能源动力装置基础-ppt课件

1、第八章第八章 热质交换设备热质交换设备 第一节第一节 概概 述述 热质交换设备是将热量以一定的传热方式从热流体传热质交换设备是将热量以一定的传热方式从热流体传递冷流体的设备，其间，可能伴随着质量的传递。热质递冷流体的设备，其间，可能伴随着质量的传递。热质交换设备广泛应用于工业生产中。如交换设备广泛应用于工业生产中。如制冷中的冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器、中间冷却器、制冷中的冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器、中间冷却器、冷凝蒸发器、回热器以及冷水塔等，气体液化、分离中冷凝蒸发器、回热器以及冷水塔等，气体液化、分离中的精馏塔，低温技术中的蓄热器；的精馏塔，低温技术中的蓄热器；电厂中锅炉省煤器、水冷

2、壁、过热器、再热器、空气预电厂中锅炉省煤器、水冷壁、过热器、再热器、空气预热器）、除氧器、高低压加热器、凝汽器等。热器）、除氧器、高低压加热器、凝汽器等。另外，在轻工业、纺织工业、造纸、钢铁、食品加工工业另外，在轻工业、纺织工业、造纸、钢铁、食品加工工业等，都要大量使用热质交换设备。等，都要大量使用热质交换设备。 换热器的传热性能对装置的经济性影响很大。热交换换热器的传热性能对装置的经济性影响很大。热交换器的种类多，下面分别讨论。器的种类多，下面分别讨论。 第二节 表面式换热器 在表面式换热器中，冷、热流体在固体壁面的两侧流动，热量通过壁面进行热传递。表面式换热器又分管壳式、板式、翅片管式、板

3、翅式、旋板式和热管式换热器等。一、管壳式换热器特点：有圆形外壳，内装平行 管束，管内通道部分称为管程， 管外面与壳体内表面之间的通流部分称为壳程或管间。冷、热流体分别流过管程和壳程，通过壁面实现热交换。优点：结构简单、造价低廉、选材范围广，清洗方便、适应性强。容量大、适应高温、高压能力强，应用广泛。又有三种形式：1. 固定管壳式换热器固定管壳式换热器（1 1构造：图构造：图8-18-1为卧式固定管为卧式固定管 壳式换热器的示意图，钢制圆形外壳，两端焊有固定管板，在管板上开壳式换热器的示意图，钢制圆形外壳，两端焊有固定管板，在管板上开有小孔一安装传热管束。管孔与管束采用胀接、焊接及铺锡焊。冷、热

4、流体有小孔一安装传热管束。管孔与管束采用胀接、焊接及铺锡焊。冷、热流体分别在管内和管间流动。图分别在管内和管间流动。图8-18-1所示固定管壳式换热器是用冷却水来冷却石所示固定管壳式换热器是用冷却水来冷却石油气、天然气、制冷剂蒸汽。油气、天然气、制冷剂蒸汽。 管侧流程有二流程、四流程、六流程以提高冷却水的流速。冷却水在管侧流程有二流程、四流程、六流程以提高冷却水的流速。冷却水在管内流动，原料气在管间流动。在外壳底部还开有排放凝结液的管接头。为管内流动，原料气在管间流动。在外壳底部还开有排放凝结液的管接头。为了提高原料气的流速和改善传热效果，管间通常用栏板折流板将其分成了提高原料气的流速和改善传

5、热效果，管间通常用栏板折流板将其分成若干室。同时也起支持作用。若干室。同时也起支持作用。（2 2特点：固定管板式换热器集中了上述各优点，但不好清洗，热膨胀能力特点：固定管板式换热器集中了上述各优点，但不好清洗，热膨胀能力差。在火电厂中被广泛应用，如高低压加热器、凝汽器等。差。在火电厂中被广泛应用，如高低压加热器、凝汽器等。2. 浮头式换热器浮头式换热器 由于固定管板式换热器热膨胀能力差，由于固定管板式换热器热膨胀能力差，浮头式换热器两端的管板只用一端与外壳固浮头式换热器两端的管板只用一端与外壳固定死，另一端可相对于壳体滑动浮头）。定死，另一端可相对于壳体滑动浮头）。 内浮头式换热器：图内浮头式

6、换热器：图8-28-2为示意图。为示意图。 外浮头式换热器：浮头露在壳体外的称外浮头式换热器：浮头露在壳体外的称为外浮头式。与外壳的密封结构如图为外浮头式。与外壳的密封结构如图8-38-3所所示。示。 特点：浮头式换热器可解决膨胀、热应特点：浮头式换热器可解决膨胀、热应力问题。浮头端可把管子拆卸下来清洗。但力问题。浮头端可把管子拆卸下来清洗。但要产生泄漏。要产生泄漏。3. U型管式换热器和套管式换热器型管式换热器和套管式换热器（1） U型管式换热器型管式换热器 如图如图8-4所示，管子两端都固定在同一所示，管子两端都固定在同一管板上。管板上。优点：优点： 它具有双管程和浮头式换热器的一些优点，

7、可自由膨胀，弹它具有双管程和浮头式换热器的一些优点，可自由膨胀，弹性好，热补偿性好；性好，热补偿性好； 管程流速高，传热性能好；管程流速高，传热性能好； 承受能力较强，结构紧凑；承受能力较强，结构紧凑； 管束可抽出清洗，便于安装。管束可抽出清洗，便于安装。缺陷：管内不好清洗，管侧阻力较大。缺陷：管内不好清洗，管侧阻力较大。（2套管式换热器套管式换热器 套管式换热器图套管式换热器图8-5是由一根管子是由一根管子组成的串联组成的串联U形管换热器。形管换热器。作用：常用于换热量较小的场合，如小型制冷装置的冷凝器、作用：常用于换热量较小的场合，如小型制冷装置的冷凝器、蒸发器。蒸发器。特点：是结构紧凑，

8、制造简单，制冷剂和载冷剂成逆向流动。特点：是结构紧凑，制造简单，制冷剂和载冷剂成逆向流动。二、板式换热器二、板式换热器 板式换热器是一种高效、板式换热器是一种高效、结构紧凑的换热设备。广泛结构紧凑的换热设备。广泛使用于石油、化工、轻工、使用于石油、化工、轻工、电力、冶金、机械、能源动电力、冶金、机械、能源动力、制冷空调诸方面。力、制冷空调诸方面。1. 组成：如图组成：如图8-6所示，板式所示，板式换热器由传热板片、密封垫换热器由传热板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧片、固定压紧板、活动压紧板、上下导杆、支撑架及紧板、上下导杆、支撑架及紧固件组成。固件组成。 2. 传热板片：板式换热器的关键部

9、件是传热板片，种类很多，传热板片：板式换热器的关键部件是传热板片，种类很多，如图如图8-7。（1瘤形板片瘤形板片 板上交替排列着许多半球突起或平头突起的板上交替排列着许多半球突起或平头突起的“瘤瘤”。瘤形板片中的流动属网状流动，阻力小，传热系数可。瘤形板片中的流动属网状流动，阻力小，传热系数可达达4650W/ m.c。如图。如图8-7a。（2水平平直波纹板水平平直波纹板 断面形状为等腰三角形，传热系统可断面形状为等腰三角形，传热系统可达达5800W/ m.c。如图。如图8-7b。（3人字形板片人字形板片 如图如图8-7c所示。为网状形，刚度好，传热性所示。为网状形，刚度好，传热性能好；其缺点是

10、流动阻力大。能好；其缺点是流动阻力大。3. 多流体、多流程板式换热器的通道安排：多流体、多流程多流体、多流程板式换热器的通道安排：多流体、多流程换热器的通道数，是靠密封片的合理布置安排实现的。如换热器的通道数，是靠密封片的合理布置安排实现的。如图图8-8、图、图9-9。4. 优点：与管壳换热器相比，板式换热器的优点是：优点：与管壳换热器相比，板式换热器的优点是：（1结构简单，制造方便。板式换热器零件数少，组装容易，结构简单，制造方便。板式换热器零件数少，组装容易，只要改变传热板片即可。只要改变传热板片即可。（2传热效率高，有效传热温差大。板片叠加而形成狭窄的传热效率高，有效传热温差大。板片叠加

11、而形成狭窄的板间空间，流体在其中紊流流动，提高传热效果。板间空间，流体在其中紊流流动，提高传热效果。（3体积小，重量轻、价格便宜。体积小，重量轻、价格便宜。（4结垢少，可靠性高。结垢少，可靠性高。（5可拆卸，便于清洗、维护。可拆卸，便于清洗、维护。板式换热器的最大允许工作压力为板式换热器的最大允许工作压力为1MPa 左右，最高允许温度左右，最高允许温度为为260C 。5. 全焊接式板式换热器：如图全焊接式板式换热器：如图8-10所示，其由传热板片和两端的端片组成。所示，其由传热板片和两端的端片组成。（1 1构造：传热板片之间、传热板片与端板之间、需要密封的通孔周围等，所有需构造：传热板片之间、

12、传热板片与端板之间、需要密封的通孔周围等，所有需要密封部位都是用钎焊完成。使结构更简单、结实。最高工作温度为要密封部位都是用钎焊完成。使结构更简单、结实。最高工作温度为225225C C ，最低，最低工作温度为流体冻结温度；最大工作压力为工作温度为流体冻结温度；最大工作压力为3MPa 3MPa ，最小工作压力为真空。，最小工作压力为真空。（2 2资料：不锈钢，有足够的强度和刚度，耐腐蚀，不易结垢。资料：不锈钢，有足够的强度和刚度，耐腐蚀，不易结垢。（3 3优点：它和管壳换热器相比，还有另外的优点，优点：它和管壳换热器相比，还有另外的优点，制冷剂充量少，有利于环保，可降低成本。制冷剂充量少，有利

13、于环保，可降低成本。 体积小。体积小。抗冻性能好：流体流速高，温度分布均匀。抗冻性能好：流体流速高，温度分布均匀。蒸发彻底，经济性好。蒸发彻底，经济性好。（4 4缺陷：周边长，密封困难、容易泄漏；金属板薄，缺陷：周边长，密封困难、容易泄漏；金属板薄，刚性较差，不适应高压、高温差工况。介质流量刚性较差，不适应高压、高温差工况。介质流量不能太大。板片制造复杂，成本较高。不能太大。板片制造复杂，成本较高。三、翅片管式换热器三、翅片管式换热器 翅片管是带有肋片管子，可增大换热面、促进湍流。这种换热器如：风冷翅片管是带有肋片管子，可增大换热面、促进湍流。这种换热器如：风冷冷凝器、表面式蒸发器、空气冷却器

14、，锅炉省煤器、暖气片等。如图冷凝器、表面式蒸发器、空气冷却器，锅炉省煤器、暖气片等。如图8-118-11。1. 1. 翅片管的型式：主要有纵向和径横向两类。翅片可在管内、管外或兼翅片管的型式：主要有纵向和径横向两类。翅片可在管内、管外或兼有。根据加工不同，有整体翅片、焊接翅片、机械连接翅片。图有。根据加工不同，有整体翅片、焊接翅片、机械连接翅片。图8-128-12。 整体翅片：有铸造、机械加工而成。翅片和管子做成一体。无接触热阻，整体翅片：有铸造、机械加工而成。翅片和管子做成一体。无接触热阻，强度高，耐热振和机械振动。机械性能、传热性、膨胀性好。但制造成本高。强度高，耐热振和机械振动。机械性能

15、、传热性、膨胀性好。但制造成本高。焊接翅片：制造简单，经济性好，传热性、机械性焊接翅片：制造简单，经济性好，传热性、机械性能好。能好。机械连接翅片：有绕片式、镶嵌式、热套和胀接式。机械连接翅片：有绕片式、镶嵌式、热套和胀接式。优点是：经济，材料可任意组合；优点是：经济，材料可任意组合；缺点是：有接触热组，膨胀不均匀，可能产生松动，缺点是：有接触热组，膨胀不均匀，可能产生松动，其工作温度为其工作温度为200350200350C C。耐热性能好，造价高。耐热性能好，造价高。图图8-138-13为翅片管型式：其中，图为翅片管型式：其中，图8-13a8-13a为套片管，为套片管，图图8-13b8-13

16、b为绕片管，它是在管外按螺旋状绕一条金为绕片管，它是在管外按螺旋状绕一条金属带。优点：传热系数高。缺陷：热阻大。图属带。优点：传热系数高。缺陷：热阻大。图8-8-13a13a为套片管，已广泛用于氟利昂制冷机。为套片管，已广泛用于氟利昂制冷机。2. 翅片管的工作特点：其优点：（1传热性能强：因传热面积增大，使传热系数增大；（2结构紧凑：由于单位体积传热面积大，传热性能增强，在相同热负荷下，翅片管换热器管子少。（3可有效、合理地利用材料。（4当翅片被加热时，在相同热负荷下，翅片管管壁温度较低，对减少金属面的高温腐蚀和超温是有利的。其主要缺点：制造工艺复杂，造价高；流阻大，动力消耗大。3. 翅片管换

17、热器 翅片管换热器由多个翅片管组合而成。翅片管换热器由多个翅片管组合而成。翅片多为换热能力较弱的一侧。翅片多为换热能力较弱的一侧。图图8-14a8-14a为强制对流整体套片为强制对流整体套片 式风冷冷凝器示意图；（汽车前）式风冷冷凝器示意图；（汽车前）图图8-14b8-14b为自然对流整体套片为自然对流整体套片 式风冷冷凝器示意图。（冰箱背后）式风冷冷凝器示意图。（冰箱背后） 换热型式：板翅式换热器由自成流道的单元体组成，可方便换热型式：板翅式换热器由自成流道的单元体组成，可方便地实现多股气流之间的换热和逆流、错流或逆错流等不同的地实现多股气流之间的换热和逆流、错流或逆错流等不同的换热型式图换

18、热型式图8-16）。）。 翅片的形式有：翅片的形式有：（1 1光直翅片：由薄金属板冲压而成，如图光直翅片：由薄金属板冲压而成，如图8-17a8-17a所示。所示。 （2 2锯齿形翅片：可看作光直翅片切成片段再错成一定间隔而形成的间断式翅锯齿形翅片：可看作光直翅片切成片段再错成一定间隔而形成的间断式翅片。如图片。如图8-17b8-17b所示。所示。（3 3多孔形翅片：他是在光直翅片上开了很多小孔而成，孔有圆形、方形。多孔形翅片：他是在光直翅片上开了很多小孔而成，孔有圆形、方形。此外，还有：波纹型、百叶窗型、钉状或片条状翅片等。此外，还有：波纹型、百叶窗型、钉状或片条状翅片等。2. 工作特点工作特

19、点（1传热能力强：翅片上孔洞、缝隙、弯曲使流体湍动，可使传热增强；传热能力强：翅片上孔洞、缝隙、弯曲使流体湍动，可使传热增强；（2结构紧凑：单位体积的传热面积大，结构紧凑：单位体积的传热面积大，（3轻巧牢固：因结构紧凑，用薄金属片，重量轻。轻巧牢固：因结构紧凑，用薄金属片，重量轻。（4适应性强：适应各种介质适应性强：适应各种介质（5板翅式换热器的主要缺点：结构复杂，造价高；流道小，易阻塞。不板翅式换热器的主要缺点：结构复杂，造价高；流道小，易阻塞。不能拆卸，难清洗。由于多用铝材，易腐蚀泄漏。能拆卸，难清洗。由于多用铝材，易腐蚀泄漏。五、螺旋板式换热器五、螺旋板式换热器1. 1. 基本结构：基本

20、结构：该换热器是一种高效换热器，如图该换热器是一种高效换热器，如图8-188-18。由传热。由传热板、定距柱、连接管、头盖及衬垫等部件组成。板、定距柱、连接管、头盖及衬垫等部件组成。传热板：两块厚约传热板：两块厚约6mm6mm金属板卷成一对同心圆的金属板卷成一对同心圆的螺旋形流道，流道始于中心，终于边缘，中心螺旋形流道，流道始于中心，终于边缘，中心处用隔板将两边流体隔开。甲、乙两流体在金处用隔板将两边流体隔开。甲、乙两流体在金属板两边的流道内逆向流动，以实现换热。属板两边的流道内逆向流动，以实现换热。螺旋板式换热器的流道型式：螺旋板式换热器的流道型式：型螺旋板式换热器图型螺旋板式换热器图8-1

21、8 8-18 ），通常，冷流），通常，冷流体由周边向中间流动，热流体从中心流向外周。体由周边向中间流动，热流体从中心流向外周。由于由于型螺旋板式换热器流道窄小，一般用作型螺旋板式换热器流道窄小，一般用作两流体换热。两流体换热。图8-18 型螺旋板式换热器，它是将型螺旋板式换热器，它是将型之一个型之一个螺旋通道出、入口封死，代之以两个轴向螺旋通道出、入口封死，代之以两个轴向出、入口，如图出、入口，如图8-19 8-19 所示。轴向流道也可所示。轴向流道也可以做成多流程。实用于体积流量相差较大以做成多流程。实用于体积流量相差较大的工况，如冷凝器、气体冷却器、再沸器的工况，如冷凝器、气体冷却器、再沸

22、器等。等。 定距柱：是保证流道的间距，加强湍定距柱：是保证流道的间距，加强湍流。用流。用310mm310mm圆钢或带钢在卷曲前焊接在圆钢或带钢在卷曲前焊接在传热板上，然后卷制；传热板上，然后卷制； 头盖：多为圆锥形、椭圆形盖板。头盖：多为圆锥形、椭圆形盖板。2. 2. 工作特点：工作特点：（1 1传热强度高：因阻力小，流速快，使传热系数增大；又是逆向流动，平传热强度高：因阻力小，流速快，使传热系数增大；又是逆向流动，平均传热温差大，可提高传热效率；均传热温差大，可提高传热效率；（2 2结构紧凑，不用管材：板形单位体积的传热面积大。平均传热温差大，结构紧凑，不用管材：板形单位体积的传热面积大。平

23、均传热温差大，传热系数大；传热系数大；（3 3不易污塞，单流道，高流速，污垢不易沉积。可不易污塞，单流道，高流速，污垢不易沉积。可“自洁自洁”。（4 4能有效地利用低温热源。由于流道长，逆向传热，有利于利用地下热能能有效地利用低温热源。由于流道长，逆向传热，有利于利用地下热能等低温热源。等低温热源。（5 5流阻小。流阻小。其主要缺点：其主要缺点：（1 1承压能力受限：因传热板薄，压力应承压能力受限：因传热板薄，压力应0.51.0MPa 0.51.0MPa 。工作温度。工作温度250C250C；（2 2容量受限；单通道，通流能力小，流速不能太高。容量受限；单通道，通流能力小，流速不能太高。（3

24、3制造复杂，检修困难。传热部分和密封部分制造困难。制造复杂，检修困难。传热部分和密封部分制造困难。六、热管换热器六、热管换热器 热管是一种新型、高效传热装置，其导热系数比优良导体银、铜等高热管是一种新型、高效传热装置，其导热系数比优良导体银、铜等高 倍。其作用相当于导热能力极高的导热体。倍。其作用相当于导热能力极高的导热体。1. 1. 热管的结构、工作原理图热管的结构、工作原理图8-208-20）（1 1热管的结构：热管是一个密封容器：热管的结构：热管是一个密封容器：热管轴向看，可分三个区段：热管轴向看，可分三个区段：蒸发区或称热源、热段）蒸发区或称热源、热段）蒸发输送段或称绝缘段）蒸发输送段

25、或称绝缘段）冷凝段或称热汇段、冷段）。冷凝段或称热汇段、冷段）。431010从径向纵剖面看，可分三部分：密闭管壳，毛细结构吸液芯），从径向纵剖面看，可分三部分：密闭管壳，毛细结构吸液芯）， 蒸汽通道蒸汽腔）。蒸汽通道蒸汽腔）。管壳：材料要求与工质有良好的相容性，有高导热率、耐压、耐热应力。管壳：材料要求与工质有良好的相容性，有高导热率、耐压、耐热应力。吸液芯：紧贴管壳内壁的毛细结构，能将液体从冷凝段输送到蒸发段。吸液芯：紧贴管壳内壁的毛细结构，能将液体从冷凝段输送到蒸发段。 液态载热工质：要求有较高的汽化潜热、导热系数、密度，较低的粘液态载热工质：要求有较高的汽化潜热、导热系数、密度，较低的粘

26、度、容点和适当的沸点。度、容点和适当的沸点。（2 2传热过程工作原理）传热过程工作原理）: : 热量从热源通过壳壁和吸液芯传到液热量从热源通过壳壁和吸液芯传到液汽界面上；汽界面上； 液体在蒸发段内的液液体在蒸发段内的液汽分界面上蒸发吸收潜热）；汽分界面上蒸发吸收潜热）； 蒸汽通过蒸汽腔输送到冷凝段；蒸汽通过蒸汽腔输送到冷凝段； 蒸汽在冷凝段内的汽蒸汽在冷凝段内的汽液分界面上冷凝释放潜热）液分界面上冷凝释放潜热） ； 热量从冷凝段内的汽热量从冷凝段内的汽液分界面液分界面通过吸液芯和壳体传给冷源；通过吸液芯和壳体传给冷源； 冷凝液借助吸液芯的毛细冷凝液借助吸液芯的毛细作用从冷凝段返回蒸发段重新作用

27、从冷凝段返回蒸发段重新任务。任务。2. 2. 工作特点工作特点 热管是依靠管内工作液体的工质相变来实现传热，具有以下特点：热管是依靠管内工作液体的工质相变来实现传热，具有以下特点： 高导热性：热管是依靠工作液体工质的汽高导热性：热管是依靠工作液体工质的汽液相变传热，热阻小，液相变传热，热阻小，传热能力强。在一定温度下，其导热率是铜的传热能力强。在一定温度下，其导热率是铜的40100004010000倍；倍； 良好的等温性：管内蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段良好的等温性：管内蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段的压降小，温降小，故具有良好的等温性。的压降小，温降小，故具有良

28、好的等温性。 热流密度的可变性：热管可通过改变蒸发段或冷却段的加热面积来改变热流密度的可变性：热管可通过改变蒸发段或冷却段的加热面积来改变输入端或输出端的热流密度。即以较小的加热面积输入热量，而以较大的输入端或输出端的热流密度。即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量；或者以较大的加热面积输入热量，而以较小的冷却面冷却面积输出热量；或者以较大的加热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量。可解决其他手段难以实现的传热问题。积输出热量。可解决其他手段难以实现的传热问题。 热流方向的可逆性：如一水平放置热管，内部循环动力是毛细作用。因热流方向的可逆性：如一水平放置热管，内部循环动力是

29、毛细作用。因此任意一端受热就可以看作蒸发段，而另一向外散热就成为冷凝段。此任意一端受热就可以看作蒸发段，而另一向外散热就成为冷凝段。 热二级管与热开关性能：热管可做成热二级管或热开关。热二级管与热开关性能：热管可做成热二级管或热开关。热二级管只允许热流向一个方向流动，而不允许反方向流动。热二级管只允许热流向一个方向流动，而不允许反方向流动。热开关就是当热源温度高于某一值时，热管开始工作；当热源温度低于某一热开关就是当热源温度高于某一值时，热管开始工作；当热源温度低于某一值时，热管不传热。值时，热管不传热。 环境的适应性：热管的形状可随热源和冷源的条件变化做成各种形状。环境的适应性：热管的形状可

30、随热源和冷源的条件变化做成各种形状。热管可以做成分离式以适应长距离或冷热流体不能混合情况下的换热。热管可以做成分离式以适应长距离或冷热流体不能混合情况下的换热。可用于地面，也可用于空间。可用于地面，也可用于空间。此外，还有此外，还有 重力热管：无吸液芯，热端在下，冷凝液依靠重力沿壁面上流返回热端。重力热管：无吸液芯，热端在下，冷凝液依靠重力沿壁面上流返回热端。 离心力热管：就是利用离心力使冷凝液返回热端。离心力热管：就是利用离心力使冷凝液返回热端。热管是一种高效传热元件，广泛用于宇航、电子设备的冷却，太阳能发电和热管是一种高效传热元件，广泛用于宇航、电子设备的冷却，太阳能发电和换热器、动力、化

31、工等领域。换热器、动力、化工等领域。 热管换热器：热管换热器： 由若干带翅片的热管组成一体，置于冷、热流由若干带翅片的热管组成一体，置于冷、热流体之间，通过热管把热流体的热量源源不断地送到冷体之间，通过热管把热流体的热量源源不断地送到冷流体，以实现流体间的换热。流体，以实现流体间的换热。 热管换热器的使用温度范围受到热管工作温度的热管换热器的使用温度范围受到热管工作温度的限制。采用不同的工质氨、氟、水等），可使其在限制。采用不同的工质氨、氟、水等），可使其在不同的温度范围内工作。如空调中使用的热管换热器不同的温度范围内工作。如空调中使用的热管换热器的工质为氨、氟里昂；在烟气余热利用中使用的热管

32、的工质为氨、氟里昂；在烟气余热利用中使用的热管换热器的工质为水。换热器的工质为水。热管换热器有许多形式：热管换热器有许多形式：（1 1单管组合式热管换热器图单管组合式热管换热器图8-228-22）：按冷、热流体的）：按冷、热流体的种类有：种类有：气气- -气热管换热器热管式空气预热器）；气热管换热器热管式空气预热器）；气气- -液热管换热器热管式省煤器）；液热管换热器热管式省煤器）；气气- -蒸汽热管换热器热管锅炉）。蒸汽热管换热器热管锅炉）。（2分离式热管换热器图分离式热管换热器图8-23）：）： 热管段的蒸发段和凝结段分开，用热管段的蒸发段和凝结段分开，用汽液管道连通，形成工质的闭合循环汽

33、液管道连通，形成工质的闭合循环回路。热管内的工作液体在蒸发段被回路。热管内的工作液体在蒸发段被加热变成蒸汽通过导汽管输送到凝结加热变成蒸汽通过导汽管输送到凝结段，蒸汽被管外流体冷却，凝结液由段，蒸汽被管外流体冷却，凝结液由液导管回到蒸发段。液导管回到蒸发段。 不断循环。不断循环。（3回转式热管换热器图回转式热管换热器图8-24）：它由许多热管组成，这）：它由许多热管组成，这些热管绕一定的轴旋转。冷、热流体分别热管的放热段和加些热管绕一定的轴旋转。冷、热流体分别热管的放热段和加热段进行热交换。其最大特点是清灰方便。热段进行热交换。其最大特点是清灰方便。第三节第三节 混合式换热器混合式换热器 混合

34、式换热器是靠冷、热流体直接接触进行换热，冷热流混合式换热器是靠冷、热流体直接接触进行换热，冷热流体间没有固体传热面。其优点是：结构简单，耗材少，无热组，体间没有固体传热面。其优点是：结构简单，耗材少，无热组，无过热或热腐蚀等问题。无过热或热腐蚀等问题。 混合式换热器形式很多。如混合式换热器形式很多。如 敞开式设备：借空气自然通风或强制通风来冷却热水的有敞开式设备：借空气自然通风或强制通风来冷却热水的有 喷水池和冷却塔。喷水池和冷却塔。 密封容器：两种介质在同一密封容器内直接接触换热，如密封容器：两种介质在同一密封容器内直接接触换热，如 混合式冷凝器、洗涤器、蒸发式空冷器、浸没燃烧混合式冷凝器、

35、洗涤器、蒸发式空冷器、浸没燃烧 蒸发器等。蒸发器等。1. 1. 冷水塔图冷水塔图8-25 8-25 ） 在火电厂，化工生产部门、制冷空调工程中需要大量冷却在火电厂，化工生产部门、制冷空调工程中需要大量冷却水，用来冷却蒸汽、空气、气体、油及辅助机械的轴承等。水，用来冷却蒸汽、空气、气体、油及辅助机械的轴承等。 在我国内陆地区的火电厂，为了减少冷却水的消耗，通常采在我国内陆地区的火电厂，为了减少冷却水的消耗，通常采用闭式供水。冷却塔就是让温度已经升高了的冷却水在其中被空用闭式供水。冷却塔就是让温度已经升高了的冷却水在其中被空气冷却后循环使用。气冷却后循环使用。 冷却塔的结构：如图8-25，由塔体、

36、淋水装置、集水池组成。 淋水装置：通常做成栅格状填充物而堆积在塔内，其上设有分水槽。 冷却过程：水沿着倾斜的栅板成薄膜状下流而被上升自然通风，或用引风机的空气冷却。 塔体呈多棱柱或截头多楞锥体，材料有金属骨架，或用砖砌和钢筋混凝土结构。塔体有的高达数十米。 冷却后的水落入集水池，通过循环水泵送电厂使用。火电厂双曲线型冷却塔结构：图火电厂双曲线型冷却塔结构：图8-268-26为所示。由塔体封筒）、淋水装置、为所示。由塔体封筒）、淋水装置、集水池组成。集水池组成。冷却过程：从凝汽器来、温度已经升冷却过程：从凝汽器来、温度已经升高了的冷却水送高了的冷却水送1010米高处的配水槽、米高处的配水槽、淋水

37、装置、分水槽导水管下落至溅水淋水装置、分水槽导水管下落至溅水碟成水滴，然后经多层溅水条落入集碟成水滴，然后经多层溅水条落入集水池。空气从塔底部进入自然通水池。空气从塔底部进入自然通风），从塔顶排出。风），从塔顶排出。冷却后的水落入集水池，通过循环水冷却后的水落入集水池，通过循环水泵送电厂使用。泵送电厂使用。 混合式冷凝器：混合式冷凝器： 混合式冷凝器是让蒸汽在其混合式冷凝器是让蒸汽在其中与冷却水直接接触而凝结。中与冷却水直接接触而凝结。 混合式冷凝器的类型：如图混合式冷凝器的类型：如图8-27： （1液柱式冷凝器图液柱式冷凝器图8-27a），），其中安装有多块圆缺形多孔淋水其中安装有多块圆缺形

38、多孔淋水板，水从板底小孔淋洒而下，以板，水从板底小孔淋洒而下，以增大冷却水与蒸汽的接触面积。增大冷却水与蒸汽的接触面积。 （2液膜式冷凝器图液膜式冷凝器图8-27b），），其中安装有盘环间隔排列的淋水其中安装有盘环间隔排列的淋水板，冷却水从板上流下时形成液板，冷却水从板上流下时形成液膜，蒸汽与之接触时而凝结。膜，蒸汽与之接触时而凝结。（3 3填充式冷凝器图填充式冷凝器图8-27c8-27c），），这里采用环状体作为填料填充于塔这里采用环状体作为填料填充于塔体内，冷却水沿填料下流，蒸汽逆体内，冷却水沿填料下流，蒸汽逆流而上，充分接触。出水温度高，流而上，充分接触。出水温度高，省水。省水。（4 4

39、喷射式混合冷凝器图喷射式混合冷凝器图8-8-27d27d），其工作原理基于文丘利管，），其工作原理基于文丘利管，具有一定压力的冷却水从喷嘴以雾具有一定压力的冷却水从喷嘴以雾状喷出，在蒸汽吸入器内混合凝结。状喷出，在蒸汽吸入器内混合凝结。不凝结气体也从底部流出。不凝结气体也从底部流出。第四节第四节 蓄热式换热器蓄热式换热器一、换热原理：一、换热原理： 在蓄热式换热器中，冷、热流体交替流过在蓄热式换热器中，冷、热流体交替流过装有固体填料的容器，依靠固体填料的热容作用吸装有固体填料的容器，依靠固体填料的热容作用吸热、放热），实现冷、热流体间的热交换。热、放热），实现冷、热流体间的热交换。其换热分两个

40、阶段进行：其换热分两个阶段进行： 先是热流体通过蓄热体使其加热并储蓄；先是热流体通过蓄热体使其加热并储蓄； 接着冷流体通过蓄热体吸取热量并使蓄热接着冷流体通过蓄热体吸取热量并使蓄热 体冷却。体冷却。 反复以上过程，就能连续换热。反复以上过程，就能连续换热。2. 回转式结构：回转式结构：如图如图8-298-29为蓄热式回转式空气预热器，用于火为蓄热式回转式空气预热器，用于火电厂大型锅炉。布置在锅炉尾部烟道。电厂大型锅炉。布置在锅炉尾部烟道。构造：在巨大的转子上分成许多小格仓，格仓构造：在巨大的转子上分成许多小格仓，格仓内充满蓄热体。转子绕中心轴承以内充满蓄热体。转子绕中心轴承以3/45/43/4

41、5/4转转/ /分旋转。分旋转。工作时，烟气从通过烟道和转子截面的工作时，烟气从通过烟道和转子截面的50%50%向向下流出，冷空气从另一侧，经风道和转子截面下流出，冷空气从另一侧，经风道和转子截面的的3040%3040%向上进入。转子每转一圈，蓄热板吸、向上进入。转子每转一圈，蓄热板吸、放热一次，以实现烟气和空气之间的换热。放热一次，以实现烟气和空气之间的换热。特点：传热量大，结构紧凑，便于布置，可减特点：传热量大，结构紧凑，便于布置，可减轻低温腐蚀，便于清洗。轻低温腐蚀，便于清洗。第五节 特殊换热器 为了适应高温、高压、高真空、深冷、有毒、有放射性和腐蚀性等工艺条件，需要用特殊材料制成的换热

42、器。一、小型低温换热器一、小型低温换热器网格式换热器：图网格式换热器：图8-31。构造：许多方形铜丝网与用低温胶浸渍的构造：许多方形铜丝网与用低温胶浸渍的开孔纸片交替叠和组装图开孔纸片交替叠和组装图8-32压制压制而成，形成许多平行通道的刚性结构。而成，形成许多平行通道的刚性结构。工作原理：进行热交换时，气流在平行通工作原理：进行热交换时，气流在平行通道中流动。流道布置为：每一股气流的道中流动。流道布置为：每一股气流的周围周围4股逆向流动，以保持最佳的逆流接股逆向流动，以保持最佳的逆流接触传热图触传热图8-31 ）。）。2. 孔板式换热器孔板式换热器工作原理：与网格式换热器基本相同。工作原理：

43、与网格式换热器基本相同。构造：在结构上与网格式换热器不同之处在于，用开有许多细孔的薄铜构造：在结构上与网格式换热器不同之处在于，用开有许多细孔的薄铜片或薄铝片代替铜丝网，使用导热性能较差的材料塑料或不锈钢作片或薄铝片代替铜丝网，使用导热性能较差的材料塑料或不锈钢作为隔热衬垫，并用环氧树脂、低温胶粘接或经钎焊而成。其结构和断面为隔热衬垫，并用环氧树脂、低温胶粘接或经钎焊而成。其结构和断面如图如图8-33所示。所示。 换热特点：换热特点： 具有很大的比表面积与表面换热系数；具有很大的比表面积与表面换热系数； 轴向间隔减小了纵向导热；轴向间隔减小了纵向导热； 孔板与孔板之间的重集流效应即气流穿过孔板

44、以后，在孔板与孔板之间的重集流效应即气流穿过孔板以后，在衬垫开孔的空间混合重新分配）、因孔板的横向高导热性而衬垫开孔的空间混合重新分配）、因孔板的横向高导热性而减轻了气流不均所引起的效率下降。减轻了气流不均所引起的效率下降。 多孔板可以显著提高换热器的紧凑度。多孔板可以显著提高换热器的紧凑度。 孔眼的长径比孔眼的长径比/d=0.51.0小，不能形成稳定的边界层，小，不能形成稳定的边界层，加之孔板错位，可提高效率。加之孔板错位，可提高效率。 使用镀银不锈钢，使导热效率略有降低。使用镀银不锈钢，使导热效率略有降低。二、新型材料换热器二、新型材料换热器为了适应耐腐蚀性流体的需要，发展新型材料换热器。

45、1. 非金属换热器：主要有石墨、聚四氟乙烯和玻璃制作的换热器。（1石墨换热器 优点：石墨具有良好的物理、化学性能，高度化学稳定性； 耐酸和盐类溶液的腐蚀，线膨胀系数小，具有良好的抗热冲击性； 石墨不会污染介质； 对污垢的吸附力小，故容易清洗；石墨导热系数高，据有良好的传热性能； 石墨便于加工，具有一定的抗振能力，可保持其机械性能。缺陷：易脆裂，抗弯和抗拉性差。作为换热材料，要作不透性处理。方式：管壳式，块式，阶梯式，浸没示，套管式，板式、螺旋板式。（2聚四氟乙烯换热器聚四氟乙烯换热器 优点：化学性质稳定，抗腐蚀；表面光滑，不吸附污垢，抗污塞性能好。其优点：化学性质稳定，抗腐蚀；表面光滑，不吸附

46、污垢，抗污塞性能好。其传热面积大，可使结构紧凑，成本低。传热面积大，可使结构紧凑，成本低。缺陷：机械性能和导热性能较差；缺陷：机械性能和导热性能较差；方式：管壳式，管束多。具有柔性，可做成各种方式。方式：管壳式，管束多。具有柔性，可做成各种方式。 （3玻璃换热器：玻璃换热器：优点：化学稳定性好，耐腐蚀，表面光滑，不易结垢，易清洗，线膨胀系数优点：化学稳定性好，耐腐蚀，表面光滑，不易结垢，易清洗，线膨胀系数小。小。缺陷：机械强度差，加工性能差。缺陷：机械强度差，加工性能差。方式：盘管式、淋盘式、管壳式、套管式、插入式。方式：盘管式、淋盘式、管壳式、套管式、插入式。2. 稀有金属换热器稀有金属换热

47、器特点：材料较贵，有：钛、钽、锆等。其中，常用的是钛金属，具有较强的特点：材料较贵，有：钛、钽、锆等。其中，常用的是钛金属，具有较强的抗腐蚀性除硝酸、盐酸、磷酸、氢氟酸外用作海边电厂的凝汽器。钽抗腐蚀性除硝酸、盐酸、磷酸、氢氟酸外用作海边电厂的凝汽器。钽金属：其承压、传热性能比石墨、玻璃好；其耐腐蚀和耐热性能超过钛。金属：其承压、传热性能比石墨、玻璃好；其耐腐蚀和耐热性能超过钛。第六节 换热器的强化传热技术一、增强传热的基本途经一、增强传热的基本途经 根据传热基本公式根据传热基本公式 ，可以通过提高传热系数，可以通过提高传热系数K、增加传热面积增加传热面积F，加大传热温差，加大传热温差t来实现

48、。来实现。（1增加传热面积增加传热面积F：合理提高单位体积的传热面积，如采用：合理提高单位体积的传热面积，如采用翅片管、波纹管、板翅式传热面等。翅片管、波纹管、板翅式传热面等。（2加大传热温差加大传热温差t：通过改变冷热流体的温度来改变传热：通过改变冷热流体的温度来改变传热温差；改变冷热流体的流动方式逆流、顺流、错流）。温差；改变冷热流体的流动方式逆流、顺流、错流）。（3提高传热系数提高传热系数K：和材料本身的物理性质有关。：和材料本身的物理性质有关。QK Ft二、增强传热的方法二、增强传热的方法1. 1. 改变流体的流动情况改变流体的流动情况（1 1增加流速：增加流速可以改变流动状态，提高湍

49、流脉动程度。增加流速：增加流速可以改变流动状态，提高湍流脉动程度。（2 2加插入物：在管内安放或管外套装如金属丝、金属螺旋圈环，盘状构件、加插入物：在管内安放或管外套装如金属丝、金属螺旋圈环，盘状构件、麻花铁、翼形物等形式的插入物，可增强扰动、破坏边界层，使传热增强。麻花铁、翼形物等形式的插入物，可增强扰动、破坏边界层，使传热增强。（3 3加旋转流动装置：旋转流动的离心力使流体产生二次流，可强化传热。加旋转流动装置：旋转流动的离心力使流体产生二次流，可强化传热。（4 4依靠外来能量作用：有三个措施：依靠外来能量作用：有三个措施：用机械或电的方法使传热表面或流体表面发生振动；用机械或电的方法使传热表面或流体表面发生振动；对流体施加声波或超声波，使之受到压缩或膨胀，以增加脉动而强化传热；对流体施加声波或超声波，使之受到压缩或膨胀，以增加脉动而强化传热；外加静电场，对流体加以高压以形成非均匀径向电场，可引起流体传热面混外加静电场，对流体加以高