強化傳熱及換熱器及傳熱效率論文

1、傳熱部分論文強化傳熱1強化傳熱的目的不同的工藝對強化換熱的具體要求也不相同,歸納起來,應(yīng)用強化傳熱技術(shù)可以實現(xiàn)下述目的。減小設(shè)計傳熱面積,以減小換熱器的體積和質(zhì)量。提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力。使換熱器能在較低溫差下工作。減小換熱器的阻力,以減少換熱器的動力消耗。2強化傳熱技術(shù)的種類提高傳熱系數(shù)的傳熱技術(shù)可分為有功強化傳熱技術(shù)和無功強化傳熱技術(shù)兩類。有功強化傳熱技術(shù)需要應(yīng)用外部能量來達到強化傳熱的目的;無功強化傳熱技術(shù)則無需應(yīng)用外部能量。3強化傳熱技術(shù)比較有效并有發(fā)展前景的強化傳熱技術(shù)主要有:處理表面法、粗糙表面法、擴展表面法、流體旋轉(zhuǎn)法及靜電場法等。每種強化傳熱技術(shù)都有其局限性和適用范圍。4國內(nèi)

2、應(yīng)用情況我國強化換熱技術(shù)的研究起步較晚。在處理表面技術(shù)上,大連理工大學(xué)采用磁控濺射離子鍍鉻的方法處理銅管,使傳熱系數(shù)提高40 %以上。華南理工大學(xué)進行過粗糙表面法試驗,得到了優(yōu)化的幾何尺寸。其中西安交通大學(xué)、哈爾濱科技大學(xué)、華南理工大學(xué)、重慶大學(xué)等都有側(cè)重研究,有些成果已工業(yè)化。換熱器技術(shù)改造  哈爾濱氣化廠23#工段洗洗的原工藝是:    粗煤氣徑流洗滌器液滴分離器第一換熱器    技改后的工藝流程為:    粗煤氣徑流流滌器液滴分離器旋風(fēng)分離器高效過濾器第一換熱

3、器    由于粗煤氣中含有焦油,酚水,粉塵在通過么流洗滌器和液滴分離器時并不能把雜質(zhì)完全洗掉,所以進入第一換熱器導(dǎo)致堵。通過技改,利用離心力和具有強吸附能力的特制高溫纖維作為濾料,使粗煤氣中的雜質(zhì)沉降下來,得到截留。防止第一換熱器堵,提高效率,從而達到保護催化劑的作用。提高傳熱效率 板式換熱器是間壁傳熱式換熱器，冷熱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(dǎo)和對流傳熱。提高板式換熱器傳熱效率的關(guān)鍵是提高傳熱系數(shù)和對數(shù)平均溫差。 1 提高換熱器傳熱系數(shù)只有同時提高板片冷熱兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，減小污垢層熱阻，選用熱導(dǎo)率高的板片，減小板片的厚

4、度，才能有效提高換熱器的傳熱系數(shù)。 a提高板片的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由于板式換熱器的波紋能使流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流，因此能獲得較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與板片波紋的幾何結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)的流動狀態(tài)有關(guān)。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。經(jīng)過多年的研究和實驗發(fā)現(xiàn)，波紋斷面形狀為三角形(正弦形表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)最大，壓力降較小，受壓時應(yīng)力分布均勻，但加工困難的人字形板片具有較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，且波紋的夾角越大，板間流道內(nèi)介質(zhì)流速越高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大。 b減小污垢層熱阻 減小換熱器的污垢層熱阻的關(guān)鍵是防止板片結(jié)垢。板片結(jié)垢厚度為1 mm時，傳熱系數(shù)降低約10%。因此，必須注意監(jiān)測換熱器冷熱兩側(cè)的水質(zhì)，防

5、止板片結(jié)垢，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(zhì)中添加藥劑，因此必須注意水質(zhì)和黏性藥劑引起雜物沾污換熱器板片。如果水中有黏性雜物，應(yīng)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。 c選用熱導(dǎo)率高的板片板片材質(zhì)可選擇奧氏體不銹鋼、鈦合金、銅合金等。不銹鋼的導(dǎo)熱性能好，熱導(dǎo)率約144 W/(K) ，強度高，沖壓性能好，不易被氧化，價格比鈦合金和銅合金低，供熱工程中使用最多，但其耐氯離子腐蝕的能力差。 d減小板片厚度板片的設(shè)計厚度與其耐腐蝕性能無關(guān)，與換熱器的承壓能力有關(guān)。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

6、互接觸，形成了密度大、分布均勻的支點，板片角孑L及邊緣密封結(jié)構(gòu)已逐步完善，使換熱器具有很好的承壓能力。國產(chǎn)可拆式板式換熱器最大承壓能力已達到了2.5 MPa。板片厚度對傳熱系數(shù)影響很大，厚度減小0.1mm，對稱型板式換熱器的總傳熱系數(shù)約增加600W/(K)，非對稱型約增加500 W/(K)，因此在滿足換熱器承壓能力的前提下，應(yīng)盡量選用較小的板片厚度。 2 提高對數(shù)平均溫差板式換熱器流型有逆流、順流和混合流型(既有逆流又有順流)。在相同工況下，逆流時對數(shù)平均溫差最大，順流時最小，混合流型介于二者之問。提高換熱器對數(shù)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(cè)流體的溫度，降低

7、冷側(cè)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(yīng)盡可能布置在換熱器固定端板一側(cè)。介質(zhì)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(zhì)進出口位置應(yīng)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。 換熱器換熱器種類很多,但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中,間壁式換熱器應(yīng)用最多。 1 .間壁式換熱器的類型 夾套式換熱器 這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成,結(jié)構(gòu)簡單;但其加熱面受容器壁面限制,傳熱系數(shù)也不高。夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。 沉

8、浸式蛇管換熱器 這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀,并沉浸在容器內(nèi)的液體中。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,能承受高壓,可用耐腐蝕材料制造;其缺點是容器內(nèi)液體湍動程度低,管外給熱系數(shù)小。為提高傳熱系數(shù),容器內(nèi)可安裝攪拌器。 噴淋式換熱器 這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動,冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下,故也稱噴淋式冷卻器，和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。 套管式換熱器 套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管,并由U形彎頭連接而成。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單,能承受高壓,應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目)。 板式換熱器：最典型的間壁式換熱器,它在工業(yè)上的應(yīng)用有

9、著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。主體結(jié)構(gòu)由換熱板片以及板間的膠條組成。長期在市場占據(jù)主導(dǎo)地位，但是其體積大，換熱效率低。為提高管外流體給熱系數(shù),通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束,使湍動程度大為增加。 管殼式換熱器 管殼式(又稱列管式) 換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內(nèi)部裝有平行管束或者螺旋管，,管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進行換熱的兩種流體,一種在管內(nèi)流動,其行程稱為管程；一種在管外流動,其行程稱為殼程。管殼式換熱器，螺旋管束設(shè)計，可以最

10、大限度的增加湍流效果，加大換熱效率。內(nèi)部殼層和管層的不對稱設(shè)計，最大可以達到4.6倍。這種不對稱設(shè)計，決定其在汽-水換熱領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。最大換熱效率可以達到14000w/m2.k，大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。 同時，由于管殼式換熱器多為金屬結(jié)構(gòu)，隨著我國新版GMP的推出，不銹鋼316L為主體的換熱器，將成為飲料，食品，以及制藥行業(yè)的必選。 雙管板換熱器 也稱P型換熱器，是在管殼式換熱器的兩頭各加一個管板，可以有效防止泄漏造成的污染?，F(xiàn)在國產(chǎn)品牌較少，價格昂貴，但決定其市場廣闊。 2.混合式換熱器 混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，

11、只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。 3.蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進行。第一階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。 蓄熱式換熱器一