煤矿锅炉房热交换器比较及选型

2014-08-15董海龙

山东工业技术 2014年19期

董海龙

（陕西陕煤陕北矿业韩家湾煤炭有限公司,陕西榆林719315）

换热器是能源利用过程中必不可少的设备,几乎一切工业领域都要使用。按用途来说，一般可分为热交换器、冷凝器、蒸发器，加热器及冷却器五大类。本文对现在使用的两种热交换器使用情况进行说明，并对三种换热设备从设备的结构、体积、传热效率、节能等几方面阐述了三者的特点，进行比较分析，给公司锅炉房设备更新提供参考，可供选型的设备有板式热交换器、浮动盘管式热交换器和螺旋螺纹管热交换器。

1 热交换器的使用情况

1.1 板式热交换器的使用情况

（1）现用板式热交换器1台，由于水质原因，长时间运行发生堵塞严重，每年需2次的解体酸洗，后再进水端加装了机械过滤器，但效果仍不是很好。

（2）长时间使用个别板片出现腐蚀渗漏现象，影响了换热效率和正常使用。

（3）发生堵塞时需对板式热交换器进行解体，单片进行清洗，同时更换橡胶垫片，检修工作量大。

（4）检修更换橡胶垫片、清洗单片数量大，检修费用每次1-2万元。

1.2 浮动盘管式热交换器的使用情况

（1）现用浮动盘管式热交换器3台，由于水质原因，长时间运行发生堵塞，每年需酸洗1次，换热效率降低情况严重。

（2）检修费用低，每次5000元左右。

（3）运行1年无断管故障，日常基本无维护工作量。

2 热交换器的结构

2.1 板式热交换器的结构

板式热交换器是由一组几十到几百具有一定波纹形状的金属板片组成的热交换器，金属板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内，并用夹紧螺栓夹紧。框架整体是由活动压紧板、固定压紧板、上导杆、下导杆、支撑杆和夹紧螺栓等构成。金属板片、活动压紧板、固定压紧板悬挂在上导杆，并且由下导杆进行定位，而导杆杆端固定在支撑柱上。板片与板片之间以橡胶垫片，形成流体通道，通过板片进行热量交换。板片的最终数量和尺寸是由流体的物理特性、流量、温度差和压力降决定的。

2.2 浮动盘管式热交换器的结构

浮动盘管式热交换器属于管壳式交换器的一种，由上、下端盖，外筒、蒸汽导入管、凝结水导出管及水平浮动盘管组成。其中，上、下端盖、外筒由优质碳素钢材或不锈钢制成，蒸汽导入管、凝结水导出管由黄铜管或优质不锈钢管及钢管制成，水平浮动盘由紫铜管经特殊绕制而成。

2.3 螺旋螺纹管式换热器的结构

螺旋螺纹管式换热器也是管壳式交换器的一种改进型，由芯体和壳体两部分组成，芯体主要由多根螺旋螺纹管紧密地以反向缠绕、螺旋上升的结构缠绕在一起，结构组成非常紧凑，体积非常小，壳体由筒体和封头等组成，在上下封头部位各开设两个口，作为进出水、汽口，同一封头上的开口中心呈90°角，使换热器能够全部参与到换热，无死角。螺旋螺纹管热交换器相对于管壳式热交换器克服了原先结构不紧凑，损耗材料大的弊病，换热管束和壳体材质采用不锈钢，膨胀系数统一，最高可承受压力1.6MPa，最高可耐温400℃，不会由于压力和温度的不稳定导致热交换器变形。

3 热交换器的性能比较

3.1 设备的体积比较

板式热交换器由夹在框架中的一组不锈钢传热板组成,结构紧凑,在较小工作体积内可容纳较大的传热面积, 单位体积内的换热面积为管壳式的2～5倍，因此若想要达到相同的换热量，板式热交换器的占地面积大约为管壳式热交换器的1/2～1/5。而螺旋螺纹管热交换器体积相对更小，体积只有传统管壳式热交换器的1/5。

3.2 传热系数的比较

在浮动盘管式热交换器内，蒸汽在盘管内部进行高速流动，离心作用力推动盘管产生高频的浮动，促使管子外被加热的水产生扰动，破坏管与水之间的层流传热层，强化了对流换热，传热系数最高能达到2600 W/㎡·℃，汽－水换热时传热系数一般为350-2000 W/㎡·℃。在板式热交换器内，冷却水与被冷却水侧的流动均是湍流，两种流体进行逆向流动，在波纹的作用下引起湍流，进而产生高传热率，高阻力压降以及高切应力场，这样能够抑制污垢在传热面上的形成。其传热系数的换热系数最高能达到7000W/㎡·℃，在汽水换热中只能达到1000～3000 W/㎡·℃。

螺旋螺纹管热交换器由于螺旋螺纹管反向缠绕、螺旋上升的结构特点，使得介质的流速加快，湍流更加强烈，换热系数最高可达14000 W/㎡·℃，通常情况下也能达到5000～9000 W/㎡·℃，换热优势明显。