江蘇遠(yuǎn)卓設(shè)備制造有限公司 江蘇 江陰 214408

1 引言

板式換熱器是一種高效節(jié)能設(shè)備，主要通過對(duì)流傳熱實(shí)現(xiàn)熱交換，具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在石油、電力、食品、環(huán)保行業(yè)已有廣泛應(yīng)用。

2 板式換熱器傳熱原理

板式換熱器是將換熱的板片壓緊后制作成一系列平行通道，當(dāng)流體進(jìn)人換熱板片之間的通道時(shí)，冷熱介質(zhì)會(huì)顯現(xiàn)間隔分布，極大提高熱交換器面積，換熱效果能夠顯著增加。在板式換熱器的設(shè)計(jì)中，板片之間會(huì)設(shè)計(jì)密封墊片，能夠?qū)Q熱器內(nèi)部的流體介質(zhì)與外部的大氣間隔開。其主要的組成部分是具有波紋形狀的金屬片，這些金屬片疊裝在一起，薄矩形通道連接板片并完成熱量交換，能夠應(yīng)用于液-液、液-汽等不同場(chǎng)景下的熱交換，這種設(shè)備典型特點(diǎn)為換熱效率高、損失小，而且整體結(jié)構(gòu)簡單緊湊，不會(huì)占用太大的面積，安裝使用清洗都十分方便，在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)壓力損失相同時(shí)，板式換熱器的傳熱系數(shù)是普通列管式換熱器的4倍左右，能夠?qū)崿F(xiàn)90%以上的熱回收率。

3 板式換熱器對(duì)流傳熱的影響因素

3.1 對(duì)換熱器的壓降控制 在集中供熱工程中，需要較大的初投資，每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能造成能量損失，因此要綜合考慮可操作性及經(jīng)濟(jì)性的方面，板式換熱器是作為換熱站的主要設(shè)備，其壓力損失是影響換熱站對(duì)流傳熱的。結(jié)合相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)可知，中型集中供熱項(xiàng)目的壓力損失在低于100kPa時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理的效果，可以結(jié)合該條件確定換熱面積，在設(shè)計(jì)中一般將板式換熱器的壓力損失設(shè)計(jì)為70kPa左右，對(duì)于要求壓降較小的工程，也可以將壓力損失設(shè)計(jì)為30kPa左右。

3.2 板式換熱器的工作參數(shù) 根據(jù)傳熱學(xué)基本公式：Q=KF△tm可知，在對(duì)換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)及校核的過程中，板式換熱器的工作參數(shù)將會(huì)直接影響到換熱系數(shù)及換熱面積，比如在空調(diào)領(lǐng)域板式換熱器時(shí)的換熱面積普遍偏大，主要是由于空調(diào)機(jī)組換熱時(shí)的△tm較小。(式子中，Q、K、F、△tm分別表示換熱量、換熱系數(shù)、換熱面積和對(duì)數(shù)平均溫差)

3.3 板片壓紋 在板式換熱器的原板片上面設(shè)計(jì)有美觀、規(guī)則的波紋圖案，在換熱器使用的過程中，這些波紋的存在可以增強(qiáng)流體在流道中的擾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)傳熱的效果。不同型號(hào)的換熱器原版片由于設(shè)計(jì)思路或工藝條件不同，板片波紋形狀存在區(qū)別，比如人字型紋，最關(guān)鍵的是其波紋夾角，角度大小直接影響壓力損失及傳熱效果，原則上夾角越大，傳熱效果好，相應(yīng)的壓降也會(huì)變大。在換熱器設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)根據(jù)不同要求進(jìn)行優(yōu)化處理。

4 板式換熱器的凝結(jié)換熱

板式換熱器凝結(jié)傳熱的模式分為珠狀凝結(jié)與膜狀凝結(jié)，凝結(jié)換熱現(xiàn)象是指當(dāng)蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時(shí)，經(jīng)過汽化之后所產(chǎn)生的熱量 傳遞給固體壁面，同時(shí)在固體壁面上凝結(jié)之后而形成液體的過程。根據(jù)凝結(jié)液與壁面浸潤能力的不同可以分兩種，其一是膜狀凝結(jié)，當(dāng)凝結(jié)液體能夠?qū)⒈诿娼櫟嚼硐霠顟B(tài)時(shí)，能夠沿整個(gè)壁面形成一層薄膜，這層液體薄膜在重力的作用下會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過液膜，在這種狀態(tài)下，熱珠狀凝結(jié)量傳遞的多少直接受限于液膜厚度。如果凝結(jié)液體不能達(dá)到很好的浸潤效果時(shí)，就不能形成薄膜，而是在壁面上形成小液珠，水珠會(huì)接觸到壁面的部分表面，換熱速率也高于膜狀凝結(jié)。凝結(jié)換熱中，凝結(jié)可能以膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)等不同的形式發(fā)生，冷凝物的存在相當(dāng)于增加了熱阻，會(huì)影響到熱量的進(jìn)一步傳遞的，影響膜狀凝結(jié)換熱的主要因素是層流和湍流膜狀凝結(jié)換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)。

5 板式換熱器的沸騰換熱

沸騰換熱就是指換熱器上面介質(zhì)經(jīng)過加熱之后出現(xiàn)液體沸騰或者汽化之后而吸熱傳熱的過程。這是一個(gè)介質(zhì)由液體經(jīng)過吸收熱量之后變?yōu)闅怏w的一個(gè)熱能轉(zhuǎn)換過程。在板式換熱器當(dāng)中由于其介質(zhì)受熱而發(fā)生了沸騰換熱過程屬于有限空間沸騰。流動(dòng)的液體在受到外力的作用之下而吸熱出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象的情況屬于強(qiáng)迫對(duì)流沸騰，流動(dòng)的液體在垂直的管體內(nèi)出現(xiàn)流動(dòng)沸騰的情況大致與強(qiáng)迫式對(duì)流沸騰是相同的特點(diǎn)。剛剛開始的時(shí)候是在低溫環(huán)境之下出現(xiàn)沸騰，在溫度逐漸上升的過程中液體沸騰就會(huì)變得愈加劇烈，并且由于沸騰所產(chǎn)生的氣泡也會(huì)相應(yīng)逐漸增加，因此隨著溫度的升高就會(huì)產(chǎn)生泡狀、環(huán)狀、塊狀等不同形態(tài)的流動(dòng)沸騰現(xiàn)象。當(dāng)液體蒸騰完畢以后，就開始進(jìn)行到了強(qiáng)制換熱階段了。

板式換熱器之所以得到了比較廣泛的推廣與應(yīng)用，其主要原因是由于該換熱設(shè)備效率高、換熱量大、速度快等優(yōu)點(diǎn)。板式換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由一些金屬片經(jīng)過密集組合而成的波紋狀，這些波紋的主要功能是用來形成流體通道。板式熱交換器處于工作狀態(tài)的時(shí)候，就是將流體通過這些金屬板片在相鄰的兩個(gè)一次側(cè)和二次側(cè)之間發(fā)生的熱交換過程。波紋狀流體可以在很大程度上增強(qiáng)金屬板片的剛性，從而可以承受不同大小的壓力，并且同時(shí)會(huì)在流體內(nèi)部產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，這樣有進(jìn)一步地提高了換熱器的工作效率。紊流還有一個(gè)重要功能就是大大縮小了非流動(dòng)區(qū)域的空間，在很大程度上減少了積垢的出現(xiàn)。板式換熱器通常是用水來加熱的，更加適合于食品行業(yè)。該換熱器在其運(yùn)行的過程中可以允許過冷水和冷凝水兩種流體同時(shí)存在于單個(gè)的單元空間當(dāng)中，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)換熱器在運(yùn)行的過程中通過排氣閥所損失的閃蒸蒸汽量自然地減少，省卻了單獨(dú)使用冷卻器的步驟。在墊片式的板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，其金屬板片是通過夾具工具來固定在框架上面的，其板片之間的密封方式就是在各個(gè)金屬板片的邊緣位置加入一些比較薄的墊片，其工作方式就是在承壓板和框架板的中間使用固定的螺栓來對(duì)金屬板片包進(jìn)行擠壓。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的換熱器便于對(duì)金屬板片進(jìn)行清洗，同時(shí)也方便通過增減金屬板片的手段來調(diào)節(jié)換熱器的容量，能夠?qū)釕?yīng)力作用和壓力波的突然出現(xiàn)起到較好的防止作用，具有較好的靈活性特點(diǎn)。

6 結(jié)語

板式換熱器對(duì)流傳熱受到諸多因素的影響，要想更好的提高傳熱效率，應(yīng)該針對(duì)不同的工況和要求，調(diào)節(jié)相關(guān)因素，比如提高傳熱溫差和傳熱板片的熱導(dǎo)率、減小板片厚度及垢層厚度、增加流體的湍動(dòng)程度等這些措施提高傳熱效率。