Виды и классификация теплообменных аппаратов

Классификация. Теплообменными аппаратами(теплообменниками) называются устройства, предназна­ченные для обмена теплотой между греющей и обогреваемой рабочими средами. Последние принято называть теплоносителями.

Теплообменные аппараты классифицируются следующим об­разом:

по назначению — подогреватели, конденсаторы, охладители, испарители, паропреобразователи и т.п.;

принципу действия — рекуперативные, регенеративные и сме­шивающие.

Рекуперативными называются такие теплообменные аппараты, в которых теплообмен между теплоносителями происхо­дит через разделительную стенку. При теплообмене в аппаратах такого типа тепловой поток в каждой точке поверхности раздели­тельной стенки сохраняет постоянное направление.

Температура нагрева теплоносителя составляет 400... 500°С для конструкций из углеродистой стали и 700...800°С для конструк­ций из легированных сталей.

В рекуперативных теплообменниках теплоносители омывают стенку с двух сторон и обмениваются при этом теплотой. Процесс теплообмена протекает непрерывно и имеет обычно стационар­ный характер. На рис. 4.1 показан пример рекуперативного тепло­обменника, в котором один из теплоносителей протекает внутри труб, а второй омывает их наружные поверхности.

Стенка, которая омывается с обеих сторон теплоносителям, называется рабочей поверхностью теплообменника.

Регенеративными называются такие теплообменные, аппараты, в которых два или большее число теплоносителей попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева.

Во время соприкосновения с разными теплоносителями поверх­ность нагрева или получает теплоту и аккумулирует ее, а затем отдает, или, наоборот, сначала отдает аккумулированную тепло­ту и охлаждается, а затем нагревается. В разные периоды времени теплообмена (нагрев или охлаждение поверхности нагрева) на­правление теплового потока в каждой точке поверхности нагрева изменяется на противоположное.

В качестве примера на рис. 4.2 представлена схема регенератив­ного воздухоподогревателя котельного агрегата с медленно враща­ющимся (2...5 об/мин) ротором — аккумулятором теплоты. Ротор имеет набивку из тонких гофрированных стальных листов (см. рис. 4.2, б), заключенных в закрытый кожух 3. К кожуху присоединя­ются воздушный и газовый короба. Во время работы теплообмен-

ника ротор его вращается, поэтому нагретые элементы набив­ки непрерывно переходят из полости горячего газа в полость холодного воздуха, а охладившиеся элементы — наоборот.

Одним из оригинальных уст­ройств, использующих в каче­стве промежуточного теплоноси­теля пар и его конденсат, явля­ется герметичная труба, заполненная частично жидкостью, а частично паром (рис. 4.3). Такое устройство, называемое тепловой трубой, способно пере­давать большие тепловые мощности. На горячем конце тепловой трубы за счет подвода теплоты испаряется жидкость, а на холод­ном — конденсируется пар, отдавая выделившуюся теплоту. Кон­денсат возвращается в зону испарения либо самотеком, если хо­лодный конец можно разместить выше горячего, либо за счет ис­пользования специальных фитилей, по которым жидкость дви­жется под действием капиллярных сил в любом направлении, даже против сил тяжести (как спирт в спиртовке).

Смешивающими называются такие теплообменные аппараты, в которых тепло- и массообмен происходят при непосредственном контакте и смешивании теплоносителей. Поэтому смешивающие теплообменники иногда называют контактными. Наиболее важным фактором в рабочем процессе смешива­ющего теплообменного аппарата является поверхность соприкос­новения теплоносителей. В качестве примера на рис. 4.4 показана схема смешивающего теплообменника (деаэратора) для подо­грева воды паром при термическом удалении растворенных га­зов (воздуха).

(16). КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА.

Теплообменный аппарат - устройство для передачи теплоты от одних тел к другим(аппарат для пастеризации молока, автомобильный радиатор). По конструктивным признакам теплообменники делятся на 2 группы:

· теплообменные аппараты поверхностного типа;

· смесительные теплообменные аппараты.

В поверхностных теплообменниках каждый теплоноситель ограничен твердой поверхностью, которая полностью или частично участвует в теплообмене.

Поверхностные теплообменники делятся на рекуперативные и регенеративные.

§ В рекуперативных теплообменниках передача теплоты осуществляется от горячего теплоносителя к холодному через стенку разделяющую их. Рекуперативные аппараты - аппараты непрерывного действия. Тепловой поток обычно постоянен и перпендикулярен движению теплоносителя, условия теплообмена чаще всего стационарны.

§ Регенеративные аппараты - аппараты периодического действия и работают циклами, т.е. (аппараты, в которых потоки попеременно омывают одну и ту же поверхность и массу насадки, аккумулирующую и отдающую теплоту).

Цикл включает в себя два периода:

1. Через аппарат пропускают горячий теплоноситель. От горячего теплоносителя теплота передается поверхности стенки, стенка аккумулирует теплоту и нагревается;

2. Через теплообменник пропускают холодный теплоноситель, разогретая стенка отдает теплоту холодному теплоносителю, стенка охлаждается, холодный теплоноситель нагревается.

В теплообменных аппаратах применяются как гладкие трубы, так и трубы с накатными кольцевыми канавками — диафрагмированные трубы.

Существует много разных видов теплообменных аппаратов.Конструкционно теплообменники подразделяют на:

§ Объемные - одна из сред имеет значительный объем в теплообменнике, одна среда сосредоточена в баке большого объема, вторая протекает через змеевик;

§ Скоростные (кожухотрубные) - среды движутся с достаточно большой скоростью для увеличения коэффициента теплоотдачи, много мелких трубочек находятся в одной большой (кожух), среды движутся одна в межтрубном пространстве, другая внутри трубочек, обычно в трубочках находится более «грязная» среда, так как их легче чистить;

§ Пластинчатый теплообменник -состоит из набора пластин, среды движутся между пластинами, прост в изготовлении, легко модифицируется, хорошая эффективность;

§ Пластинчато-ребристый теплообменник - в отличие от пластинчатого теплообменника состоит из системы разделительных пластин, между которыми находятся ребристые поверхности - насадки, присоединенные к пластинам методом пайки в вакууме. Основные достоинства данного типа теплообменников - компактность (до 4000 м2/м3) и легкость.

§ Оребренные пластинчатые теплообменники (ОПТ) - состоит из тонкостенных оребренных панелей, изготовленных методом высокочастотной сварки, соединенные поочередно с поворотом на 90 градусов. За счет конструкции, а также многообразия используемых материалов достигаются высокие температуры греющих сред, небольшие сопротивления, высокие показатели отношения теплопередающей площади к массе теплообменника, длительный срок службы, низкая стоимость. Часто используются для утилизации тепла отходящих газов.

§ Спиральный теплообменник - представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разде­лительной перегородки — керна, среды движутся по каналам. Одно из назначений спиральных тепло­обменников — нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей.

На рис. 1 представлен часто встречающийся теплообменник кожухотрубного типа. Широко распространены также теплообменники с развитой поверхностью (пластинчатые, или ребристые). В них за счет применения поперечных ребер (рис. 2) достигается значительное увеличение площади поверхности теплообмена. Отношение площадей поверхности ребер и неоребренной части труб может достигать 10. Правда, поверхность ребер менее эффективна в отношении теплопередачи, нежели собственная поверхность труб. И все же правильно спроектированный ребристый теплообменник более компактен, чем теплообменник без оребрения труб, т.е. при одинаковых рабочих условиях у него более высокая интенсивность теплопередачи, приходящаяся на единицу объема. Поперечные ребра теплообменника, показанного на рис. 2, припаиваются к трубам твердым или мягким припоем.

рис. 1 рис.2

Дата добавления: 2015-07-25