强化传热及换热器及传热效率论文

1、传热部分论文强化传热1强化传热的目的不同的工艺对强化换热的具体要求也不相同,归纳起来,应用强化传热技术可以实现下述目的。减小设计传热面积,以减小换热器的体积和质量。提高现有换热器的换热能力。使换热器能在较低温差下工作。减小换热器的阻力,以减少换热器的动力消耗。2强化传热技术的种类提高传热系数的传热技术可分为有功强化传热技术和无功强化传热技术两类。有功强化传热技术需要应用外部能量来达到强化传热的目的;无功强化传热技术则无需应用外部能量。3强化传热技术比较有效并有发展前景的强化传热技术主要有:处理表面法、粗糙表面法、扩展表面法、流体旋转法及静电场法等。每种强化传热技术都有其局限性和适用范围。4国内

2、应用情况我国强化换热技术的研究起步较晚。在处理表面技术上,大连理工大学采用磁控溅射离子镀铬的方法处理铜管,使传热系数提高40 %以上。华南理工大学进行过粗糙表面法试验,得到了优化的几何尺寸。其中西安交通大学、哈尔滨科技大学、华南理工大学、重庆大学等都有侧重研究,有些成果已工业化。换热器技术改造  哈尔滨气化厂23#工段洗洗的原工艺是:    粗煤气径流洗涤器液滴分离器第一换热器    技改后的工艺流程为:    粗煤气径流流涤器液滴分离器旋风分离器高效过滤器第一换热

3、器    由于粗煤气中含有焦油,酚水,粉尘在通过么流洗涤器和液滴分离器时并不能把杂质完全洗掉,所以进入第一换热器导致堵。通过技改,利用离心力和具有强吸附能力的特制高温纤维作为滤料,使粗煤气中的杂质沉降下来,得到截留。防止第一换热器堵,提高效率,从而达到保护催化剂的作用。提高传热效率 板式换热器是间壁传热式换热器，冷热流体通过换热器板片传热，流体与板片直接接触，传热方式为热传导和对流传热。提高板式换热器传热效率的关键是提高传热系数和对数平均温差。 1 提高换热器传热系数只有同时提高板片冷热两侧的表面传热系数，减小污垢层热阻，选用热导率高的板片，减小板片的厚

4、度，才能有效提高换热器的传热系数。 a提高板片的表面传热系数由于板式换热器的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流，因此能获得较高的表面传热系数，表面传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状态有关。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。经过多年的研究和实验发现，波纹断面形状为三角形(正弦形表面传热系数最大，压力降较小，受压时应力分布均匀，但加工困难的人字形板片具有较高的表面传热系数，且波纹的夹角越大，板间流道内介质流速越高，表面传热系数越大。 b减小污垢层热阻 减小换热器的污垢层热阻的关键是防止板片结垢。板片结垢厚度为1 mm时，传热系数降低约10%。因此，必须注意监测换热器冷热两侧的水质，防

5、止板片结垢，并防止水中杂物附着在板片上。有些供热单位为防止盗水及钢件腐蚀，在供热介质中添加药剂，因此必须注意水质和黏性药剂引起杂物沾污换热器板片。如果水中有黏性杂物，应采用专用过滤器进行处理。选用药剂时，宜选择无黏性的药剂。 c选用热导率高的板片板片材质可选择奥氏体不锈钢、钛合金、铜合金等。不锈钢的导热性能好，热导率约144 W/(K) ，强度高，冲压性能好，不易被氧化，价格比钛合金和铜合金低，供热工程中使用最多，但其耐氯离子腐蚀的能力差。 d减小板片厚度板片的设计厚度与其耐腐蚀性能无关，与换热器的承压能力有关。板片加厚，能提高换热器的承压能力。采用人字 形板片组合时，相邻板片互相倒置，波纹相

6、互接触，形成了密度大、分布均匀的支点，板片角孑L及边缘密封结构已逐步完善，使换热器具有很好的承压能力。国产可拆式板式换热器最大承压能力已达到了2.5 MPa。板片厚度对传热系数影响很大，厚度减小0.1mm，对称型板式换热器的总传热系数约增加600W/(K)，非对称型约增加500 W/(K)，因此在满足换热器承压能力的前提下，应尽量选用较小的板片厚度。 2 提高对数平均温差板式换热器流型有逆流、顺流和混合流型(既有逆流又有顺流)。在相同工况下，逆流时对数平均温差最大，顺流时最小，混合流型介于二者之问。提高换热器对数平均温差的方法为尽可能采用逆流或接近逆流的混合流型，尽可能提高热侧流体的温度，降低

7、冷侧流体的温度。 3 进出口管位置的确定 对于单流程布置的板式换热器，为检修方便，流体进出口管应尽可能布置在换热器固定端板一侧。介质的温差越大，流体的自然对流越强，形成的滞留带的影响越明显，因此介质进出口位置应按热流体上进下出，冷流体下进上出布置，以减小滞留带的影响，提高传热效率。 换热器换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中,间壁式换热器应用最多。 1 .间壁式换热器的类型 夹套式换热器 这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高。夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。 沉

8、浸式蛇管换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中。其优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小。为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。 喷淋式换热器 这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器，和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。 套管式换热器 套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成。套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目)。 板式换热器：最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有

9、着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。长期在市场占据主导地位，但是其体积大，换热效率低。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。 管壳式换热器 管壳式(又称列管式) 换热器是管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束或者螺旋管，,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管壳式换热器，螺旋管束设计，可以最

10、大限度的增加湍流效果，加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计，最大可以达到4.6倍。这种不对称设计，决定其在汽-水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000w/m2.k，大大提高生产效率，节约成本。 同时，由于管壳式换热器多为金属结构，随着我国新版GMP的推出，不锈钢316L为主体的换热器，将成为饮料，食品，以及制药行业的必选。 双管板换热器 也称P型换热器，是在管壳式换热器的两头各加一个管板，可以有效防止泄漏造成的污染。现在国产品牌较少，价格昂贵，但决定其市场广阔。 2.混合式换热器 混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，

11、只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。 3.蓄热式换热器 蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。 蓄热式换热器一