蒸發(fā)式冷凝器分析

蒸發(fā)式冷凝器分析第一頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式冷凝是效率最高的冷凝方式----美國ASHARE系統(tǒng)與設備手冊，第35章第二頁，共十六頁，2022年，8月28日1蒸發(fā)冷凝技術的研究狀況2蒸發(fā)式冷凝器的分類3板式蒸發(fā)式冷凝器傳熱性能分析4蒸發(fā)式冷凝器與風冷、水冷機組及蒸發(fā)冷卻對比5蒸發(fā)式冷凝在實際中的應用6總結第三頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)冷凝技術的發(fā)展自上世紀70年代板式換熱器在制冷裝置中得到應用以來,已經日益受到人們的重視,特別是許多發(fā)達國家,如澳大利亞、美國、日本以及歐洲各國等都非常重視制冷用板式換熱器的研究和應用,世界上一些著名的制冷公司如約克、開利及日立等也相繼在制冷裝置中采用板式換熱器。在我國,制冷用板式換熱器的研究及應用尚處于起步階段,與國外相比,我國在這一領域的研究相對比較滯后。第四頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝器的分類蒸發(fā)式冷凝器按風機的操作不同可分為鼓風式和吸風式(目前大多數采用此類風機),從其換熱的核心部件的結構分為管式蒸發(fā)式冷凝器和板式蒸發(fā)式冷凝器兩大類。管式蒸發(fā)式冷凝器又可以分為水平管式與立管式兩類,目前工業(yè)上應用最多是水平管式蒸發(fā)式冷凝器,通過改變換熱盤管管型結構以達到強化傳熱的蒸發(fā)式冷凝器稱之為異型管蒸發(fā)式冷凝器;將換熱盤管與其他換熱單元體結合起來構成的蒸發(fā)式冷凝器還有填料蒸發(fā)式冷凝器與鼓泡蒸發(fā)式冷凝器。

目前,在傳統(tǒng)的換熱器研究及應用中,已形成了一種“以板代管”的趨勢。第五頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝器板管蒸發(fā)式冷凝技術示意圖及工作原理（1）蒸發(fā)式冷凝器是以水和空氣作冷卻介質，利用水的蒸發(fā)帶走汽態(tài)制冷劑的冷凝熱。（2）工作時冷卻水由水泵送至冷凝管組上部噴嘴，均勻地噴淋在冷凝排管外表面，形成一層很薄的水膜，高溫汽態(tài)制冷劑由冷凝排管組上部進入，被管外的冷卻水吸收熱量冷凝成液體從下部流出，吸收熱量的水一部分蒸發(fā)為水蒸汽，其余落在下部集水盤內，供水泵循環(huán)使用，風機強迫空氣以3-5m/s的速度掠過冷凝排管促使水膜蒸發(fā)，強化冷凝管外放熱，并使吸熱后的水滴在下落的進程中被空氣冷卻，蒸發(fā)的水蒸汽隨從空氣被風機排出，未被蒸發(fā)的水滴被脫水器阻擋豬落回水盤。（3）水盤中設浮球閥，自動補充冷卻水量。第六頁，共十六頁，2022年，8月28日

冷卻水用循環(huán)水泵壓送到豎直排列的冷凝板束的上方,經噴嘴或其他噴淋裝置噴灑到板束上,當制冷壓縮機排出的過熱蒸汽進入冷凝換熱板內時,冷卻循環(huán)水連續(xù)不斷地噴淋在換熱板外側,在冷凝板片的外表面形成水膜而流下,水膜從冷凝板壁吸取制冷劑的熱量后,在蒸發(fā)作用下,部分水蒸發(fā)為蒸汽,被快速流動的空氣帶走,這樣就有效地利用水的蒸發(fā)潛熱,以較少的水達到板內制冷劑氣體冷凝冷卻的目的,增強傳熱效果?？諝獾淖饔弥饕菍⒗淠迤饷媸軣嵴舭l(fā)的水蒸汽帶走,當空氣的溫度低于水溫時,它還可以起一定的冷卻作用,空氣自下而上或者與噴淋水成交叉流動從水膜表面吹過時,除把水蒸氣帶走外,還夾帶一部分小水滴。為了減少水的吹散損失,在冷凝板束與風機之間加裝擋水板,它的作用是盡量把空氣中夾帶的水滴分離下來。

第七頁，共十六頁，2022年，8月28日板式蒸發(fā)式冷凝器傳熱性能分析

液體在重力作用下薄層形式沿壁面向下流動，稱為液體薄膜流。它具有小流量、小溫差、高傳熱、傳質系數、高熱流密度、結構簡單、動力消耗小等優(yōu)點，其傳熱傳質的特點：效率高，強度大，溫度或濃度梯度?。涣髁啃?，消耗功率少；液-固、氣-液相之間的接觸面積大，傳熱傳質充分，過程時間短等。利用液膜進行傳熱傳質已經成為動力、化工、食品等工業(yè)中最重要的單元操作之一。板式蒸發(fā)式冷凝器是基于液體薄膜流傳熱傳質理論和蒸發(fā)冷凝換熱機理開發(fā)出來的一種高效節(jié)能節(jié)水冷卻設備,其工作過程可分為:板內工藝流體冷凝后通過板壁將熱量傳至薄水膜所覆蓋的板外,板外水膜經過蒸發(fā)將熱量傳給空氣,最后空氣將這部分熱量和水汽排出,這是一次典型的以傳質帶動傳熱的過程。影響板式蒸發(fā)式冷凝器傳熱性能的主要因素：噴淋水流量、風速、汽液流向以及工藝流體進出口位置。第八頁，共十六頁，2022年，8月28日就其中一個影響因素噴淋水流量來分析板式換熱器的傳熱性能。為了研究各項因素的影響實驗裝置主要包括蒸汽發(fā)生器、冷凝器(換熱板束)、水循環(huán)系統(tǒng)及風機四部分,其中冷凝器板束間裝有PVC填料,板內工藝流體是水蒸汽。冷卻水用循環(huán)水泵壓送到豎直排列的冷凝板束的上方,經噴嘴噴灑到板束上,當蒸汽發(fā)生器排出的片外受熱蒸發(fā)的水蒸氣被快速流動的空氣帶走,這樣就有效的利用水的蒸發(fā)潛熱,以較少的水達到板內蒸汽冷凝冷卻的目的,增強傳熱效果。第九頁，共十六頁，2022年，8月28日圖2為在風速u為3.5m/s下板外空氣-水兩相逆流、并流、錯流時熱流密度qf隨冷卻水噴淋密度變化的情況。如圖可以看出,3種不同的汽液流向操作,冷凝器板間的熱流密度均是隨冷卻噴淋密度的增大而先增大后減小,且都有一個最高點,這說明在板式蒸發(fā)式冷凝器中存在一個最佳的噴淋密度。在噴淋密度較小時,傳熱板表面沒有被噴淋水完全覆蓋,局部板表面溫度較高而形成‘‘干斑”,這一局部表面的傳熱過程由“蒸發(fā)冷”變成“風冷”,傳熱效果稍差,隨著噴淋密度的增大,直至板表面剛好被噴淋水完全覆蓋,并形成一層非常薄的水膜,板的傳熱表面利用率也達到最大,此時的熱流密度也達到最大值,即并流與逆流情況下,在為0.196kg/(m·s)時,熱流密度同時達最大值,分別為7.23kW/㎡與6.52kW/㎡,而錯流情況,則在為0.186kg/(m·s)時,熱流密度達到最大為5.60kW/㎡。隨著噴淋密度的進一步增大,板表面的水膜厚度開始變厚,水膜的熱阻開始增大,熱流密度也開始有所減小。因而,布水量不足時出現的“干斑”與布水量過大時出現的液膜過厚都會使傳熱效率下降,在板式蒸發(fā)式冷凝器設計時應重點考慮這一因素。第十頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝與風冷、水冷機組對比第十一頁，共十六頁，2022年，8月28日風冷機組、水冷機組與蒸發(fā)冷卻機組的區(qū)別（1Kg水帶走25KJ熱量，1Kg水蒸氣帶走2500KJ熱量）傳熱量：水冷式是風冷式的10倍，蒸發(fā)冷卻式是水冷式100倍，因此蒸發(fā)冷卻式是風冷式的1000倍。（在水冷式冷凝器中冷卻水的溫升一般為Δtw=2~6℃,每1kg水能帶走8~25kJ的熱量,而1kg水吸熱蒸發(fā)可以帶走2450kJ的潛熱量。）

由上述可知，在相同的制冷量下，耗水量：與傳統(tǒng)水冷式相比，蒸發(fā)冷卻式是水冷式的1/100補水量：與傳統(tǒng)水冷式相比，蒸發(fā)冷卻式是水冷式的1/25～1/50。優(yōu)點

1節(jié)地、美觀不需要配置冷卻水塔，節(jié)省占地面積約10～100㎡2節(jié)水、節(jié)能數據顯示，蒸發(fā)冷凝技術比水冷機組節(jié)能35％以上缺點與傳統(tǒng)空調相似，仍采用傳統(tǒng)制冷劑，并不環(huán)保。第十二頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝器與間接蒸發(fā)冷卻冷水機組的區(qū)別冷凝:冷凝是氣體或液體遇冷而凝結，如水蒸氣遇冷變成水，水遇冷變成冰，有相變的過程。冷卻:使熱物體的溫度降低而不發(fā)生相變化的過程。第十三頁，共十六頁，2022年，8月28日城市軌道交通專用板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機組

城市軌道交通專用板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機組適用于地鐵站公共區(qū)、公共區(qū)站臺、設備管理用房、通風換氣房間、變壓器和開關室等需冷空間。

產品特性：

節(jié)地

它采用蒸發(fā)冷凝技術，不需要配置冷卻塔、冷卻水泵以及冷卻水管網系統(tǒng)，解決了長期以來冷卻塔安裝位置困難的問題；它適應靈活的安裝位置，減少或不需設立冷凍機房的特點，節(jié)約地鐵車站占地面積。

美觀

它采用蒸發(fā)冷凝技術，不需要配置冷卻塔，在城市景觀上，解決長起來冷卻水塔室外安裝影響市容及對噪音及“飛水”周圍居民的影響。

節(jié)能它采用蒸發(fā)式冷凝技術，標準工況小整機能效比高，明顯優(yōu)于冷水機組能源效率國家最新等級指標I級水平，比水冷機組節(jié)能15%以上，更比一般風冷機組節(jié)能35%。第十四頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝器實際工程

結合吉林火車站的氣候環(huán)境和使用需求，吉林火車站項目采用了板管蒸發(fā)式冷凝全熱回收新風空調系統(tǒng)，夏季通過新風處理控制室內溫濕度，不設傳統(tǒng)的中央空調系統(tǒng)，實現45%的節(jié)能效益。同時，減少了中央空調系統(tǒng)5%的投資成本。冬季實現室內22℃排風的熱量回收，冬季供暖供熱費用節(jié)省35%以上。該項目是鐵道部節(jié)能減排科研項目之一，吉林火車站是第一個試點，該成果將在鐵道部高鐵建設中大力推廣。第十五頁，共十六頁，2022年，8月28日目前