湖北研发不锈钢翅片换热热管,能源转换跟利用第5章节_热回收用换热设备资料文档.ppt 69页

§5.7 换热器内管翅片的发展趋势： §5.7 换热器的发展趋势 特殊翅片：板翅式换热器： 3）提高传热系数：要提高传热系数，首先要提高热阻侧对流热传递系数。 改善对流传热的措施包括：①增大流速； ②让流体横向冲刷传热面； ③尽量消除死涡区； ④增强流体的湍流和混合； ⑤破坏边界层或阻止层流底层的发展； 传热表面的状况。 1）强化管内单相传热 2）强化层流边界层传热 3）相变传热强化烟管锅炉：烟管锅炉不需要围炉壁，结构简单，结构紧凑，易于布置在炉灶附近，制造容易，操作方便。 水管锅炉：水管锅炉适用于蒸汽产量大、压力高的场合。 按水循环方式分，自然循环和强制循环是根据管道的形状来分的。 1999年美国国家实验室GM发明了一种称为“热管”的传热元件，它充分利用热传导原理和冷却介质的快速传热特性湖北研发不锈钢翅片换热热管，将热量快速传递出去被加热物体通过热管传到热源外部。 ，其热导率超过任何已知金属。 热管换热器是由高效传热元件——热管组成的一种新型换热器。

热管换热器的研究背景 当今的传热工程面临两大难题：高绝热材料和高导热材料的研究。 导热性好的材料有铝[(λ=202W/m?°C)]、铜[λ=385W/m?°C]、银：λ=410W/m?°C)]，但它们的导热性只能达到102W/m的数量级？ ℃远远不能满足部分工程快速散热传热的需要。 热管的发明解决了这个问题。 热管的等效导热系数可以达到105W/m的数量级？ ℃。 是普通金属材料的数百倍甚至数千倍。 它可以在没有外部电源的情况下通过很小的横截面积远距离传输大量的热量。 由于热管具有导热性能好、结构简单、工作可靠、温度均匀等优良性能。 热管是传热领域的一项重大发明和科技成果，给人类社会带来了巨大的实用价值。 一、热管工作原理热管示意图1——管壳； 它是封闭的金属管（管壳），内腔有少量工作介质（工作流体）和毛细结构（管芯），必须排除管内的空气和其他杂质。 热管工作时利用三个物理原理：⑴在真空状态下，液体的沸点降低； ⑵同一物质的汽化潜热远高于感热； ⑶多孔毛细管结构对液体的吸力可使液体流动。 从传热角度看，热管沿轴向可分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分。

热管是一个带有.A. 热量在.B. 流体沸腾成气相。 C. 热量是从上部到； 气相。 D. 通过到 ( ) 的下部。 国外资料：（来自）热管的工作过程如图：当热管的一端受热时，毛细管芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在一定的作用下流向另一端微小的压差释放热量并凝结成液体。 力的作用流回蒸发段。 在这个无尽的循环中，热量从一端传递到另一端！ 在这一传热过程中，具体包括以下六个相互关联的过程： (1)热量通过热管壁和充满工作流体的吸液芯从热源传递到液气界面； (2)液体在蒸发段液气界面蒸发； (3)蒸汽室内的蒸汽从蒸发段流向冷凝段； (4) 蒸汽在冷凝段液气界面冷凝； (5) 热量从液体-气体界面通过吸液芯、液体和管壁传递到冷源； (6)由于吸液芯内的毛细管作用(或重力等)，冷凝功也流回蒸发段。

热管工作过程动画 注：热管内的水会因内部低压而在100℃以下沸腾蒸发。 水蒸气流动的热量输入液态水中，液体因重力或吸附力而蒸发。 水蒸气凝结，热量散失。 热管外壳是受压部件，要求采用高导热、耐压、抗热应力的材料。 在选材上必须考虑到热管外壳在长期运行中不腐蚀，工作流体与外壳不发生化学反应，不产生气体。 外壳材料有很多种，如不锈钢、铜、铝、镍等，也可采用铌、钽等贵金属或玻璃、陶瓷等。 管壳的作用是封闭热管的工作部分，接受和释放热端和冷端的热量，承受管内外压力不相等时产生的压力差。 热管的管芯是紧贴管壳内壁的毛细结构。 通常内衬多层金属丝网、纤维、布等，以减少接触热阻。 衬里也可以由多孔陶瓷或烧结金属制成。 . 右侧显示了几种不同的模具。 二、热管的材料 工作液的选择 热管的工作液必须具有较高的汽化潜热、导热性、合适的饱和压力和沸点、较低的粘度和良好的稳定性。 工作液还应具有较大的表面张力和润湿毛细结构的能力，使毛细结构能够作用于工作液，产生必要的毛细力。 工作流体不能溶解毛细结构和管壁，否则溶解的物质会聚集在蒸发段，破坏毛细结构。 3、热管的工作极限从图中可以看出：当工作温度较低时，最容易出现粘度极限和声速极限。

在高温下，应防止毛细管极限和沸腾极限。 因此，热管的工作点必须选择在包络线以下。 4、热管换热器利用热管导热能力强、传热能力大的特点，利用多根热管作为中间传热元件，实现冷热流体热交换的设备称为热管换热器。交换器。 四、热管换热器的特点： 1、传热性能高。 特别适用于气-气热交换； 2、传热平均温差大； 3、结构紧凑； 4、布局灵活； 5、工作安全可靠。 重力热管换热器 重力热管换热器有单管式、集管式和分体式三种。 分体式热管换热器布置图： 应用实例1： 应用实例2： 应用实例3： §5.6 流化床换热器 流化床工作原理： 流化床是指容器内的颗粒层。 在通过底部多孔板（配风板）的气流作用下，颗粒处于剧烈搅拌状态，呈“沸腾”状。 这层颗粒称为流化床。 风速 固定床 流化床 气力输送 §5.6 流化床换热器 (a) 固定床； (b) 流化起点； (c) 流化床； (d) 气力输送 §5.6 流化床换热器颗粒层在不同流速下的阻力 §5.6 流化床换热器风速对流化床传热系数的影响 传热系数关系 §5.6 流化床换热器 § 5.6 流化床换热器当出口烟气温度较高时，为充分利用热量，可采用双床甚至三床串联使用。

流化床换热器的优点： 1）传热性能高； 2）传热面能保持清洁，性能稳定； 3）烟气侧传热面腐蚀小； 4）维护检修方便。 §5.6 流化床换热器 流化床换热器的缺点： 1）烟气侧压力损失较大； 2）气流方向受限，烟气必须自下而上垂直通过床层； 3）由于床内流速的限制，不能用于烟气量过大的场合。 §5.7换热器的发展趋势强化传热的目的：1）减小换热器的传热面积，以减小换热器的体积和重量； 2）提高现有换热器的换热能力； 3）使换热器在小温差下工作； 4）降低换热器的阻力，降低换热器的电耗。 §5.7 换热器的发展趋势强化传热的途径： 1）增大传热平均温差流体的进出口温度受生产工艺条件的限制，一般不能随意改变。 因此，增加传热平均温差的唯一措施是采用逆流布置。 但对于高温换热器，当物料的温度受到限制时，则不得不采用具有较低传热温差的顺流或顺流组合。 因此，该措施强化传热的潜力有限，并非主要方式。 §5.7 换热器的发展趋势 强化传热的途径： 2）增加换热面积的常用方法是适当减小管径湖北研发不锈钢翅片换热热管，采用翅片管和螺旋管。 管外翅片： 5 热回收换热设备 §5.1 热回收换热设备概述 § 5.2 高温余热回收装置 § 5.3 余热锅炉 § 5.4 回转式换热器 § 5.5 热管换热器 § 5.6 流化床式换热器 §5.7 换热器发展趋势 §5.8 换热器优化设计 §5.1 热回收换热设备概述 §5.1 热回收换热设备概述 空气-空气换热器 液-液换热器 加热器 固-气换热器 固液换热器 气液换热器 气相变换热器 按换热介质分： §5.1 热回收用换热设备概述 直接接触换热器 间接接触换热器 隔壁换热器 蓄热式换热器 间接换热器按换热方式不同： §5.1 热回收换热设备概述 热回收换热设备主要类型： ①高温换热器 ②余热锅炉 ③蓄热式换热器 ④壳管式换热器换热器⑤ 翅片管换热器⑥ 紧凑型换热器⑦ 热管换热器⑧ 流化床换热器§ 5.1 热回收用换热设备概述换热器设计依据： 换热器设计主要包括热力设计、强度设计和结构设计。

换热器的热力计算方法有平均温差法和传热单元数法。 换热器热量计算分为设计计算和校核计算两种情况 (1)设计计算：设计新的换热器，确定所需的换热面积。 (2)校核计算：对于已有或选定换热面积的换热器，在非设计工况下，校核他是否能胜任规定的新任务。 1、传热平均温差法这种方法常用于换热器的设计计算，即根据计算出的平均传热温差，即传热系数，求出所需的传热面积以保证换热量。 2、传热单元数法传热单元数法是将换热关系表示为传热单元数NTU与温度效率E即水当量R的函数关系。传递单位定义为： ——冷热流体的水当量中较小的值，水当量是流量与比热容的乘积。 水当量比R定义为： 2.传热单元数法温度效率E定义为冷流体或热流体进出口温差与换热器最大温差之比. 温度效率定义为： 的函数关系与流体的相对流动方向有关。 一般R取R1和R2中小于1的一个，E取E1和E2中较大的一个。 对于现有换热器，由于换热面积、冷热流体流量和进口温度已知，可以计算出R和NTU的值，进而求出温度效率E通过使用线图，可以计算出流体出口。 温度和热传递。 因此，NTU法更便于换热器的标定计算。 2、传热单元数法 随着节能工作的深入，要求不断开发高效传热面，以增加传热或减小传热温差，或减小换热器的尺寸。

提高热经济性和降低换热器成本是比较合理的，这可以通过换热器的温度效率或温度效率高低来判断。 §5.1 热回收换热设备概述 换热器设计制约因素： ①换热器壁温限制： 材料最高使用温度/℃ 材料最高使用温度/℃ 铜 200 耐热球墨铸铁 650~700 黄铜280 表面渗铝碳钢 650~700 铜镍合金 370 合金钢 800 优质碳素钢 400~450 镍 980 铸铁 550~600 耐热镍基合金 1000 耐热铸铁 600~650 陶瓷>1400 §5.1 热回收换热设备概述 §5.1 热回收换热设备概述 §5.1 热回收换热设备概述 ② 传热污染： §5.1 热回收换热设备概述 ③ 传热的局限性面积：增加换热器的换热面积，可以增加余热回收量，进一步节约能源。 但随着余热回收深度的增加和换热温差的减小，回收同样的热量将需要数倍的换热面积，换热器的造价与换热面积有关。 因此，在设计时需要经过计算和经济比较，慎重选择。 §5.1 热回收换热设备概述 ④ 流体输送耗电量：安装余热回收装置时，需要增加余热源通路的阻力，从而增加风机的耗电量。

提高流体的流速可以提高换热器中对流传热的传热系数，从而提高换热器的传热系数。 对流传热系数大致与流速的0.8次方成正比，而流阻会随流速的1.75次方迅速增加，耗??电量所需的运行费用也相应增加比例关系。 因此，在采取提高流量强化传热的措施时，需要通过技术经济比较慎重选择。 §5.1 热回收用换热设备概述④ 流体输送耗电量：§5.1 热回收用换热设备概述⑤ 强度设计：换热器强度设计的重要性不亚于传热设计，特别是对于高-温余热回收利用更为重要。 设计时需要考虑如何解决换热器各部分热膨胀不同的问题，采取什么措施产生热应力。 在某些情况下，为了给强度留有余地，设计不得不取较小的温度效率。 §5.2高温余热回收装置 1、高温换热器形式根据传热方式切换； 蓄热室隔壁换热器为金属换热器； 陶瓷换热器基于烟气侧传热方式； 辐射换热器为对流换热器 §5.2 高温余热回收装置 辐射换热器：烟气空气 §5.2 高温余热回收装置 对流换热器：烟气空气 §5.2 高温余热回收装置 2.高温选择换热器 1) 设备成本 2) 工作温度 §5.2 高温余热回收装置 3) 最高预热温度 §5.2 高温余热回收装置 3. 高温换热器在使用中的问题 高温换热器在使用中的问题包括烧坏、堵塞、腐蚀、参数不符合设计要求等。

主要原因：1）原始设计数据不正确； 2）设计不当； 3) 制造缺陷； 4) 操作不当； 蒸气压，此时从烟道气中回收的压最大。 §5.3 余热锅炉 2）余热锅炉产生的蒸汽量取决于前端设备的生产工艺，不能随用户需要而改变。 §5.3 余热锅炉 2）余热锅炉产生的蒸汽量取决于前端设备的生产工艺，不能随用户需要而改变。 §5.3 余热锅炉 3) 余热锅炉容量的确定应考虑生产过程的周期性、最大和最小烟气流量及相应的温度变化规律。 4）余热锅炉工作温度较低，同样蒸发量的锅炉，所需换热面积比工业锅炉大。 5）根据烟气的不同特性，需要采取相应的措施。 6）防止排气温度低于露点温度，以免低温腐蚀。 §5.3 余热锅炉 7) 含尘量高的烟气，应采取适当的防磨措施。 §5.3 余热锅炉 2、余热锅炉的结构型式 余热锅炉按余热源温度及其热力特性大致可分为两种：一种是热源起始温度在400℃之间。和800°C，主要依靠对流交换。 热; 另一种热源初温在850℃以上，锅炉既有辐射供热又有对流传热。 余热锅炉按受热面形式可分为烟管式和水管式。