蒸發(fā)式冷凝器簡介

1、蒸發(fā)式冷凝器簡介:蒸發(fā)式冷凝器是從冷卻塔改進而來，其操作原理和冷卻塔基本相同，主要由換熱器、水 循環(huán)系統(tǒng)和風機系統(tǒng)三部分組成（如下圖）。蒸發(fā)式冷凝器是以蒸發(fā)冷凝和顯熱交換為基礎， 冷凝器頂部布水系統(tǒng)不斷向下噴淋冷卻水， 在換熱管表面形成水膜，換熱管和管熱流體發(fā)生顯 熱交換并將熱量傳遞到管外冷卻水，同時換熱管外冷卻水和空氣混合，冷卻水向空氣放出蒸發(fā) 潛熱（主要換熱方式）而冷卻，從而使流體冷凝溫度更接近空氣的濕球溫度，其冷凝溫度可比 冷卻塔水冷式冷凝器系統(tǒng)低3-5 C。美國ASHRAM統(tǒng)與設備手冊指出“蒸發(fā)式冷凝是效率 最高的冷卻方式”。管被冷卻介質：氨、氟里昂等用戶要求的冷卻介質。空*Utl 口

2、空弋en9*禍辭制出口n芍水蒂watf7n之帚水鼻空*Utl 口空弋en9*禍辭制出口n芍水蒂watf7n之帚水鼻St3* 衿列AB7優(yōu)點：冷凝效果好：蒸發(fā)潛熱大，空氣與制冷劑逆向流動傳熱效率高。蒸發(fā)式冷凝器以環(huán)境的濕球溫度為驅動力利用盤管水膜的蒸發(fā)潛熱換熱，使冷凝溫度接近環(huán)境的濕球溫度，其冷凝溫度可比冷卻塔水冷式冷凝器系統(tǒng)低3-5 C ,比風冷式冷凝器低8-11 T ,這大降低了壓縮機功耗,使系統(tǒng)能效比提高10%-30%節(jié)水：利用水的汽化潛熱換熱，其循環(huán)用水量少，考慮到吹散損失、排污換水等，耗水 量為一般水冷式冷凝器的5%-10%節(jié)能：蒸發(fā)式冷凝器冷凝溫度受限于空氣濕球溫度，而濕球溫度一般比

3、干球溫度低8-14 C,加上上側風機給設備部造成的負壓環(huán)境，其冷凝溫度較低，故壓縮機功耗比低，而冷20%-40%凝器的風機、水泵動力消耗都低，相對于其他冷凝器，蒸發(fā)式冷凝器可以節(jié)能20%-40%初投資和運行費用都低：蒸發(fā)式冷凝器結構緊湊，不需要冷卻塔，占地面積小，制造時易 于形成整體，給安裝維護帶來方便。應用現(xiàn)狀：蒸發(fā)式冷凝器在西方國家應用較為廣泛，在國的應用中，由于西北地區(qū)缺水的實際情況， 蒸發(fā)式冷凝器在西北地區(qū)推廣和應用較多，賓館、辦公樓、商場等民用建筑和廠房車間及冷庫、 溫室等的冷卻空調設備基本都采用了蒸發(fā)式冷凝器，啤酒、食品、飲料、制藥、石油、化工等 行業(yè)也越來越多的采用蒸發(fā)式冷凝器。

4、 在較為濕熱的中南地區(qū)則顯得不足， 經(jīng)一些專家和研究 開發(fā)人員的理論研究和實際改進，證明蒸發(fā)式冷凝器在中南地區(qū)一樣也能取得較好的使用效 果。當傳統(tǒng)冷凝器工作不正常或需要改換時，采用蒸發(fā)式冷凝器也較多。研發(fā)問題：結垢問題:蒸發(fā)式冷凝器結構緊湊，換熱效率高，結垢對其傳熱性能影響相當大。腐蝕問題:蒸發(fā)式冷凝器外殼由于常年處于水與空氣的潮濕環(huán)境下，易于腐蝕。水量的合理分布問題：噴淋水的水量選擇和均勻分布對蒸發(fā)式冷凝器換熱效果有很大的 影響，如果噴淋水量不足，易于在換熱管表面結垢；如果噴淋水量過大，水膜厚度增加， 會增大水膜傳熱熱阻。風機問題：以往國產(chǎn)蒸發(fā)式冷凝器一般為吹風式結構，風機裝在下面，由于擋水

5、板設置 不當，或用戶操作不當，先開水泵后開風機，造成風機接線盒進水短路，使電機燒毀?，F(xiàn) 在多采用吸風式，接線盒放在箱體外，避免與水接觸，一般不存在上述問題，但對風機 葉片要求較高，要能耐腐蝕。振動與噪聲問題：蒸發(fā)式冷凝器運行時噪聲來源有：風機、水泵、冷卻水下落噪聲和箱 體綜合噪聲，主要是風機噪聲。性能研究：影響蒸發(fā)式冷凝器性能的因素有結構參數(shù)和運行參數(shù)。結構參數(shù)主要有：盤管尺寸、盤管 截面形狀、盤管材料、盤管布置形式等；運行參數(shù)主要有：風量、噴淋水量、管冷凝流體流量 等。結構參數(shù)分析：目前蒸發(fā)式冷凝器主要有板式和管式兩種形式。 板式蒸發(fā)式冷凝器具有結構緊湊， 換熱效 率高的優(yōu)點；其缺點是流道較

6、窄，容易堵塞，尤其是在含塵量大的環(huán)境中，隨之時間的增加， 流動阻力變大，容易堵塞，使其換熱效率降低。板式蒸發(fā)式冷凝器難做到布水均勻，表面結構， 維護困難。管式蒸發(fā)式冷凝器優(yōu)點是布水均勻，易形成穩(wěn)定水膜，流道較寬，不易堵塞，流動 阻力?。黄淙秉c是換熱效率低于板式蒸發(fā)式冷凝器。高效傳熱管的研制，管型的改進和管表面性質的改造是蒸發(fā)式冷凝器發(fā)展的一個重要方 面，改變壁面粗糙度和管型結構，增加空氣湍流度，能起到強化傳熱的效果。螺旋槽管橫紋管扎槽管扭曲管在管型改進方面，出現(xiàn)了橢圓管、異滴形管、波紋管和交變曲面波紋管等新型高效盤管在材質研制方面，冷凝盤管大多采用熱浸鋅來防止腐蝕， 近年來國廠家通過采用不銹鋼

7、材 質基本上解決了盤管的腐蝕問題，并大大延長了使用壽命，減輕了重量。管排方式方面，盤管正方形順排時，氣流容易從橫向管間隙中短路流出，而縱向管間隙中 沒有氣流流過；盤管三角形叉排時，管間氣流分布非常均勻，故應盡可能采用三角形叉排方式 布置盤管。管間距的影響：管間距越小，氣流速度梯度越大，導致分布不均甚至產(chǎn)生渦流，流阻較大 且不利于傳熱，但單位體積可排布更多的傳熱管，從而縮小設備體積；管間距增大到合適時， 氣流流場分布均勻，傳熱效率會相應較高，空氣流阻也不大，性能較佳；管間距過大時，氣流 速度梯度又過小，同樣導致分布不均，不利于傳熱且流阻基本不變，體積也相應增大，但管間 距大時設備制造容易，清洗維

8、護簡單。合理的管間距要依據(jù)實際情況的需要，進行選擇。運行參數(shù)分析：2.1來流流場對蒸發(fā)式冷凝器性能能影響的研究：在蒸發(fā)式冷凝器工作過程中，蒸發(fā)發(fā)生于水膜與空氣接觸界面上，為引起水分子在界面上 的汽化，必須有一推動力。在蒸發(fā)式冷凝器工作過程中，水溫和空氣溫度極其接近，且空氣中 水蒸氣分壓較高，水處于一種非飽和或近飽和狀態(tài)，水膜部熱質推動力很小，在水-空氣界面上溫差和濕度差也很小，因此其主要傳熱傳質推動力依靠水膜外空氣的流動。氣流速度場直接決定水向空氣的蒸發(fā)速度，這對以潛熱為主冷卻制冷劑、以傳質帶動傳熱的蒸發(fā)式冷凝器傳熱有決定性作用， 來流流場正是通過影響蒸發(fā)式冷凝器空氣狀態(tài)來影響傳熱 和流動的。

9、2.2水分布對蒸發(fā)式冷凝器傳熱傳質的影響：噴淋密度對蒸發(fā)式冷凝器的傳熱傳質有一個最小噴淋密度的操作條件要求。 這個最小 噴淋密度就是使蒸發(fā)式冷凝器達到較好傳熱性能的噴淋密度最佳值， 它基本不受迎面風速的影 響。噴淋密度過小時，換熱管表面水膜覆蓋不均勻，局部水膜厚度薄，影響蒸發(fā)換熱；噴淋密度過大時，換熱管表面水膜過厚，水膜熱阻變大，阻礙換熱，故噴淋冷卻水要達到最佳噴淋密 度最合適。蒸發(fā)式冷凝器循環(huán)冷卻水溫不一定和補水溫度相等，可能大于也可能小于。蒸發(fā)式冷凝器水盤中循環(huán)冷卻水溫度達到穩(wěn)定是需要一段時間的，主要受空氣的濕球溫度影響，但循環(huán)冷卻水溫度最終會達到一個平衡點。在相同的操作條件下，加入填料，

10、循環(huán)冷卻水溫度降低，蒸發(fā)式冷凝器傳熱傳質系數(shù)分別提高。填料的加入，增大了水-氣接觸面積，提高了空氣的利用率，進而提高了蒸發(fā)式冷 凝器的整體傳質性能。典型蒸發(fā)式冷凝器介紹:1.板式蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器的壓降損失主要存在于介質冷凝后氣液兩相流的流動。在管冷凝流動時，隨著蒸汽和冷凝液的比例不斷變化，在不同的汽速下，可能出現(xiàn)分層流或環(huán)狀流等流型，這些因 素導致了很大的壓降損失并增加了熱阻，不利于冷凝傳熱；而在板片冷凝時，由于流體重力作 用，冷凝液將流向板片底部，板片壁形成很薄的一層液膜，這樣就可以使板片長期處于一種高 換熱狀態(tài)，消除了盤管式冷凝器由于盤管底部冷凝流體和油液的停留而造成的不良影響。板

11、式蒸發(fā)式冷凝器的傳熱主要是依靠板壁外表面水膜蒸發(fā)實現(xiàn)冷卻冷凝的目的，而噴淋冷卻水在板壁表面更容易形成連續(xù)性降膜，液體薄膜具有傳熱傳質系數(shù)高，熱流密度大，過程時 間短，結構簡單等優(yōu)點。如果采用合適的板片結構，板外連續(xù)水膜在下降過程中，在流動空氣 的影響下受到干擾將發(fā)生不穩(wěn)定波動， 波動表面溫度分布不均將產(chǎn)生熱毛細力效應，即馬蘭格尼效應，增大了傳熱效率。水膜和空氣溫度隨壁面熱流密度的增大而升高 ，在氣-液相界面處，溫度梯度不連續(xù)，而 溫度始終連續(xù)；氣-液相界面處傳熱的形式以水蒸發(fā)傳質引起的潛熱傳熱為主、空氣顯熱傳熱 為輔，且傳熱熱阻主要集中于水膜，減小水膜的厚度、改進水膜的流動狀態(tài)對提高蒸發(fā)式冷凝

12、 器的性能有重要影響；在空氣流速（2-4m /s）圍，水分蒸發(fā)量隨風速增大而增大，在恒定的水 膜流量下，氣流流速的增加可增大氣-液相界面相對速度，加快氣-液接觸面的更新過程；從 分子運動論的觀點來看，空氣分子動能變大，勢能減小，兩方面的共同作用使水、氣的化學勢 差增大，導致水膜的波動頻率和幅度增大，加劇空氣和水膜之間的熱質交換程度，形成“毛細 誘導的蒸發(fā)”，其傳熱量相對于自由表面降膜蒸發(fā)可增加一個至幾個數(shù)量級 冷凝器板間的熱流密度隨冷卻水噴淋密度的增大而先增大后減小，存在一個最佳的噴淋密度。噴淋密度小時，傳熱板表面沒有被噴淋水完全覆蓋，局部表面溫度過高而存在“干斑”，傳熱方式“風冷”傳熱效率低

13、；噴淋密度過大時，水膜厚度過厚，水膜熱阻變大，熱流密度隨 之變小，故布水量要合理。板式冷凝器板間空氣和水并流時傳熱效果最好，逆流次之，錯流最差。并流時，水膜貼壁 流，是典型的連續(xù)性降膜，下降水膜受剪切力的影響被空氣掠帶變薄熱阻減小，熱流密度隨風 速的增大而增大；逆流時，水膜受風拖滯，水膜厚度變厚，熱阻變大；逆流時空氣和水兩相流的湍動加劇，能部分消弱下降水膜因受拖滯變厚而增大熱阻的不利影響，所以逆流比錯流換熱效果好。板冷凝壓力隨冷卻循環(huán)水噴淋密度、 風速的增大而減小。蒸汽對角進出時冷凝壓力比同側 進出時有所升高。蒸汽對角進出時的熱流密度比蒸汽同側進出時大， 更有利于板表面溫度的均勻分布， 提高

14、換熱效率。蒸發(fā)式冷凝器的冷凝能力主要取決于空氣的濕球溫度和干濕球溫差，熱流體冷卻的極限是空氣入口的濕球溫度。濕空氣的干球溫度變化主要取決于空氣和噴淋水膜之間的顯熱交換，而潛熱交換對空氣干球溫度的變化影響很小。波紋板的結構對液膜的流動形式有重要影響，選用尺寸較大、凹槽較淺的波紋板有利于水膜的均勻分布和增加局部傳熱、傳質速率。填料組合板元蒸發(fā)式冷凝器：增加了板間空氣流道的距離，并在其中加入填料代替金屬板 片進行傳熱。利用填料代替金屬板片進行傳熱不僅提高了設備的換熱性能還降低了產(chǎn)品成本。用填料代替板片進行傳熱，噴淋水落到填料表面形成水膜，與流動空氣進行對流傳熱傳質， 研究表明循環(huán)水溫度對蒸發(fā)式冷凝器

15、傳熱傳質的影響很大，循環(huán)水溫度降低1.1-2.0 C，在相同操作條件下，冷凝器的傳熱傳質系數(shù)可以分別提高 7.2%-16.9%和34.5%-63.4%。在板間加裝 填料進行傳熱，增加了氣液兩相的接觸面積，提高了空氣與噴淋水間的傳熱傳質，有效的降低 了循環(huán)水溫度和產(chǎn)品成本，從而提高了設備的傳熱性能和經(jīng)濟性。2.套管蒸發(fā)式冷凝器的理論研究：套管蒸發(fā)式冷凝器是一種新型的換熱器，它結合了套管式冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器的優(yōu)點， 具有節(jié)水，節(jié)能，傳熱能力比蒸發(fā)式冷凝器更強的優(yōu)點，更利用了換熱空間，使得傳熱能力大 大增強。在相同情況下，它的熱流密度大約為蒸發(fā)式冷凝器的1.5倍。正太集團開發(fā)的套管蒸發(fā)式冷凝器經(jīng)試

16、驗證明機組性能系數(shù)達4.5 5.0，比現(xiàn)有機組高20%- 85%水泵配置電機功率減少30%- 60%。III崗壓氣體制冷劑循坯冷卻水III崗壓氣體制冷劑循坯冷卻水外營 耗結的制滄劑a itt圖套管蒸發(fā)式冷凝器換熱管結構示意圖套管蒸發(fā)式冷凝器結構及工作原理：套管蒸發(fā)式冷凝器所用的換熱管由管和外管組成，比 普通的蒸發(fā)式冷凝器的換熱管部多了管， 更充分地利用了部的換熱空間，使得制冷劑的一部分 熱量可以傳遞給管中的冷卻水。 考慮到制冷劑在水平管（外管）凝結時會形成分層流，為了防止 管被外管下部液池所淹沒，該套管式結構采用了偏心布置（管在外管圓心偏上）。冷凝器運行時， 高溫高壓的制冷劑蒸氣進入外管形成的環(huán)形通道，在管的外壁和外管的壁凝結，將熱量傳遞給 管中流動的冷卻水和噴淋到外管外壁上的冷卻水膜。而外管外壁上冷卻水膜與空氣之間的熱質傳遞過程與傳統(tǒng)蒸發(fā)式冷凝器相同。顯然，這種套管式的換熱盤管結構使得在同樣的換熱體積 比單管結構多出了管部分的換熱面積， 從而較傳統(tǒng)的單管結構的蒸發(fā)式冷凝器具有更為緊湊的 結構，具備