热交换器在工业锅炉中的应用

孙江鑫  张聪

摘要：针对影响热交换器热力性能的主要因素，讨论了增强传热的途径及其实现方法，为高效、节材、可靠的热交换器提供了设计思路，也为正确使用热交换器提出了建议。

   关键词：热交换器，增强传热，传热系数

在食品冷冻行业中应用众多的热交换器，近年来随着能源短缺问题的突出，对热交换器的要求越来越高。在满足换热量的前提下，要求尺寸紧凑、节省材料、价格便宜、安全可靠、在热交换器上应考虑两方面的问题，一是热交换器中传热过程的强化。传热强化是设计时通过对影响传热的各种因素的分析与计算，采取某些技术措施或改进结构，以提高换热设备的传热量。或者在满足原有传热量条件下，使体积缩小；二是研究出某一方面或几方面性能良好的热交换器例如将立冷+冷却塔系统改为蒸发式冷凝器，使之能降低冷凝压力节省制冷系统能耗。此外，热交换器的结垢与腐蚀，也是一个研究的专题。

1、增强传热的基本途径

根据传热的基本公式Q=KFAt，式中Q为传热量增加可通过传热系数K、扩展传热面积F、加大传热温差△t的途径来实现。

（1）扩展传热面积F

扩展传热面积不应理解为扩大设备体积来增加传热面积或增加设备台数来增加传热量，而应是合理地提高设备单位体积的传热面积，如采用翅片管、板翅式传热面等，应从研究如何改进传热面结构和布置出发加大传热面积，以达到换热设备高效紧凑的目的。

（2）加大传热温差△t

增加传热温差应考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。应该认识到，传热温差的增大将使整个系统的不可逆性增加，降低了系统的可用能。所以一般不能一味追求传热温差的增加，而应兼顾整个系统的能量合理应用。

（3）提高传热系数K

增强传热的积极措施是设法提高传热系数。因为传热过程总热阻是各项分热阻的叠加，所以要改变传热系数就必须分析传热过程的每一项热阻。在换热设备中，一般都是金属薄壁，壁的热阻很小，可以略去不计，为便于分析，不考虑污垢热阻。

2、增强传热的方法

由于扩展传热面积及加大传热温差常常受到一定的条件限制，因而讨论如何提高传热系数的问题。影响对流换热强弱的主要因素是流体的流动状态、物性和换热面的形状及尺寸等。这些因素的综合效果反映在对流换热系数的大小上。因此，强化传热就应针对影响因素采取相应的措施，如加强扰动以改变流态；下面主要综述如何增强对流换热的问题。

2．1改变流体的流动情况

（1）增加流速增加流速可改变流动状态，并提高湍流脉动程度。在设计或实际使用中应权衡各种因素，选择流速或为流体输送机械所允许的流速。

（2）射流冲击这是使流体通过圆形或狭缝形喷嘴直接喷射到固体表面进行冷却的法。由于流程短而边界层薄，对流换热系数显著增大。

（3）加插人物在管内安放或管外套装如金属丝、金属螺旋圈环、盘状构件、麻花铁、翼形物等多种形式的插入物，可增强扰动，破坏流动边界层而使传热增加。如用薄金属条片扭转而成的麻花铁扰流子插入管内后，使流体形成一股强烈的旋转流而增强换热。插入时若能紧密接触管壁，则尚能起到翅片的作用，扩散传热面。大量的试验研究表明，加插入物对受迫对流换热等有显著增强的作用，但也会产生流动阻力增加，通道易堵塞与结垢等运行上问题。

（4）加旋转流动装置旋转流动的离心力作用将使流体产生二次环流，例如，涡流发生器，它使流体在一定压力下以切线方向进入管内作剧烈的旋转运动。涡旋强化传热的程度与雷诺数有关随Re值而增加。Re值接近于使对流换热系数达最大时的临界Re值，以充分利用旋转流动的效果。

2．2改变流体的物性

例如：（1）气流中加入少量固体细粒，提高了流体热容量

（2）液体中加入固体细粒，使传热增强

（3）在气体中喷入液滴，促使形成珠状凝结而提高换热系数。喷入雾状液滴，可使换热系数明显增大。

（4）液体中加入少量液体添加剂。能增强沸腾换热。

2.3改变换热表面情况

换热表面的性质、形状、大小都对对流换热系数有很大的影响，通常可通过以下方法增强传热；

（1）增加壁面粗糙度，不仅有利于管内受迫流动换热，但也会带来流动阻力的增加

（2）改变换热面形状和大小，流体在流动中将会不断改变方向和速度，促使湍流程度加强，故能加强传热。

（3）表面涂层，随着生产和科学技术的发展提出来的增强传热的方法很多。这些方法在具体实施中也还有设备制造的难易、运行检修是否方便，与工艺要求有否矛盾，以及动力消耗、经济核算等各方面的问题需要考虑。必须对具体的换热设备进行综合分析，抓住其妨碍提高传热的主要矛盾，以及动力消耗、经济核算等各方面的问题需要考虑。必须对具体的换热设备进行综合分析，抓住其妨碍提高传热的主要矛盾，提出改进措施。

3、热交换器的除结垢与防腐蚀热交换器与流体的接触而在传热面上会结垢，从而影响流动与传热。与此同时，流体常会对传热面产生腐蚀，严重时影响到热传换器的使用寿命。所以，结垢与腐蚀问题成为工程传热所要研究的两个重要方面。

3.1污垢类型及除垢方法

污垢的种类因流体的特性、流体中夹带物及传热面的材料的不同而有很多类型，归纳起来大致如下：

蒸发器表面过厚冰霜要及时清除，保证良好的换热效果；安全阀、压力表定

期校验，保证系统安全运行…等等。

3.2在保养中可根据实际情况对制冷压缩机的机油进行再生利用，达到节能。据统计，2009年笔者所在冷库技术部对8台制冷压缩机组的冷冻机油，进行过滤再生2680Kg，按照新购置油计算可节约成本3万余元。

3.3检修方面的节能更不能忽视。

3.3.1根据制冷设备的运行时间及运行状况要合理制定出制冷设备的检修计划。根据机械设备的磨损情况，要定期对易损件进行检查测量，对磨损超限的相关部件予以更换(即预防性检修)，防止设备“带病工作”，减少设备的故障或事故维修费用，保证设备安全运行。例如，21007年9月某化工厂一台JZ2LG20螺杆制冷压缩机因维护检修不及时，新机组仅运行三年就造成阴阳转子报废事故，直接经济损失达几万元。

3.3.2在检修配件上如石棉密封垫可考虑自行制作。如去市场上购买成品密封垫价格较贵，而自行制作的密封垫，只需考虑石棉板的成本就可以了。根据笔者所在冷库统计，自行制作螺杆机组及相关设备阀门的密封垫比照外购成品密封垫价格可节约成本7000余元。

4、结束语

总之，在激烈的社会主义市场经济竞争的今天，如何降低冷藏企业的生产成本，同时响应国家提出“节能减排”的号召，成为现代企业管理者的共同课题。那么作为港口物流冷库耗能大户的制冷系统，是可以通过优化节能设计、选用高效制冷设备、合理操作、维修达到节能降耗目的。

参考文献

[1]张清林冷库制冷装置系统节能措施的研究 2002，09：0023-02

[2]刘学浩等《冷藏企业管理》中国商业出版社1993互

[3]季阿敏殷钢制冷系统节能技术分析全国冷冻冷藏行业制冷安全技术、节能、环保新技术发展研讨会论文集2009．915—918