能源利用、换热器及节能与余热回收系统

1、换热器理论与分析换热器理论与分析北京交通大学北京交通大学能源利用、换热器及节能余能源利用、换热器及节能余热回收系统热回收系统 The Energy Utilization, Heat Exchangers and Exhaust Heat Recovery北京交通大学北京交通大学贾力贾力北京交通大学北京交通大学我国的能源现状我国的能源现状 能源生产和消费大国能源生产和消费大国 世界第二大能源生产国世界第二大能源生产国 第二能源消费国，能源自给率为第二能源消费国，能源自给率为94%94% 2. 2. 数量巨大数量巨大 大约一次能源消费总量大约一次能源消费总量2020多亿吨标准煤多亿吨标准煤1.1

2、. 结构以煤炭为主结构以煤炭为主, ,大约占大约占6767北京交通大学北京交通大学3. 人均水平低人均水平低 大约人均一次能源消费量大约人均一次能源消费量1.081.08吨油当量吨油当量 世界平均水平世界平均水平1.631.63吨油当量（吨油当量（6666） 美国人均美国人均8.028.02吨油当量（吨油当量（13.4%13.4%） 日本人均日本人均3.823.82吨油当量（吨油当量（28.1%28.1%）4. 存在的问题存在的问题 资源不足、供应压力大资源不足、供应压力大 环境保护矛盾突出环境保护矛盾突出 效率低、技术落后效率低、技术落后北京交通大学北京交通大学能源政策能源政策立足国内，增加

3、能源供应立足国内，增加能源供应节能优先，坚持节能首位节能优先，坚持节能首位优化结构，发展洁净能源和可再生能源，特别是生物质能源优化结构，发展洁净能源和可再生能源，特别是生物质能源保护环境保护环境加强国际合作加强国际合作能源消费水平在一定程度上反映了社会生产力发展水平能源消费水平在一定程度上反映了社会生产力发展水平和国民生活质量和国民生活质量北京交通大学北京交通大学北京交通大学北京交通大学北京交通大学北京交通大学能源的利用分为直接利用和间接利用两类。能源的利用分为直接利用和间接利用两类。 直接利用：指能源直接用于工业生产中的冶炼、加热、直接利用：指能源直接用于工业生产中的冶炼、加热、蒸煮和烘干等

4、，以及生活中的采暖和热水供应等。蒸煮和烘干等，以及生活中的采暖和热水供应等。 间接利用：是指将热能转换为机械能或进一步转换间接利用：是指将热能转换为机械能或进一步转换为电能为电能。 无论能源的直接利用还是间接利用，换热器具有重要无论能源的直接利用还是间接利用，换热器具有重要作用。作用。北京交通大学北京交通大学节能的法律解释节能的法律解释：加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理

5、地利用能源。用能源。关键环节：关键环节：过程、工艺合理；过程、工艺合理；用能合理；用能合理；余热、余能有效利用。余热、余能有效利用。在节能过程中换热器的作用在节能过程中换热器的作用十分关键，不可替代十分关键，不可替代北京交通大学北京交通大学换热器换热器工程中将某种流体的热量以一定的传热方式传给另一工程中将某种流体的热量以一定的传热方式传给另一种流体的设备，称为种流体的设备，称为热交换器，或换热器热交换器，或换热器。一般有两种温度不同的流体参与一般有两种温度不同的流体参与。换热器的作用换热器的作用 1 1 换热器是主要工业领域的通用设备；换热器是主要工业领域的通用设备； 2 2 换热器是能源利用

6、和节能的有效设备；换热器是能源利用和节能的有效设备； 3 3 换热器是供热、空调、制冷设备中的关键设备；换热器是供热、空调、制冷设备中的关键设备； 4 4 换热器是动力机械的重要冷却设备；换热器是动力机械的重要冷却设备； 5 5 换热器是电子、航天、舰艇等领域的重要设备。换热器是电子、航天、舰艇等领域的重要设备。北京交通大学北京交通大学换热器的分类换热器的分类分类简介分类简介 1 1 按用途分：预热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等按用途分：预热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等 2 2 按材料分：金属、陶瓷、塑料、石墨、玻璃等按材料分：金属、陶瓷、塑料、石墨、玻璃等 3 3 按温度状态分：按温度状态分：

7、稳态换热器：热流大小及指定区域内温度不随时间变化稳态换热器：热流大小及指定区域内温度不随时间变化非稳态换热器：传热面上热流和温度随时间变化非稳态换热器：传热面上热流和温度随时间变化 北京交通大学北京交通大学按传热方式分类：按传热方式分类：间壁式：间壁式：冷热流体间有一固体壁面，两种流体不直接冷热流体间有一固体壁面，两种流体不直接接触，热量通过壁面进行传递接触，热量通过壁面进行传递。 混合式（直接接触式）混合式（直接接触式）：冷热流体直接接触进行换热。冷热流体直接接触进行换热。如冷水塔、洗涤塔等。如冷水塔、洗涤塔等。蓄热式：蓄热式：两种流体交替地与壁面接触，热流体流过时，两种流体交替地与壁面接触

8、，热流体流过时，将热量存储在固体壁内，温度升高；当冷流体流过时，将热量存储在固体壁内，温度升高；当冷流体流过时，壁面放热温度下降。壁面放热温度下降。北京交通大学北京交通大学常用类型的间壁式换热器常用类型的间壁式换热器 1 1 沉浸式换热器沉浸式换热器 一般由直管或弯管组成传热面。将管子沉浸在流体的容器内。一般由直管或弯管组成传热面。将管子沉浸在流体的容器内。 北京交通大学北京交通大学2 喷淋式换热器喷淋式换热器 冷却流体直接喷淋在管外表面，结构简单，便于清冷却流体直接喷淋在管外表面，结构简单，便于清洁，换热系数比前者高洁，换热系数比前者高北京交通大学北京交通大学3 套管换热器套管换热器 采用同

9、心套管作为换热元件，结构简单，适用于高温、高采用同心套管作为换热元件，结构简单，适用于高温、高压介质。流体阻力大，体积大，耗金属。压介质。流体阻力大，体积大，耗金属。北京交通大学北京交通大学4 管壳式换热器管壳式换热器 由管壳和管子组成。适用最广。可以有多个回程。由管壳和管子组成。适用最广。可以有多个回程。北京交通大学北京交通大学 5 常用紧凑式换热器常用紧凑式换热器 1 1）螺旋板换热器）螺旋板换热器三个平板按阿基米德螺线组成两个流通通道。三个平板按阿基米德螺线组成两个流通通道。北京交通大学北京交通大学 2）板式换热器流通通道。）板式换热器流通通道。波纹板叠加组成波纹板叠加组成北京交通大学北

10、京交通大学3）板翅式换热器）板翅式换热器板间布置翅片板，在通道中布置。板间布置翅片板，在通道中布置。北京交通大学北京交通大学板式换热器高效紧凑式换热器高效紧凑式换热器是合理利用与节约能源的关键设备，板式换是合理利用与节约能源的关键设备，板式换热器做为结构简单成本低的高效换热设备在实际工程中得到广热器做为结构简单成本低的高效换热设备在实际工程中得到广泛推广泛推广最初在化工、食品领域，后来在很多行业使用最初在化工、食品领域，后来在很多行业使用上世纪上世纪6060年代国内开始使用板式换热器年代国内开始使用板式换热器8080年代得到迅速发展年代得到迅速发展近年在制造设备、换热技术和节能系统等方面得到很

11、大的提高近年在制造设备、换热技术和节能系统等方面得到很大的提高如如可拆式可拆式、全焊式全焊式、钎焊式钎焊式、板壳式板壳式等，并发展至换热装置、等，并发展至换热装置、机组或成套系统，如蒸发装置、热泵装置、制冷装置、热力机机组或成套系统，如蒸发装置、热泵装置、制冷装置、热力机组、催化重整装置、燃气冷凝回收装置等。组、催化重整装置、燃气冷凝回收装置等。 北京交通大学北京交通大学板式换热器的特点：板式换热器的特点：采用复杂流道设计，低雷诺数诱发湍流，换热系数高；采用复杂流道设计，低雷诺数诱发湍流，换热系数高；高比表面设计，体积和占地面积小；高比表面设计，体积和占地面积小；介质适应性好；介质适应性好；接

12、近全逆流换热，对数平均温差大；接近全逆流换热，对数平均温差大；末端温差小；末端温差小；安装、维护、维修方便。安装、维护、维修方便。重要问题：重要问题：温度、压力和流体中固体颗粒受到限制，需要特殊处理手温度、压力和流体中固体颗粒受到限制，需要特殊处理手段。段。北京交通大学北京交通大学板式换热器在供热、空调和生活用水中的应用板式换热器在供热、空调和生活用水中的应用供热系统、生活用水换热站供热系统、生活用水换热站北京交通大学北京交通大学空调系统的板式换热器空调系统的板式换热器北京交通大学北京交通大学 冰蓄冷系统的板式换热器冰蓄冷系统的板式换热器通过板式换热器实现冷量交换通过板式换热器实现冷量交换北京

13、交通大学北京交通大学板式换热器在食品、饮料等行业中的应用板式换热器在食品、饮料等行业中的应用利用蒸汽通过板式换热器对食品等进行加热消毒、干燥等利用蒸汽通过板式换热器对食品等进行加热消毒、干燥等北京交通大学北京交通大学板式换热器在食品、饮料等行业中的应用板式换热器在食品、饮料等行业中的应用通过加装隔板，板式换热器可以实现三种流体换热通过加装隔板，板式换热器可以实现三种流体换热牛奶的巴氏杀菌、牛奶的热回收和冷却牛奶的巴氏杀菌、牛奶的热回收和冷却北京交通大学北京交通大学板式换热器在化工等行业中的应用板式换热器在化工等行业中的应用硫酸制备中硫酸制备中尾气酸酸水板式换热器水板式换热器最终吸收塔中间吸收塔

14、第一省煤器第二省煤器变换器酸水板式换热器煤燃烧器硫硫酸制备过程是个强放热过程，在空气干燥器液体出口、中间硫酸制备过程是个强放热过程，在空气干燥器液体出口、中间吸收塔出口和最终吸收塔出口利用板式换热器冷却液体吸收塔出口和最终吸收塔出口利用板式换热器冷却液体北京交通大学北京交通大学制碱工业中制碱工业中NaOHH2SO4H2Cl2H2OH2OPHEPHEPHEPHEPHEPHEHg.NaHgPHENaCl一般采用钛板式换热器一般采用钛板式换热器北京交通大学北京交通大学在冶金、石油等领域都有广泛应用在冶金、石油等领域都有广泛应用冶金行业：冶金行业：炉体冷却；炉体冷却；轧辊润滑液冷却；轧辊润滑液冷却；电

15、解液的加热与冷却；电解液的加热与冷却；喷淋液的冷却。喷淋液的冷却。特点：温度高、腐蚀性小、压力低、流量大特点：温度高、腐蚀性小、压力低、流量大。北京交通大学北京交通大学石油、化工行业中石油、化工行业中海洋石油平台的换热设备；海洋石油平台的换热设备；海水淡化；海水淡化；炼油工艺的原油加热炼油工艺的原油加热润滑油冷却；润滑油冷却；水水换热、水水换热、北京交通大学北京交通大学板式换热器在余热回收中得到广泛应用板式换热器在余热回收中得到广泛应用余热一般指工艺或工业过程排放的的烟气余热、化学余热一般指工艺或工业过程排放的的烟气余热、化学反应余热、可燃废气余热和高温产品余热等；反应余热、可燃废气余热和高温

16、产品余热等；化工、石油化工、建材、轻纺、冶金、动力、食品、化工、石油化工、建材、轻纺、冶金、动力、食品、造纸、电子电器等行业，在生产中有大量的热能直接造纸、电子电器等行业，在生产中有大量的热能直接排空排空；余热的开发利用是节能的重要领域；余热的开发利用是节能的重要领域；余热利用需要考虑换热设备的特点；余热利用需要考虑换热设备的特点；高效换热器高效换热器是合理利用与节约能源的关键设备是合理利用与节约能源的关键设备，各种各种类型的换热器和换热系统机组是余热回收系统中必不类型的换热器和换热系统机组是余热回收系统中必不可少的设备可少的设备 北京交通大学北京交通大学板式换热器在纺织印染中的应用板式换热器

17、在纺织印染中的应用 利用板式换热器回收染色废水中的余热：利用板式换热器回收染色废水中的余热：利用染色后高温废水加热染色用给水利用染色后高温废水加热染色用给水废水温度由废水温度由8080 降到降到2525 染色用水由染色用水由2020 升高到升高到7070 。北京交通大学北京交通大学北京交通大学北京交通大学焦化厂利用板式换热器回收喷洒氨水冷却焦炉煤焦化厂利用板式换热器回收喷洒氨水冷却焦炉煤气的余热气的余热 焦炉煤气用氨水喷洒进行冷却，喷洒的氨水具有较高焦炉煤气用氨水喷洒进行冷却，喷洒的氨水具有较高的温度；的温度；由氨水循环泵加压送往板式换热器加热二次采暖循环由氨水循环泵加压送往板式换热器加热二次

18、采暖循环热水，使其从热水，使其从6060升到升到8080左右；左右；二次循环热水由余热回收循环水泵送往生活楼供采暖二次循环热水由余热回收循环水泵送往生活楼供采暖用。用。 北京交通大学北京交通大学1-1-补给水泵补给水泵 2-2-压力继电器压力继电器 3-3-余热回收循环水泵余热回收循环水泵 4-4-氨水冷却器氨水冷却器5-5-集气罐集气罐 6-6-气液分离器气液分离器 7-7-沉清槽沉清槽 8-8-氨水中间槽氨水中间槽9-9-氨水循环泵氨水循环泵 10-10-热用户热用户 11-11-电磁阀电磁阀 北京交通大学北京交通大学焦化场软水回收系统焦化场软水回收系统焦化系统中蒸汽系统中渗入油类物质，软

19、水系统不能焦化系统中蒸汽系统中渗入油类物质，软水系统不能直接回到加热系统，需要对软水进行有效回收。直接回到加热系统，需要对软水进行有效回收。中压。低压水在扩容器进行压力变换，产生的蒸汽直中压。低压水在扩容器进行压力变换，产生的蒸汽直接引入锅炉系统回用；接引入锅炉系统回用；饱和水通过板式换热器降温后通过活性炭滤油，通过饱和水通过板式换热器降温后通过活性炭滤油，通过回热器和冷却器组成余热回收装置。回热器和冷却器组成余热回收装置。北京交通大学北京交通大学北京交通大学北京交通大学板式换热器在电厂、热电联产等中的应用板式换热器在电厂、热电联产等中的应用 利用电厂冷凝水的余热建造了一座采暖供热站利用电厂冷凝水的余热建造了一座采暖供热站 板式换热器的一次循环回路为电厂的冷凝水板式换热器的一次循环回路为电厂的冷凝水 二次循环回路是采暖供热热水二次循环回路是采暖供热热水 北京交通大学北京交通大学北京交通大学北京交通大学板式换热器在造纸机、密闭罩排气热回收中的应用板式换热器在造纸机、密闭罩排气热回收中的应用 FFFF成纸湿纸干燥罩散水塔往热水槽换热器换热器排风机排风机蒸汽加热器蒸汽加热器送风机送风机北京交通大学北京交通大学板式换热