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      哈雷釬焊板式換熱器
      專業生產:換熱器;分水器;過水熱;冷卻器
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      內展翅片換熱器在空氣除濕系統中的應用

      點擊:1800 日期:[ 2014-04-26 21:08:17 ]
                                   內展翅片換熱器在空氣除濕系統中的應用                                         張桂寧 吳彥宇 王福興                            (東北制藥總廠,遼寧 沈陽 110026)     摘要:從換熱器強化換熱原理分析入手,針對氣(汽)—液換熱特殊工況,提出了應用內展翅片換熱器的優越性,并通過空氣除濕系統的應用實例,論述其的節能優勢。     關鍵詞:內展翅片換熱器;氣( 汽)—液換熱;強化傳熱     換熱是醫藥、化工生產中的常見工藝,在換熱過程中往往存在著兩側介質對流換熱系數相差極大的情況,比較典型的是氣( 汽)—液換熱。對于這類工況的換熱,如果使用普通型的換熱器,其傳熱效率極低,導致耗水量與冷卻水動力泵耗電大,設備的制造成本和運行成本也高。      近幾年國內針對氣( 汽)—液換熱這個特殊工況的需求,出現了內展翅片換熱器,其通過讓對流換熱系數較小的介質流經換熱管翅片側來強化其換熱性能,從而達到提高換熱器總傳熱系數的目的。經過東北制藥總廠實踐應用,具有良好的節能效果,在氣( 汽)—液換熱領域有很高的推廣價值。     1 強化換熱的基本原理      換熱設備效率的高低主要取決于換熱器的傳熱系數,各種強化傳熱的手段主要是依靠增加傳熱系數 k,其核心問題是要對傳熱過程進行分析,確定控制整個傳熱過程的分熱阻。     在換熱過程中,熱量由高溫流體傳給低溫流體的主要熱阻來自以下幾個方面:( 1)兩側介質與換熱管內、外壁之間的對流換熱熱阻;( 2)管壁本身的熱阻;( 3)兩側介質的污垢熱阻。當不考慮污垢熱阻時,傳熱系數可以寫成下列形式:                         式中 α1、α2—兩側介質與換熱管內、外壁之間的對 ——流換熱系數;      F1、F2— ——換熱管內、外側面積;      Fm ———換熱管平均傳熱面積;       λ———換熱管壁的導熱系數;       δ—壁厚。     一般換熱管都采用金屬薄壁作為換熱面,由于管壁本身的熱阻非常小,強化換熱的潛力不大,因此強化換熱性能主要就是要降低兩側介質與換熱管內、外壁之間的對流換熱熱阻,重點應抓住最薄弱的環節,即分熱阻最大的一項進行強化,才能有效地增大傳熱系數。     2 氣( 汽) —液換熱所遇到的問題     在通常的換熱過程中,一些換熱介質之間的換熱系數相差較大,特別是氣(汽)—液換熱工況。以空氣-水換熱為例,一般空氣的對流換熱系數在20~100W/(m2·℃),而水一般可以達到1000~15000W/(m2·℃),二者相差上百倍。對常規換熱器,換熱壁兩側換熱面積基本相等,但氣( 汽)—液換熱熱交換介質的換熱系數不同,導致熱交換不平衡,造成總傳熱系數低下與能源產生極大浪費的狀況。     為解決這一問題,一般可采用以下幾個方法:     (1)加大換熱面積。但此法往往使得換熱器體積過于龐大,初期投資增加,同時對于換熱系數大的一側來說,也是一種換熱面積的浪費;     (2)提高冷卻介質流速。提高流速固然可以增強傳熱,但同時造成阻力降成倍增加,運行費用上升,并容易產生水蝕或震動現象;     (3)加大傳熱溫差。這就需要降低冷卻介質溫度,甚至使用鹽水深冷,運行成本增加,而且整個熱力系統的不可逆性增加,降低了熱力系統的可用性。     3 內展翅片換熱器     根據上述傳熱系數關系式,針對氣(汽)—液換熱特點,降低氣體側的傳熱熱阻,對強化傳熱可謂事半功倍。由換熱器介質與管壁傳熱熱阻公式R=Fm/αF可知,對對流換熱系數較小的換熱側,可通過增大其來達到減小熱阻的目的。     擴展表面是緊湊式換熱器和管殼式換熱器最常用的強化措施,擴展表面又可分為外擴展表面與內擴展表面。外擴展表面是在管外側加翅片強化管外換熱,是最普遍的方式,技術已經相對成熟;而內擴展表面是利用內翅片管來強化換熱。     內展翅片換熱器如圖1所示,是針對氣( 汽)—液換熱的特點研制、生產的新型換熱器。其通過在換熱管內部加裝波紋型內展翅片,加大了氣體側的熱交換面積,降低氣體對流換熱熱阻,提高了總傳熱系數,有效地解決了熱交換介質導熱系數不同而導致的熱交換不平衡問題,改善了傳熱效果。                           3.1 內展翅片換熱器與普通光管換熱器的比較     (1)內展翅片換熱管與光管換熱器相比,在消耗金屬材料相同的情況下具有更大的表面積,但實質上換熱面積增大的同時帶來了傳熱系數的提高,改善了傳熱效率,解決了因兩種介質換熱系數不同而產生的熱交換不平衡這一基本問題;     (2)與普通換熱器相比,內展翅片換熱器因為降低氣側傳熱熱阻,而使光管換熱面積減少,使得整臺設備體積大大減少。設備制造所需要材料少,在同等處理量情況下總體耗材量相對于相同材質的常規換熱器要少。     3.2 內展翅片換熱器其它特性     (1)波紋型翅片縱向置入管內,氣體流動阻力??;     (2)冷卻水走殼程,不斷折流擾動,降低水垢形成幾率。高壓氣體走管程,高溫、高壓氣體的流速較大,污垢系數較小,這樣就使得換熱器的清洗周期大大加長,維護成本降低。     4 內展翅片換熱器在空氣除濕系統中的應用     東北制藥總廠空氣除濕系統是典型的氣(汽)—液換熱工藝,原使用列管換熱器(原空氣除濕系統換熱流程,如圖2所示),2004年根據系統工藝特性,改造采用內展翅片換熱器(改造后空氣除濕系統換熱流程,如圖3所示)。應用結果表明,該產品對氣(汽)一液介質熱交換效果特別突出,真正達到換熱器的專業化配置。                           4.1 改造后空氣除濕系統換熱流程說明     從空壓機出來的壓縮空氣經換熱器冷卻后,進入旋風分離器除濕。原工藝選用普通列管式換熱器,兩臺換熱器串聯使用,夏季為滿足空氣除濕溫度要求,2級換熱器使用鹽水作為冷卻介質,以優質能源消耗滿足工藝需要。選用內展翅片換熱器后,僅需1臺換熱器全年使用常水即可滿足除濕工藝要求。     4.2 空氣除濕系統應用內展翅片換熱器的效果     空氣除濕系統冷卻器選用內展翅片換熱器與原列管換熱器的對比數據見表(1非夏季運行工況)。                              從上表可見:(1)采用內展翅片換熱器,節約用水47t/h,相對普通殼管式換熱器節水率為 63%,系統補水量大幅度減少;(2)改造后停運37kW水泵1臺,另1臺負荷降低 25%,每年節電約15萬元;(3)夏季停止冷凍鹽水的使用,3個月節約鹽水制取費用22萬元。由此看來,在空氣除濕系統中應用內展翅片換熱器將具有明顯的經濟效益。     5 結語      翅片管換熱器與普通光管換熱器相比具有許多熱性能和經濟上的優點,對于我國工業企業降低能源消耗,節約能源,節約水資源具有重大意義。在目前化工、醫藥企業為提高總體能效進行的增容、增效技術改造過程中,應用翅片換熱器可以解決管殼式換熱器運行中的許多問題,新型翅片管換熱器將會得到越來越廣泛的研究和應用。     [ 參考資料]     [1] 楊世銘.傳熱學.高等教育出版社,1987     [2] 換熱器.中國石化出版社,1993
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