余热回收及换热器

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业余热回收1.换热器的种类管壳式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器、热管换热器。1.1管壳式换热器特点结构紧凑性和传热强度不及板式，但是其适用于操作温度和压力范围较大，制造成本低，清理量大，工作可靠。因此被广泛使用。1.2管壳式换热器的分类按材料：陶瓷、塑料、石墨、玻璃按传热面：螺纹管、波纹管、异型管、螺旋扁管、翅片管、内插物换热器等按结构特点：固定管板式、浮头式、U型管式、滑动管板式2.换热器相关技术的发展动向2.1.防腐技术（阳极保护技术的开发和新型防腐

2、蚀材料的应用）a、含有Cu、Ni、P的合金钢等不锈钢b、添加少量Cr、Cu、Al元素提高钢的耐腐蚀性c、非金属材料（氟塑料换热器、钛管换热器（钛表面光滑，非磁性，易加工抗垢能力强，体积小，质量轻）、陶瓷换热器、玻璃换热器、石墨换热器）2.2强化技术电场动力强化、添加物强化沸腾传热、通入惰性气体强化、磁场动力传热技术、纳米流体传热技术具体方法：K，A，T（管程和壳程）改变表面形状（表面制成多孔状，添加内插物）及表面处理方法，获得粗糙表面和扩展表面改变管束的支撑形式，获得良好的流动和传热性能控制排烟温度采用空气旁路技术防结垢、积灰技术表面涂层，特殊表面形状、使用除垢剂。在线除垢；提高烟气流速、管壁

3、温度、倾斜放置管子、定期吹灰。抗振技术减小管束跨距，为管束添加附加支撑管束的支撑结构研究（折流板、折流杆、其他类型）折流板（弓形，圆盘）折流杆（折流栅）其他类型（整圆形折流板其上有小圆孔、矩形孔等；空心环式；螺旋钮片支撑等）大型化与小型化并重制造技术（加工、焊接）研究手段（CFD）3.壳式换热器新结构的研究与开发夹套式变截面导流筒折流杆换热器新型高低温换热板夹持式异径换热管纵流壳程换热器斜向流管壳式换热器 4.热管式换热器4.1原理和特点a较大的传热能力和热导性（工作液体在真空状态下吸热相变，其汽化潜热很大，传输阻力很小，所以导热能力很大，导热性很高）b优良的等温性（工作液体在相变后处于饱和状

4、态，蒸汽流动和相变时的温差是非常小的，所以热管的管壁表面温度梯度非常小。在热流密度很小时，热挂可以获得高度的等温表面）c热流密度的可变性（通过调整吸热段和冷却段的面积，可以改变蒸汽的压力和温度。改变了工作温度，也就改变了压力，于是保证热管的安全运行，改变壁温，可以避免材料的高温破坏和低温腐蚀）传热系数高、体积小、重量轻、结构紧凑、等温性能好、耐腐蚀、不易积灰、热流密度可调、传热方向可逆。工质的要求：稳定性、相容性、润湿性、传热量要大、饱和温度要高、安全性有保证。4.2热管的分类4.2.1按管内工作温度低温热管、中温热管、常温热管、高温热管。低温热管（100度以下）、常温热管、中温热管（1004

5、00）、高温热管（450度以上）.4.2.2按换热器的结构形式整体式、分离式、回转式、组合式4.2.3按外部形状和结构分类圆管形、平板式、扁圆管形和矩形、三角形等重力式热管（结构简单，内部热阻小，运行可靠，制造方便，成本低廉）平板式热管（管壳为平板状，其截面为矩形。平板式热管的特点是加热测的面积比较大，在同样大小的内腔容积下，传热能力更高。有的平板式热管的放热段还设计成扁平状或其他状态，以利于快速导热）弯曲热管（利用变化的热管形状解决热量的散发问题，其布置十分方便灵活）分离式热管（对于吸热和放热的位置离得比较远的，可以拉长热管的绝热段，设计成分离式热管。最长距离可以达到几十米，在绝热段使用绝热

6、材料对工作介质的蒸汽上升管和冷凝液下降管进行外部保温，以保证管内的工作介质温度不发生变化，传递热量不出现损失。对于大型的分离式热管，可把加热段和冷凝段都制成管排式结构，工质蒸汽的上升和冷凝液体的回流分别设置专门的流动通道，互不干扰。其真空度的形成一般往往在现场通过真空机组或排热完成）回转式热管（其工作的内腔一般是一个椎体，吸热端直径较小，放热段直径较大，其除具有其他形式热管的固有传热特性外，工作液体的回流利用了热管在旋转时产生的离心力，因为有离心力的作用，液体回流不需要借助毛细材料的抽力，椎体角度一般为1-2就可以满足冷凝液顺利返回加热段。回转热管可以水平放置，广泛用于高速旋转、产生大量热量又

7、需要快速移出的场合）径向热管（径向热管的结构形式与其他热管有很大的不同，径向热管为双管结构，在热管管壳内有一个内管，中间形成一个环隙。内管流过的是一种流体，热或冷；外部流过一种流体，热或冷热管加热测在外观的外侧，放热测在内管的外侧，外管与内管之间的环隙是热管的工作空间，即介质吸热放热。径向热管的系吸热段和放热段分别是在外管和内管，所以热量的输送方向是沿着内、外管的半径方向进行的。径向热管同样可以具有吸液芯。径向热管由于工质沿着热管径向流动，流动空间大，阻力小，声速极限等一些传热极限对其约束就不大，其优点还有，因为环隙的空间足够大，即使工作介质与热管管壳在长期运行中难免产生一些不凝性气体，也不会

8、像轴向热管那样集中在热管的顶部而减小传热面积，影响热管的传热能力）可变导热管（一般热管有很高的热量传导能力，即加热段的温度变化随时会灵敏的反映到冷凝段，从而引起热管的工作温度变化。可变导热管则不同，他通过对热管管腔的结构改变，就可以在加热段的温度升高时多传些热量至冷凝段，在加热段的温度降低时少传些热量至冷凝段，从而保持热管的工作温度不变，这种热管技术子啊需要对温度有严格控制的场合十分有用。可变导热在普通导热管的冷凝段端部加上一个储气室。储气室可以有吸液芯也可以没有，储气室内可以充一定量的不凝性如氮、氦、氩等气体，他们与液体工质在热管内部共存。在热管启动时，不凝性气体被液体蒸汽冲扫到冷凝段端部的

9、储气室内并滞留，最终不凝性气体全部聚集在储气室形成一个气塞。当加热段温度升高时，工质蒸汽压力加大，不凝性气体被压缩，气塞长度缩小，冷凝段传热面积加大且传热量增加，使热管温度的上升得到抑制。当加热段温度降低时，工质蒸汽压力降低，不凝性气体膨胀，气塞长度增加，冷凝段传热面积减小且传热量减小，使热管温度的下降得到抑制。通过精确确定不凝性气体的充装量，可以精确控制热管的工作温度，因而热源的温度也得到有效控制，这种热管广泛用于仪器仪表的调节和控制）重力式热管、平板式热管、弯曲热管、分离式热管、回转式热管、径向热管、可变导热管 4.3热管的传热极限传热极限限制热管传热能力的因素包括管内蒸汽流通截面的大小、

10、流体黏度、蒸汽压力、流动速度和毛细抽力等 黏性极限意味着热管中蒸汽流动的粘滞阻力限制了热管的传热能力；声速极限表明热管内蒸汽流速达到某一数值，从而限制了热管的传热能力；携带极限指的是由于热管内部蒸汽流速过高，将于其流动方向相反的冷凝回流液体部分的从气液交界面上斯脱下来，携带往热管的冷凝段，从而破坏了热管的正常工作，使其达到传热极限；沸腾极限指当热管加热段毛细吸液芯中液体受热沸腾所产生的气泡阻碍了正常液体的回流，使热管达到传热极限。他还可能由于热管径向热流密度太大，在热管内表面形成膜态沸腾，造成壁面干枯，使热管达到传热极限。在没有液芯的情况下，影响热管传热极限的是声速极限和携带极限。 4.4常见

11、的热管有整体式热管换热器、分离式热管换热器、回转式热管换热器和蜗壳式热管换热器4.4.1整体式热管换热器两换热流体分别位于换热器的上下部分，中间由管板分隔，热管悬挂在管板上，该处可采用静密封或焊接结构，采用活动的静密封结构，方便热管的维修、清洗；焊接结构密封可靠，两边的流体没有泄露的隐患。该形式一般用于气气式换热。4.4.2分离式热管换热器布置灵活，变化随意，可以实现远距离热量交换，可以实现一种流体和几种流体同时换热，可以完全隔绝两种或者多种换热流体。其加热段和冷凝段分别置于两个独立的换热流体通道中，热管内部的工作液体在加热段吸热蒸发后通过蒸汽上升管输送热量到冷凝段，放热冷凝后通过冷凝液下降管

12、回流到加热段。理论上，加热蒸发段与放热冷凝段的高度差越大，蒸汽上升管径越大，两者间的距离就可以越远，以确保热管正常进行工作循环。蒸汽上升管和冷凝液下降管需要实施严格的绝热保温，以避免沿途不必要的热量损失。设计过程中要考虑制造强度，检验等。缺点是：现场制作连接管路比较复杂，工作液体的充装、热管管束真空度的形成都比较困难，链接管路沿途的保温绝热、热胀冷缩等设计也要考虑。4.4.3热管余热锅炉一种实用性很强、结构可靠且热效率高的蒸汽发生设备。其主要形式有整体式和分体式。整体式结构简单，加工制造安装调试以及检修维护都比较容易。预热锅炉的下部为热管的加热段，热量传递到预热锅炉上部，上部空间简称汽包，其内

13、的水吸热、蒸发，产生的饱和水蒸气通过气液分离器分离后输出。缺点是体积不能太大，否则中间管板和汽包壁厚都比较厚，带来设计和制造上的麻烦。因此出现分体式热管，也称套管式热管预热锅炉，布置灵活，适应性强，结构强度高，但比较复杂，焊接接头多，加工困难。其加热部分与汽包分离，中间通过蒸汽上升管路和液体回流管路连接。热管的放热段置于热流体通道内，水被加热后在水夹套内汽化蒸发，饱和蒸汽和水的混合物由蒸汽上升管输送到汽包，经过气液分离后的蒸汽送入总蒸汽管网，分离及补充的水由汽包下方的出口经下降管到达水夹套，继续蒸发。 5.纳米流体热管5.1纳米流体的制备纳米粒子：金属、氧化物颗粒、非氧化物颗粒等基液：水、乙醇

14、、甲醇等制备方法：一步法、两步法对制备的纳米流体进行表征分析（稳定性、分散性等）：纳米粒度分析法、分光光度分析法、zeta电位分析法、沉降法等通过改变纳米流体的PH值、添加分散剂和表面活性剂、对其进行超声振动等来使纳米流体呈现出更好的性能热管的制作（结构）重力式热管、吸液芯热管、微槽道热管、振荡热管等考虑管子和工质的相容性搭建试验台5.2热性能的研究影响热性能的因素：宏观：纳米颗粒的体积分数、颗粒形状和尺寸、颗粒的种类和属性、加热功率、充液率、基液的种类和特性、分散剂的种类和用量、热管的放置角度等微观：颗粒的团聚、颗粒表面吸附的薄液层、小尺寸效应、颗粒重力、热扩散、雷诺数等实验：测热导率、对流

15、换热系数、热阻、温度、粘度、热流密度、启动过程等。分析上述影响因素，找出其间的关系，建立数学模型进行计算，和实验进行验证。分析强化传热的方式，得到最佳的换热效率存在的问题：对强化传热的机理研究的比较少不同研究者得出的实验结果缺乏一致性，因此用先进的实验方法，建立模型，导出更加准确的实验关联式。5.3有待研究的方面纳米流体的制备：选取两种或两种以上纳米颗粒加入基液，分析传热特性研究新型的纳米流体工质纳米流体+改变热管的结构强化传热，两者相结合改变冷凝段的冷却方式换热器换热器的种类：管壳式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器、热管换热器。管壳式换热器特点：结构紧凑性和传热强度不及板式，

16、但是其适用于操作温度和压力范围较大，制造成本低，清理量大，工作可靠。因此被广泛使用。管壳式换热器的分类：按材料：陶瓷、塑料、石墨、玻璃按传热面：螺纹管、波纹管、异型管、螺旋扁管、翅片管、内插物换热器等按结构特点：固定管板式、浮头式、U型管式、滑动管板式换热器相关技术的发展动向：防腐技术（阳极保护技术的开发和新型防腐蚀材料的应用）a、含有Cu、Ni、P的合金钢等不锈钢b、添加少量Cr、Cu、Al元素提高钢的耐腐蚀性c、非金属材料（氟塑料换热器、钛管换热器（钛表面光滑，非磁性，易加工抗垢能力强，体积小，质量轻）、陶瓷换热器、玻璃换热器、石墨换热器）强化技术电场动力强化、添加物强化沸腾传热、通入惰性

17、气体强化、磁场动力传热技术、纳米流体传热技术具体方法：K，A，T（管程和壳程）改变表面形状（表面制成多孔状，添加内插物）及表面处理方法，获得粗糙表面和扩展表面改变管束的支撑形式，获得良好的流动和传热性能控制排烟温度采用空气旁路技术防结垢、积灰技术表面涂层，特殊表面形状、使用除垢剂。在线除垢；提高烟气流速、管壁温度、倾斜放置管子、定期吹灰。抗振技术减小管束跨距，为管束添加附加支撑管束的支撑结构研究（折流板、折流杆、其他类型）折流板（弓形，圆盘）折流杆（折流栅）其他类型（整圆形折流板其上有小圆孔、矩形孔等；空心环式；螺旋钮片支撑等）大型化与小型化并重制造技术（加工、焊接）研究手段（CFD）管壳式换

18、热器新结构的研究与开发夹套式变截面导流筒折流杆换热器新型高低温换热板夹持式异径换热管纵流壳程换热器斜向流管壳式换热器热管式换热器原理：特点：传热系数高、体积小、重量轻、结构紧凑、等温性能好、耐腐蚀、不易积灰、热流密度可调、传热方向可逆。工质的要求：稳定性、相容性、润湿性、传热量要大、饱和温度要高、安全性有保证。热管的分类按管内工作温度：低温热管、中温热管、常温热管、高温热管按换热器的结构形式：整体式、分离式、回转式、组合式常见的热管：重力式热管、平板式热管、弯曲热管、分离式热管、回转式热管、径向热管、可变导热管热管和热管换热器的设计基本特性：a较大的传热能力和热导性（工作液体在真空状态下吸热相

19、变，其汽化潜热很大，传输阻力很小，所以导热能力很大，导热性很高）b优良的等温性（工作液体在相变后处于饱和状态，蒸汽流动和相变时的温差是非常小的，所以热管的管壁表面温度梯度非常小。在热流密度很小时，热挂可以获得高度的等温表面）c热流密度的可变性（通过调整吸热段和冷却段的面积，可以改变蒸汽的压力和温度。改变了工作温度，也就改变了压力，于是保证热管的安全运行，改变壁温，可以避免材料的高温破坏和低温腐蚀）传热极限：限制热管传热能力的因素包括管内蒸汽流通截面的大小、流体黏度、蒸汽压力、流动速度和毛细抽力等黏性极限意味着热管中蒸汽流动的粘滞阻力限制了热管的传热能力；声速极限表明热管内蒸汽流速达到某一数值，

20、从而限制了热管的传热能力；携带极限指的是由于热管内部蒸汽流速过高，将于其流动方向相反的冷凝回流液体部分的从气液交界面上斯脱下来，携带往热管的冷凝段，从而破坏了热管的正常工作，使其达到传热极限；沸腾极限是指当热管加热段毛细吸液芯中液体受热沸腾所产生的气泡阻碍了正常液体的回流，使热管达到传热极限。他还可能由于热管径向热流密度太大，在热管内表面形成膜态沸腾，造成壁面干枯，使热管达到传热极限。在没有液芯的情况下，影响热管传热极限的是声速极限和携带极限。热管的基本类型按工作介质分类：低温热管（100度以下）、常温热管、中温热管（100400）、高温热管（450度以上）按外部形状和结构分类：圆管形、平板式

21、、扁圆管形和矩形、三角形等a重力式热管（结构简单，内部热阻小，运行可靠，制造方便，成本低廉）b平板式热管（管壳为平板状，其截面为矩形。平板式热管的特点是加热测的面积比较大，在同样大小的内腔容积下，传热能力更高。有的平板式热管的放热段还设计成扁平状或其他状态，以利于快速导热）c弯曲热管（利用变化的热管形状解决热量的散发问题，其布置十分方便灵活）d分离式热管（对于吸热和放热的位置离得比较远的，可以拉长热管的绝热段，设计成分离式热管。最长距离可以达到几十米，在绝热段使用绝热材料对工作介质的蒸汽上升管和冷凝液下降管进行外部保温，以保证管内的工作介质温度不发生变化，传递热量不出现损失。对于大型的分离式热

22、管，可把加热段和冷凝段都制成管排式结构，工质蒸汽的上升和冷凝液体的回流分别设置专门的流动通道，互不干扰。其真空度的形成一般往往在现场通过真空机组或排热完成）e回转式热管（其工作的内腔一般是一个椎体，吸热端直径较小，放热段直径较大，其除具有其他形式热管的固有传热特性外，工作液体的回流利用了热管在旋转时产生的离心力，因为有离心力的作用，液体回流不需要借助毛细材料的抽力，椎体角度一般为1-2就可以满足冷凝液顺利返回加热段。回转热管可以水平放置，广泛用于高速旋转、产生大量热量又需要快速移出的场合）f径向热管（径向热管的结构形式与其他热管有很大的不同，径向热管为双管结构，在热管管壳内有一个内管，中间形成

23、一个环隙。内管流过的是一种流体，热或冷；外部流过一种流体，热或冷热管加热测在外观的外侧，放热测在内管的外侧，外管与内管之间的环隙是热管的工作空间，即介质吸热放热。径向热管的系吸热段和放热段分别是在外管和内管，所以热量的输送方向是沿着内、外管的半径方向进行的。径向热管同样可以具有吸液芯。径向热管由于工质沿着热管径向流动，流动空间大，阻力小，声速极限等一些传热极限对其约束就不大，其优点还有，因为环隙的空间足够大，即使工作介质与热管管壳在长期运行中难免产生一些不凝性气体，也不会像轴向热管那样集中在热管的顶部而减小传热面积，影响热管的传热能力）g可变导热管（一般热管有很高的热量传导能力，即加热段的温度

24、变化随时会灵敏的反映到冷凝段，从而引起热管的工作温度变化。可变导热管则不同，他通过对热管管腔的结构改变，就可以在加热段的温度升高时多传些热量至冷凝段，在加热段的温度降低时少传些热量至冷凝段，从而保持热管的工作温度不变，这种热管技术子啊需要对温度有严格控制的场合十分有用。可变导热在普通导热管的冷凝段端部加上一个储气室。储气室可以有吸液芯也可以没有，储气室内可以充一定量的不凝性如氮、氦、氩等气体，他们与液体工质在热管内部共存。在热管启动时，不凝性气体被液体蒸汽冲扫到冷凝段端部的储气室内并滞留，最终不凝性气体全部聚集在储气室形成一个气塞。当加热段温度升高时，工质蒸汽压力加大，不凝性气体被压缩，气塞长

25、度缩小，冷凝段传热面积加大且传热量增加，使热管温度的上升得到抑制。当加热段温度降低时，工质蒸汽压力降低，不凝性气体膨胀，气塞长度增加，冷凝段传热面积减小且传热量减小，使热管温度的下降得到抑制。通过精确确定不凝性气体的充装量，可以精确控制热管的工作温度，因而热源的温度也得到有效控制，这种热管广泛用于仪器仪表的调节和控制）热管换热器的基本类型热管换热器的一些显著特点：传热效率高，结构紧凑，换热流体阻力损失小，外形变化灵活，环境适应性强。首先，其任一端的传热表面可以通过合适的方法扩展，方便缩小换热器的体积和重量；也可以通过变换两端的外表面积大小来调整热流密度，以改变热管的内部工作温度，调整表面管壁温度，克服换热流体的酸露点腐蚀。热管换热器按形式分类，有整体