太阳能热水系统的常用换热设备(共12页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上此节放在辅助热源设备章节之后换热设备一、 换热设备的简介换热器是这样一种设备，温度不同的两种流体（气体或者液体）在换热器内流过时，为了防止它们之间的彼此混杂而用固体壁隔开，这样从进口到出口热量从热流体传至冷流体，热流体将被冷却，而冷流体将被加热。换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器按换热器的结构可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。换热器通常用在间接太阳能系统和辅助能源加热设备与太阳能系统辅助加热的系统中。

2、在太阳能热水系统，尤其是间接式系统中应用最多是板式换热器。二、 换热设备的选择注意事项1、 太阳能集热器收集的热量，可直接加热贮热水箱中的水；也可通过热交换器间接加热贮热水箱中的水。根据太阳能热水系统按生活热水与集热器内传热工质的关系可分为下列两种系统：直接系统和间接系统。间接太阳能热水系统的热交换器应根据水质硬度、冷热水系统压力平衡、系统形式及大小等条件，经技术经济比较后进行选择。1) 水质总硬度大于150/L（以CaCO3计），冷热水压力平衡要求较高的系统宜选择半容积式、导流型容积式水加热器。2) 水质总硬度小于150/L（以CaCO3计），且冷热水压力平衡要求较低的系统可选择快速式或半即

3、热式水加热器。总之，采用热交换器间接加热生活热水的系统适用于原水水质易于在集热器盘管或流道中结垢的高硬度水，同时适用于暴露在室外的集热器具有较高防冻要求的场合。2、 在利用热交换器间接加热的太阳能热水系统中，热交换器换热不应明显降低集热器效率。当集热器的太阳能收益达到可能的最大值时，热交换器导致的集热器效率降低不应超过10%。3、 换热器选择注意点1) 换热器选择时一定要跟连接的管路管径相匹配，一般应使管路的管径小于换热器管束的直径。2) 换热器选择时要明确换热器的阻力特性，以便在以后的动力设备选型时准确计算管路阻力损失。一般都要乘以1.2的系数。3) 换热器的流速不宜过大，以使换热充分。三、

4、 换热设备的选型计算(一) 在换热器的热计算中，传热方程式是基本方程式。考虑到换热器中温度的变化，温差需使用整个传热面上的平均温差。顺流和逆流时的平均温差可统一用下面的对数平均温差公式计算。式中指热媒与被加热水在水加热器一端的最大温度差，指热媒与被加热水在水加热器另一端的最小温度差，(二) 基本方程在换热器的热计算中，常用的一种方法是平均温差法，其基本方程是：传热方程式 热平衡方程式 式中：是热媒的定压比热容;KJ/（）是水的定压比热容;4.187 KJ/（）、分别是热媒介质的进、出板换温度；、分别是水的出、入板换温度；、分别是冷热介质的质量流量 ,/ S 间接太阳能热水系统的换热设备涉及到换

5、热器面积计算和二次侧水泵。间接太阳能热水系统的换热设备计算主要是求得换热设备的换热面积。换热面积根据集热系统的换热量，由能量平衡求得。首先须知集热系统换热量。1. 集热系统的换热量式中指集热系统的换热量（W）；指太阳辐照度变化系数，一般取1.51.8,取高限时对太阳能利用有利。指太阳能保证率。指日均用水量。C指水的定压比热容，4.18KJ/（）；指热水的密度，通常取1/L；、分别是热水终止和冷水水温。指年平均日日照小时数，可由图集太阳能热水系统的设计与安装06SS128上附表查取。2. 换热设备的换热面积计算式中指换热设备的换热面积（）；指集热系统的热损系数，一般取1.11.2；指由于水垢和热

6、媒分布不均影响热效率的系数，一般为0.60.8；指传热系数,W/()，参见值如下：类型容积式水加热器导流型容积式水加热器半容积式水加热器半即热式水加热器板式换热器W/()380410680150081025001600210020003000注：1、当设备厂家提供经测试的K值时，应以厂家提供的值为准。指热媒与被加热水的计算温度差，可按510取值。集热器性能好，温差取高值，否之取低值。3. 水加热器热媒与被加热水的计算温度差按下列公式计算：1) 容积式水加热器、导流型容积式水加热器、半容积式水加热器；式中：指计算温度差。 、热媒的初温和终温， 、被加热介质的初温和终温，2) 快速式水加热器、半即

7、热式水加热器式中指热媒与被加热水在水加热器一端的最大温度差，；指热媒与被加热水在水加热器另一端的最小温度差，；若换热器采用逆流方式，此时：，指换热器高温热媒（来自太阳能集热系统）入口平均温度（）；指被加热水的出口平均温度（）；指高温热媒出口平均温度（）；指被加热水的入口平均温度（）；4. 二次侧（水箱和换热器之间）水泵的选择计算包括二次侧水泵的扬程和流量计算。1) 流量计算（1）根据热平衡方程式，对板式换热器两侧的热、冷流体有：其中：是热媒的定压比热容;KJ/（）是水的定压比热容;4.187 KJ/（）、分别是热媒介质的进、出板换温度；、分别是水的出、入板换温度；、分别是冷热介质的质量流量 ,

8、/ S 则二次侧水泵的流量为：2) 扬程计算 式中：Hx二次侧循环泵的扬程（m）；二次侧循环管道的沿程与局部阻力损失（m）；二次循环流经换热器的阻力损失（压力降）（m）；流经板式换热器产生的压力降，具体不同厂家的产品略有不同，在没有厂家的数据的条件下，一般不大于5m水柱，最大一般不大于8m水柱。其他换热器的根据具体厂家产品而定。换热器与水箱最低水位的几何高差（m）； 附加压力（m），25m。四、 太阳能热水系统中常用的换热设备(一) 板式换热器1、板式换热器简介板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。它与常规的

9、管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多。板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。1) 板式换热器的基本结构1、固定压紧板 2 、法兰接口3 、橡胶垫圈 4、不锈钢板片5 、活动压紧板6 、下导梁 7 、上导梁 8 、夹紧螺栓 9 、支柱 板式换热器主要由框架和板片两大部分组成。板片由各种材料的制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹，并在板片的四个角上开有角孔，用于介质的流道。板片的周边及角孔处用橡胶垫片加以密封。框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成。板式换热

10、器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、活动压紧板中间，然后用夹紧螺栓夹紧而成。2) 板式换热器的特点（板式换热器与管壳式换热器的比较） a.传热系数高 由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的35倍。 b.对数平均温差大，末端温差小 在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末

11、端温差小，对水换热可低于1，而管壳式换热器一般为5. c.占地面积小 板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的25倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/51/10。 d.容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。 e.重量轻 板式换热器的板片厚度仅为0.40.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.02.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一

12、般只有管壳式重量的1/5左右。 f. 价格低 采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%60%。 g. 制作方便 板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。 h. 容易清洗 框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。 i. 热损失小 板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。 j. 容量较小 是管壳式换热器的10%20%。 k. 单位长度的压力损失大 由于传热面之间的间隙较小，

13、传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。 l. 不易结垢 由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/31/10. m. 工作压力不宜过大，介质温度不宜过高，有可能泄露 板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应在低于250以下，否则有可能泄露。 n. 易堵塞 由于板片间通道很窄，一般只有25mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。2、板式换热器的运行原理图 冷热流体逆向流动，通过间壁换热。3、板式换热器选择计算参数 板式换热器的选型计算主要是确定换热器的换热面积。由上面换热器的面积计算公式确定。若要厂家进行换热器的校

14、核计算，需提供以下数据：A 总换热量；B 冷热侧的介质；C 冷热侧介质各自的进出口温度；D 最高工作温度；E 最高工作压力；F 两侧允许的压力降。(二) 蒸汽喷射器当热源是蒸汽锅炉或者市政热力高温蒸汽时，可以通过蒸汽喷射器换热加热水箱当中的水。1. 蒸汽喷射器的换热原理图蒸汽喷射器与加热水箱的连接图： 蒸汽喷射器固定在水箱内。运行时，控制器通过水箱内水温采集点的温度，自动控制蒸汽进入喷射器，经过蒸汽喷射器喷头加热水箱内的水。2. 蒸汽喷射器设计选型方法3. 蒸汽喷射器设计选型方法参数表蒸汽喷射器参数表日需水量（吨）所需蒸汽喷射量(kg/h)在不同的喷射器进口压力情况下所需喷射器的型号及数量2

15、(bar g)3 (bar g)4 (bar g)5 (bar g)6 (bar g)3180IN25M 1个IN25M 1个IN15 1个IN15 1个IN15 1个5300IN25M 1个IN25M 1个IN25M 1个IN25M 1个IN15 1个10600IN40M 1个IN25M 1个IN25M 1个IN25M 1个IN25M 1个201200IN40M 12个IN40M 1个IN40M 1个IN40M 1个IN25M 1个或IN40M 1个301800IN40M 12个IN40M 12个IN40M 1个IN40M 1个IN40M 1个503000IN40M 23个IN40M 2个IN40M 2个IN40M 2个IN40M 12个804800IN40M 34个IN40M 3个IN40M23个IN40M 2个IN40M 2个1006000IN40M 45个IN40M 34个IN40M 3个IN40M 3个IN40M 23个4. 蒸汽喷射器的特征与优点：a. 设计紧凑，重量轻，安装方便，在水箱内不会产生阻碍；b. 对大容量要求容易进行多喷管安装；c. 在喷管内蒸汽和冷水进行充分混合，安静，高效，加热经济；d. 在水箱内产生强烈的循环流动，消除热分层现象，不会形成二次蒸汽；e. 整体采用316L不锈钢结构，长的使用寿命，无须维修和维护；f.