN40M 34個IN40M 3個IN40M23個IN40M 2個IN40M 2個1006000IN40M 45個IN40M 34個IN40M 3個IN40M 3個IN40M 23個 5. 安裝注意事項噴射器可安裝在蒸汽供應管道上或直接安裝在水箱壁上的內(nèi)螺紋接口上。對于非常大的設