8.1 工业炉用热交换装置——认识换热器在线视频

同学们好

我是来自武汉科技大学

材料与冶金学院的许学成

今天 我们开始第八章

工业炉用热交换装置换热器

这一章的学习

首先 我们来认识一下换热器

所谓换热器 通俗的来讲

就是热量交换的设备

在这里 热量交换的介质是流体

根据我们以前学过的物理学知识

有温差 才有热量交换

所以 换热器中

热量交换的两种流体

我们把它称之为一种是热流体

一种是冷流体

在工业生产过程中

伴随着大量的热量释放和吸收

因此 换热器的应用

也是十分广泛的

比如 在石化行业

换热器的投资可以占到总投资的

20%左右

而换热器重量可以占到

设备总重量的40%左右

换热器的形式和结构是多种多样的

因此 它的分类方法也是比较多的

具体的分类方式

大家可以参考我们的PPT

工程实际当中

我们对某一种换热器的命名

一般会综合到多种分类方式

如 逆流间壁式金属预热器

这个命名就是综合了

上面所讲的多种分类方式的命名

这几种分类方式里面

我们简单介绍一下流体的流动方向

和流体是否接触这两种分类方式

关于两种流体的流动方向

顺流和逆流

是两种比较理想化的流动方式

它要求冷热流体平行流动

这在工程实际的换热器中

是很难实现的

但是 这两种流动方式又比较重要

因为 它为换热器设计计算时的

一些公式推导提供了重要支撑

在工程实际当中

我们比较常见的是错流式和混流式

其中 根据冷热流体

进口组合方式不同

我们可以认为是总体上逆流

或者是总体上顺流

如我们前面所说的

逆流间壁式金属预热器

其实指的就是总体上是逆流的

它并不只是我们理想化的逆流流动

关于逆流和顺流

我们可以有一个简单的原则

总体上看

一种流体的进口

对应另一种流体的出口

我们就可以认为是总体上的

逆流流动

而如果一种流体的进口

对应另一种流体的进口

我们就可以认为

它是总体上顺流流动

请大家记住这个简单的原则

而关于流体是否接触这种分类方式

混合式又叫直接接触式

这种接触方式在换热器内部

热流体和冷流体是直接接触的

这是一种比较方便

也比较有效的传热方法

传热效果也是比较好的

当然 我们是有一个前提的

前提是在工艺上允许两种流体

相互混合

下面这两幅图是我们比较常见的

冷却塔

这种装置我们在城市周边

或者是高速公路上行走时

就会经常见到这种设备

这种冷却塔的主要作用

是将热水冷却后循环使用

它就是将热水和空气进行直接接触

而进行换热的

而间壁式就是指两种流体之间

是有一个壁面存在

使得两种流体在进行热量交换时

是不接触的

这种是我们在工程实际当中

大多数换热器采用的形式

因为 在大多数情况下

冷流体和热流体是不宜直接接触的

既然两种流体不接触

就会有各式的流通通道

一般我们就将换热管

内部的流通通道叫做管程

而换热管外部的流通通道

我们把它叫做壳程

如下图所示

就是一种应用比较广泛的

叫做管壳式换热器

从这个图中我们就可以明显的看到

冷流体和热流体之间

是通过换热管进行了分割

这就是一种间壁式的换热器

对于工业炉窑所用的换热器来说

一般 我们从换热目的上来说

主要有两种

一种是回收高温流体的余热

用来加热空气或者是加热煤气

我们称之为预热器或者是加热器

另一种就是将某一种高温的流体

进行冷却

以便这个流体在冷却后

能够循环使用

这种 我们称之为冷却器

从换热器的材质上来说

在我们工业炉窑领域

我们一般以金属式为主

从流体是否接触来说

我们一般以间壁式为主

综合来看

工业炉窑所用的换热器

以间壁式金属预热器

或者是间壁式金属冷却器为主

下面我们来介绍几种

在工业炉窑领域常用的

间壁式金属换热器

首先 是光管列管式换热器

这种换热器在各种的工业炉窑中

应用是非常广泛的

它主要用来回收烟气的余热

然后将这一部分余热来

预热助燃空气或者是预热煤气

它是一种节能的设备

从结构上来说

它的换热部件是一排一排的换热管

在管内走的是空气或者是煤气

而管外走的是高温烟气

整个换热器放置于工业炉窑烟道中

高温烟气经过这台换热器时

将热量传递给空气后

它的温度就降低

然后排到环境中去

这种换热器为了增强换热效果

有时我们会在换热管内部

安装有扰流件

这个扰流件我们俗称是麻花铁

下面这个图就是麻花铁

麻花铁一般我们都是用薄钢片

通过扭转来制成的

加入这种扰流件后

我们就能够大大地增强

管内流体的湍流效果

它的直接效果就是

增大对流换热系数 强化换热

右面这幅图就是换热器

在工业炉窑烟道内的放置效果图

这种换热器的优点是制造比较简单

成本也相对比较低

但是它的缺点是体积较为庞大

随着换热管制造技术的进步

在光管列管式换热器的基础上

我们又进行了升级

就出现了如下面这幅图所示的

异形列管式换热器

它的使用场合和目的

和光管列管式换热器基本是一样的

他们主要的区别就在于

换热管的表面形状发生了变化

如右边这幅图所示就是其中的一种

我们把它称作缩放管

当然 表面形状还有其他的一些形状

比如还有波纹管 螺旋管等等

我们将换热管变化之后

会有两个好处

第一是壳程的流体

也能够进一步被扰动

可以增强壳侧的换热效果

第二 是同样长度的换热管

它的表面换热面积是增加的

这样 如果

我们需要同样换热面积的情况下

我们换热管的用量就会减少

所以 换热器整体就会更加紧凑

再后来

为了进一步增强换热效率

并且满足一些安装空间

比较狭小的使用场合

我们对换热管的表面形状

进行了进一步的改进

这就是下面我们要讲的

翅片管换热器

这个换热器从结构上来说

它突出表现为换热管的表面

会加装一些不同规格

不同形状的翅片

当然 翅片的形状也是各种各样的

有圆形的 也有方形的

也有纵向的 也有环向的等等

下面这幅图展示的就是一种

圆环形的翅片

在换热管表面加上翅片之后

在增强壳侧流体扰动

以及扩展换热面积方面

它的效果是大大增加

如我们壳侧的换热系数可以增大

3倍以上

在扩展换热面积上面

我们可以最高达到25倍以上

这样产生的直接好处就是

同样的换热量

换热器的体积我们就可以缩小10倍

甚至20倍以上

在一些场合

如果我们需要快速换热

或者是安装体积和安装重量

都有限制的情况下

我们都可以广泛采用

如在我们冶金生产中

轧钢 卷取和机加工等等

一些重要场所

当然 翅片管这种换热器

它的使用也是有一定的限制的

这是因为由于翅片的存在

我们要求这种流体介质内的粉尘

或者是丝状 絮状物的存在

就不能太高

如果太高 它就会磨损翅片

或者是堵塞翅片

产生的直接后果就是

换热效果急剧下降

同学们 这节课我们认识了换热器

这种热量交换装置

在工业生产中

根据不同的使用场合

有各种各样的换热器

希望通过本次课的学习

给大家打开一扇

通往换热器领域的大门

感兴趣的同学可以查询一下

相关的资料和手册

进一步探索换热器的奥秘

本次课我们就讲到这里

谢谢大家