节能培训-工业过程系统节能及技术-强化传热及换热器技术.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,4/22/2021,#,工业过程系统节能技术,强化传热与换热器,2025/4/9 10:55,强化传热与换热器技术,2,异型强化传热管,3,4,新型壳程支撑结构,研究,ing,的强化传热技术,1,强化传热基础,知识,5,应用案例,2025/4/9 10:55,1.1,强化传热基础知识,换热器是一种,量大面广的通用设备,、换热器是一种重要,节能设备,换热器广泛,应用于电力、化工、炼油、制冷、低温、冶金、建材、环保、航天、航空、食品、轻工、医药等,部门，几乎所有的行业均与换热器相关在石油化工、空调制冷行业，换热,器重量占工艺设备总重的,40,%,以上，占设备总投资的,30%,以上2025/4/9 10:55,从节能角度出发强化传热的目的是：,提高能源利用效率，减少能源使用过程中有效能的损耗；,减小,换热器的体积，减轻重量和金属,消耗强化传热,指的是,用较小的设备传递较多的热量,也就是说要使热交换器单位传热面积的,传热速率,Q,越大越好,1.1,强化传热基础知识,2025/4/9 10:55,换热器的强化传热就是力求使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热量达到最多。

传热,方程式为：,式中,K,传热系数,；,A,换热面积,；,T,平均传热温差,强化,传热主要有,3,种途径：提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差1.1,强化传热基础,知识,2025/4/9 10:55,1,）增加平均,温差,T,在换热器中冷热液体的流动方式有四种，即顺流、逆流、交叉流、混合流在进出口,温度相同时，逆流的平均温差,T,最大，顺流时,T,最小,，应,尽可能采用逆流或接近于逆流的布置温差增大，势必造成换热过程的有效能损失,（或者熵增）增大，从节能与能量的梯级利用角度出发，这是不允许的，是违背节能初衷的尽量使得流体呈逆流流动，而尽最大可能采用低温差传热，是未来换热器必须发展的方向用,增加平均温差,T,的办法来增加传热只能适用于个别情况1.1,强化传热基础知识,2025/4/9 10:55,2,）,.,扩大换热,面积,A,扩大换热面积是常用的一种增强换热量的有效方法，如采用小管,径、各种翅片等一些新型的紧凑式换热器，如板式和板翅式换热器，同管壳式换热器相比，在单位体积内可布置的换热面积多得多,当然,紧凑式的板式结构对高温、高压工况就不宜应用对于高温、高压工况一般都采用简单的扩展表面，如普通肋片管、销钉管、鳍片,管，效果,仍然是显著的。

采用扩展表面后，如果几何参数选择合适还可同时提高换热器的传热系数，这样增强传热的效果就更好了值得注意的是，采用扩展面常会使流动阻力增加，金属消耗增加，因此在应用时应进行技术经济比较1.1,强化传热基础知识,2025/4/9 10:55,3,）,.,提高传热系数,k,提高传热系数,k,是强化传热的最重要的的,途径，,传热系数,k,可用下式计算：,一般,讲,/,可以忽略因此传热系数,k,可以近似写成：,k=,1,2,/,（,1,+,2,）由此可知欲增加,k,，就必须增加,1,和,2,，但当,1,和,2,相差较大时，增加它们之中较小的一个最有效1.1,强化传热基础知识,2025/4/9 10:55,综合表明，强化传热的主要技术手段有：,传热表面的粗造化和流体流通截面的异形化,异型强化传热管,；,管束支撑与流场的协同化,新型壳体支撑结构,；,外场（机械振动、电、磁、电磁等）与内场（速度、温度）的协同,研究,ing,的技术,1.1,强化传热基础知识,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,1.2,异形强化传热管,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,2025/4/9 10:55,1.2,异形强化传热管,六、多股流扁管,这种管型既具有普通传热管的优点（耐温耐压能力强），又具有板式换热器的优点（结构紧凑、表面传热系数高），特别适合气,气热交换，具有压降低、传热系数高的优点，扁管的宽度从,30-300mm,之间可以任意选择，能够最大限度满足个性化用户的需求。

传热系数提高,30,以上；,抗结垢能力强；,特别适合气体和易结垢液体的余热回收，,如烟气、印染废水等2025/4/9 10:55,1.3,新型壳程支撑结构,（一）、螺旋,折流板换热器,螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器,，最初由,美国,ABB,公司提出的与常规折流板相互平行布置方式不同，它的折流板相互形成一种特殊的螺旋形结构，每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度，使壳程流体做螺旋运动，能减少管板与壳体之间易结垢的死角，从而提高了换热效率在气,水换热的情况下，传递相同热量时，该换热器可减少,30,40,的传热面积，节省材料,20,30,此换热器尤适宜于处理含固体颗粒、粉尘和泥沙等流体2025/4/9 10:55,1.3,新型壳程支撑结构,经过改良的螺旋折流板具有如下优点：,压降更低、传热系数更高；,基本无流动死区；,适合气体冷却、高粘度流体的传热2025/4/9 10:55,1.3,新型壳程支撑结构,螺旋折流板,+,缩放管，可以有效强化管内外传热系数，用于气,-,气传热，可以提高总系数,50%,以上，壳程压降减少,30%,左右，特别适合应用气体余热回收,这是通过改良以后的螺旋折流板，该图为某冶金企业设计制造的气,-,气换热器，换热器体积比原来减少,30%,以上。

2025/4/9 10:55,扭曲管结构图,（二）,扭曲管,换热器,-,无管束支撑,1.3,新型壳程支撑结构,2025/4/9 10:55,管程、壳程同时强化传热，抗振性能好更适合流速底、粘度大的流体1.3,新型壳程支撑结构,2025/4/9 10:55,1.3,新型壳程支撑结构,扭曲,管束换热器由于不需要壳程支撑结构，使得壳程的压降大大减小，如果进行优化匹配，可以使得管内外传热系数比较接近，总体来说换热器的总传热系数可以提高,30-50%,，壳程压降减小,50%,，管程压降有所加大该类型的换热器已经成功用于化工、石油和与其相关的领域，特别使用于高粘度流体和非牛顿型流体图为某维尼纶厂设计制造的换热器设备2025/4/9 10:55,（三）、折,流杆,换热器,折流杆换热器是,1970,年由美国菲利浦石油公司首创的而我国在,80,年代初期开始研究折流杆换热器，最先是应用在石油化工行业上，近几年我国自主开发折流杆换热器的工作取得迅速发展，折流杆换热器在逐渐被人们认识的同时，也将逐步取代折流板换热器1.3,新型壳程支撑结构,2025/4/9 10:55,折流杆,换热器主要结构特点：,以,折流杆所组成的折流栅来代替传统的折流板。

折流杆对管子起支撑作用，又对流体起扰动强化传热作用,将,流体横掠管壳改作纵掠管束，从而从扰动的源头上有效的防治诱导振动的产生,1.3,新型壳程支撑结构,2025/4/9 10:55,折流,杆的结构,：,1.3,新型壳程支撑结构,2025/4/9 10:55,折流杆管壳式换热器的优点,1,）防止,了诱导振动的产生，提高了换热器的安全性2,）大大减少了壳侧流体的流动阻力，降低了管侧的泵功，节约能源3,）减少,了横掠管束时的流动死区和漏流,损失，且强化,了壳侧的,换热，,传热系数反而可,提高,10%-,30%,4,）减少了污垢的沉积和腐蚀的产生，提高了换热器的使用寿命1.3,新型壳程支撑结构,2025/4/9 10:55,1.3,新型壳程支撑结构,（四）,空心环式换热器,空心环管壳式换热器是我国于,20,世纪,90,年代发明的一种新型管壳式换热器空心环是由直径较小的钢管截成短节，均匀地分布于换热管管间的同一截面上，呈线性接触，在紧固装置螺栓力的作用下，使管束相对紧密固定空心环作为支撑形式，已成功地应用于小型氮肥厂据报道，在相同条件下，其传热面积虽比单弓形支承可减少,35,，传热速率则可增加,38,，泵功率可减少,75,。

2025/4/9 10:55,（四）,空心环式换热器,1.3,新型壳程支撑结构,空心,环与缩放管进行有效匹配，可以使得管内外传热系数均有,20-30%,左右的提高目前该类换热器在硫酸工业领域已经处于绝对控制地位，特别适合于气,-,气传热2025/4/9 10:55,机械,搅动,表面振动,流体振动,电磁场,喷射或抽吸,形状记忆合金弹簧,1.4,研究,ing,的强化传热技术,2025/4/9 10:55,受热面振动与强化传热,传热强化,传热面振动能够直接破坏边界层而获得传热的增强,，振动雷诺数足够高,，强化效果可,达,10,倍振动产生方法,人工产生传热面振动，通常使用电力振动器或机械传动偏心装置来实现,存在的问题,可能导致管子断裂；耗费的能量比增强传热所获得的收益要高,1.4,研究,ing,的强化传热技术,2025/4/9 10:55,流体脉动与强化,传热,脉动流的产生：,流体脉动装置（脉动阀、空气脉动器、往复泵、扬声器、超声波、振荡器等）使流体产生脉动强化传热的效果：,大多数结果对换热有不同程度的增强，少数则相反对于高粘度流体和非牛顿流体的层流运动基本没有强化传热的效果对于原来即为湍流的气流，脉动基本不增强传热。

主要的问题：,要专门的设备，能量的消耗1.4,研究,ing,的强化传热技术,2025/4/9 10:55,小扰动强化传热的机理（,4,）,小扰动强化传热的机理,层流时：,由小扰动诱发流动失稳，形成湍流湍流时：,由小扰动诱发流体的脉动由小扰动诱发流体的脉动，并使其固有频率与受热面固有频率耦合，引起受热面振动由小扰动诱发流体的脉动，并使其固有频率与受热面固有频率耦合，并与漩涡脱落频率耦合，与换热器内声学波共振，形成有序有大涡，直接冲刷受热面1.4,研究,ing,的强化传热技术,2025/4/9 10:55,小扰动如何诱发流体振动,扰动诱发流体的脉动，通过与受热面固有频率的耦合，与漩涡脱落频率的耦合，与声场固有频率的共振，使扰动能放大并维持一定数值，达到强化传热、防止结垢、防止破坏的目的流体脉动诱发盘旋管、盘旋悬伸管、盘形管、波纹管振动壳程切向进水、切向对冲进水诱发流体的脉动1.4,研究,ing,的强化传热技术,2025/4/9 10:55,为某冷冻机厂,有限公司生产的多机头全封闭制冷机管壳式,冷凝器,传热系数提高,50%,以上；,体积减小,1,倍左右,为某远洋,渔船设计制造的船用制冷机管壳式蒸发器、,冷凝器。

效果显著改进，冷凝温度降低,3-5,，节能在,10%,左右1.4,研究,ing,的强化传热技术,1.5,应用案例,2025/4/9 10:55,为,某,维尼纶,集团公司生产的新型高效自支承螺旋扁管醋酸乙稀立式,冷凝器,换热器减小,30%,以上,为某锌冶炼企业设计,生产两转两收,系统（二氧化硫转换三氧化硫）,采用新型换热管与合理支承结构相匹配的高效换热,设备,节约传热面积,30%,以上1.5,应用案例,2025/4/9 10:55,为某热力环保公司设计生产的,SG,型波纹,蛇管换热器是一种高效的水,水,换热器，总系数稳定在,6000W/m2/K,以上，是普通换热器的,1.5,倍以上，换热器传热温差可以降低至,2-3,，基本接近温差极限为某化工厂设计生产多股流扁管 气,气余热回收设备，可以回收烟气余热的,90%,。