換熱器的換熱方式

  間壁式

  01夾套式換熱器

  這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結構簡單;但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數也不高.為提高傳熱系數且使釜內液體受熱均勻，可在釜內安裝攪拌器.當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側的給熱系數.為補充傳熱面的不足，也可在釜內部安裝蛇管. 夾套式換熱器普遍用于反應過程的加熱和冷卻。

  02沉浸式蛇管換熱器

  這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應的形狀，并沉浸在容器內的液體中,蛇管換熱器的優點是結構簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造;其缺點是容器內液體湍動程度低，管外給熱系數小.為提高傳熱系數，容器內可安裝攪拌器。

  03噴淋式換熱器

  這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內流動，冷卻水 從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜，管外給熱系數較沉浸式增大很多.另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動力的作用。因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。

  套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中，一種流體走管內，另一種流體走環隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數較大.另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對數平均推動力較大。套管換熱器結構簡單，能承受高壓，應用亦方便(可根據需要增減管段數目). 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數大，傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優點。

  04板式換熱器

  較典型的間壁式換熱器，它在工業上的應用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據主導地位。主體結構由換熱板片以及板間的膠條組成。長期在市場占據主導地位，但是其體積大，換熱效率低，更換膠條價格昂貴(膠條的更換費用大約占整個過程的1/3-1/2)。主要應用于液體-液體之間的換熱，行業內常稱為水水換熱，其換熱效率在5000w/m2.K。

  為提高管外流體給熱系數，通常在殼體內安裝一定數量的橫向折流檔板。折流檔板不只可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應用更為普遍.。

  由于中國新版GMP的推出，板式換熱將逐漸退出食品，飲料，制藥等衛生級別高的行業。

  05管殼式換熱器

  管殼式(又稱列管式) 換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，內部裝有平行管束或者螺旋管，管束兩端固定于管板上。

  在管殼換熱器內進行換熱的兩種流體，一種在管內流動，其行程稱為管程;一種在管外流動，其行程稱為殼程。 管束的壁面即為傳熱面。管子的型號不一，過程一般為直徑16mm 20mm或者25mm三個型號，管壁厚度一般為1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。進口換熱器，直徑極低可以到8mm，壁厚只為0.6mm ，有力的提高了換熱效率，從2012年以來，已在國內市場大力推廣。

  管殼式換熱器，螺旋管束設計，可以極大限度的增加湍流效果，加大換熱效率。內部殼層和管層的不對稱設計，極大可以達到4.6倍。這種不對稱設計，決定其在汽——水換熱領域的普遍應用。極大換熱效率可以達到14000w/m2.k，有力的提高生產效率，節約成本。同時，由于管殼式換熱器多為金屬結構，隨著中國新版GMP的推出，不銹鋼316L為主體的換熱器，將成為飲料，食品，以及制藥行業的必選。

  06雙管板換熱器

  也稱P型換熱器，該熱換器是在管殼式換熱器的兩頭各加一個管板，可以有效防止泄漏造成的污染。市場上國產品牌較少，價格昂貴，一般在10萬元以上，進口可以到幾十萬，符合新版GMP規定，雖價格昂貴，但決定其市場廣闊。

  混合式

  混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。

  故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應用遍及化工和冶金企業、動力工程、空氣調節工程以及其它許多生產部門中。按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：

  (1)冷卻塔(或稱冷水塔)在這種設備中，用自然通風或機械通風的方法，將生產中已經提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環使用，以提高系統的經濟效益。例如熱力發電廠或核電站的循環水、合成氨生產中的冷卻水等，經過水冷卻塔降溫之后再循環使用，這種方法在實際工程中得到了普遍的使用。

  (2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)在工業上用這種設備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其較普遍的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多?？照{工程中普遍使用的噴淋室，可以認為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，在一般建筑中，噴淋室已不常使用或只作為加濕設備使用。但是，在以調節濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用!

  (3)噴射式熱交換器在這種設備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱，并一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度后送給用戶。

  (4)混合式冷凝器這種設備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。

  蓄熱式

  蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設備。內裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子(有時用金屬波形帶等)。換熱分兩個階段進行。第一階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用于冶金工業，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學工業，如煤氣爐中的空氣預熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。熱式換熱器一般用于對介質混合要求比較低的場合。

  A陶瓷

  陶瓷換熱器是一種新型的列管式高溫熱能回收裝置，主要成份為碳化硅，可以普遍用于冶金、機械、建材、化工等行業，直接回收各種工業窯爐排放的850-1400℃高溫煙氣余熱，以獲得高溫助燃空氣或工藝氣體。

  B陶瓷換熱器

  研制成的這種裝置的換熱元件材料系一種新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高溫和抗熱沖擊的優異性能，從 1000 ℃ 風冷至室溫，反復50 次以上不出現裂紋;導熱系數與不銹鋼等同;在氧化性和酸性介質中具有良好的耐蝕性。在結構上成功地解決了熱補償和較好地解決了氣體密封問題。該裝置傳熱效率高，節能效果明顯，用以

  預熱助燃空氣或加熱某些過程的工藝氣體，可節約一次能源，燃料節約率可達30 %~55%，并可強化工藝過程，明顯提高生產能力。

  陶瓷換熱器的生產工藝與窯具的生產工藝基本相同，導熱性與抗氧化性能是材料的主要應用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風及高溫保護，當窯爐溫度1250-1450℃時，煙道出口的溫度應是1000~1300℃，陶瓷換熱器回收余熱可達到450-750℃，將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒，這樣直接降低生產成本，增加經濟效益。陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題。它的主要優點是：導熱性能好，高溫強度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩定，操作簡便。

  浮頭式

  1設計要求

  隨著經濟的發展，各種不同型式和種類的換熱器發展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現。為了適應發展的需要，中國對某些種類的換熱器已經建立了標準，形成了系列。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求：

  (1)合理地實現所規定的工藝條件。

  (2)結構安全可靠。

  (3)便于制造、安裝、操作和維修。

  (4)經濟上合理。

  浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內自由浮動，殼體和管束對膨脹是自由的，故當兩張介質的溫差較大時，管束和殼體之間不產生溫差應力。浮頭端設計成可拆結構，使管束能容易的插入或抽出殼體。(也可設計成不可拆的)。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結構較復雜，而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。

  因此在安裝時要特別注意其密封。浮頭換熱器的浮頭部分結構，按不同的要求可設計成各種形式，除必須考慮管束能在設備內自由移動外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。在設計時必須考慮浮頭管板的外徑Do。該外徑應小于殼體內徑Di，一般推薦浮頭管板與殼體內壁的間隙b1=3~5mm。這樣，當浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內抽出。以便于進行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進行裝配，所以在設計中應考慮保證浮頭蓋在裝配時的必要空間。鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質間的串漏起著重要作用。

  隨著幞頭式換熱器的設計、制造技術的發展，以及長期以來使用經驗的積累，鉤圈的結構形式也得到了不段的改進和完善。鉤圈一般都為對開式結構，要求密封可靠，結構簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。浮頭式換熱器以其高度的可靠性和普遍的適應性，在長期使用過程中積累了豐富的經驗。盡管受到不斷涌現的新型換熱器的挑戰，但反過來也不斷促進了自身的發展。故迄今為止在各種換熱器中仍占主導地位。