10-第七章换热设备

第七章思考题1、绘出传统的容积式换热设备的基本构造图，试述其工作过程及特点，如何提高容积式换热设备的换热效率，减小占地面积。2、比较容积式、半容积式、半即热式换热器在构造上有何区别，功能上各有何特点。3、名词：热媒、加热器、4、传热系数k大小与那些因素有关；传热系数与设备的传热效率有何关系？5、现有一住宅楼需设计生活热水设施，热媒来源为市政供热蒸汽管网，热源的压力满足要求。请你为该住宅楼推荐1～2种换热设备，介绍其主要工作特点。用平均温差法计算换热量Q第七章换热设备§7－1换热设备的功能和分类§7－2常用换热器的构造和特点§7－3换热器的适用条件和选择§7－4换热器的计算§7－1换热设备的功能和分类1、换热设备的用途2、几个基本概念3、换热设备分类–按贮热容积划分–按工作原理划分–按换热器构造划分1、换热设备的功能和用途——功能：–温度不同的两种流体相互交换热量的设备叫换热设备,又称换热器。用途：–建筑给水排水中的热水供应系统–厌氧生物处理中的加热系统HRV01/02半容积式换热器产品特点：该换热器属于改进型、快速换热器，传热系数高、换热量大，是传统容积式换热器的5-8倍。适用范围：广泛适用于一般工业及民用建筑的热水供应，–如宾馆、饭店、医院、疗养院、体育场所及工矿、小区集中供热等，具有快速、节能、运行可靠等优点。式换热器螺旋板式换热器传热系数高公称压力–Ｐｇ规定为0.6,1.0，1.6ＭＰａ；允许工作温度：–碳钢为－２０～２００℃，–不锈钢为－２０～２５０℃。选用设备时，应通过适当的工艺计算，使设备通道内的流体达到湍流状态（一般液体流速＞＝１m／ｓ，)设备可卧放或立放，但用于蒸气冷凝时只能立放；2、几个基本概念热媒、冷水——热交换设备中的流体–热媒——指用于加热冷水的蒸汽或高温水。–冷水——待加热的水。热交换设备——又称换热设备或换热器–将热媒热量传递给冷水的设备–热交换设备的主要部件——加热器加器形式：–U型管加热器–盘管加热器——按贮热容积划分容积式：–特点：具有换热与贮热功能、贮存热水多半容积式–特点：换热与贮热分开半即热式–特点：自动控温，贮热容积小快速式–特点：无贮热调节功能3、换热设备分类——按工作原理划分–间壁式固体壁面将热媒和被加热的冷水隔开，通过对流和热传导传递热量的换热设备叫间壁式换热器。热媒可以循环使用–混合式热媒和被加热水直接接触混合热媒不循环使用3、换热设备分类——按换热器构造划分管壳式板式螺旋板式容积式换热器1）传统的容积式换热器2）新型卧式容积式换热器3）新型立式容积式换热器4）浮动盘管容积式换热器提问：–传统式与新型容积式换热器构造上有和不同容积式换热器1）传统的容积式换热器–功能——具有加热、贮备热水两种功能–构造——由壳体、换热管组成壳体材料是碳素钢U形管是无缝钢管20、黄铜管H621）传统的容积式换热器工作原理–热媒：蒸汽或高温热水–出口温度小于75℃–底部加热，–对流传热–存在死水区1）传统的容积式换热器：优点——–1）具有调节贮备容积，出水温度稳定，供水安全可靠。–2）水头损失小，对热媒要求不严–3）结构简单，管理方便缺点——–传热效果差，容积利用率低，不节能死水区占20~30%–水质易受污染。–串联运行，占地面积大2）新型卧式容积式换热器构造：由壳体、换热管、导流板组成特点：–提高传热系数k值–提高容积利用率–容器罐体积小–不需串联运行提高换热设备的换热效率的途径提高传热系数k值提高k值的途径：–减小管径，降低壁厚，增大换热面积，增大α换热系数措施：–改变管径：原管径φ38×342×3.5改为φ19×225×2.5–增加导流和阻流装置，增大α2换热系数，提高容积利用系数21111k3）新型立式容积式换热器改进方法–加热器采用交错双盘管结构–容积罐内设导流装置特点：–传热系数k值高–容积利用率高，节能–系统简化，不需二级串联4）浮动盘管容积式换热器特点：采用螺旋盘管换热器，换热面积大，换热量大。浮动盘管容积式换热器盘管构造–螺旋盘管–分配器–（或集水短管）分配器作用：–均匀分配热媒–有阻尼，防止共振盘管换热器与U形管换热器的比较盘管换热器优点–1）提高传热系数k值盘管传热系数是U形管换热系数的1.4~1.3倍–2）提高容积利用率：达到95％–3）自动除垢盘管换热器缺点–1）热媒易短路–2）汽－水换热时易产生噪音–3）管路振动易脱焊2、半容积式换热器特点：–换热与贮热部分完全分开基本构造：–贮热水罐–内藏式快速换热器–内循环泵工作过程：HRV01/02半容积式换热器2、半容积式换热器内循环泵——换热器的核心部件–作用：1）提高被加热水通过换热器流速，提高换热系数2）克服被加热水流经换热器的阻力损失3）使加热水在换热器和贮水罐内循环，容积利用率高，可达100％半容积式换热器特点：–1）容积利用率100％–2）传热系数大–3）被加热水阻力损失小–4）换热器体积小，是容积式的1/2~1/3–5）节能，占地面积小，工程造价低。快速式换热器–工作原理：利用换热器内外管进行冷、热介质换热没有贮热空间–用途：主要用于建筑采暖系统，或与贮热设备配套用于热水供应系统快速式换热器特点——–效率高，体积小，–但无贮热调节容积，–出水温度不稳定–水头损失大，板式换热器工作原理–板式换热器由传热板片、密封垫片、框架和夹紧螺栓等组成。–密封垫片采用粘接，点粘或挂接的方式固定于板片上，通过夹紧螺栓，将安装在固定压紧板和活动压紧板中间的若干张板片和密封垫片夹紧，相邻两板片间就形成了流体通道，–两种冷热不同的流体分别在同一板片两侧的通道中流过，高温流体通过板片将热量传递给低温流体，从而实现换热的目的。特点：–传热效率高、结构紧凑、操作灵活、维修清洗方便。半即热式换热器特点：–具有自动调温控制器–换热系数大–体积小，换热、贮热–节能–无污染混合式换热器特点：–热媒与冷水直接混合加热形成供水–加热快，效率高，噪声低，无振动，安全方便成本低用途：–用于用量不大的一次性加热或循环加热系统，如浴池、游泳池。§7－2常用换热器的构造和特点常用换热器的类型–容积式换热器–半容积式换热器–半即热式换热器–快速式换热器–混合式换热器§7－3换热器的适用条件和选择1、选择换热器的基本要求2、换热器性能评价指标3、换热器的适用条件4、换热器的选型1、选择换热器的基本要求1）效率高，换热效果好；–满足使用热水的水温、水量要求，供热安全、可靠；2）生活热水侧阻力损失小，有利于冷热系统平衡；3）安全可靠、操作维修方便4）节能，节省用房；投资少，运行管理方便2、换热器性能评价指标评价指标–传热系数k、阻力降、换热器效能、单位传热面积价格选型考虑因素：–传热效率、动力消耗、阻力、价格容积式换热器的适用条件特点：–换热容积大，可提前加热；要求有≮30～40min最大时耗热量的贮热容积–对温控阀的要求低，要求温控精度±7℃；–供水可靠性，供水水温、水压的平衡度较高；–占地面积大。用途：–适用于热水用量大，用水量不均匀场合；–如，民用建筑和工业企业的生活用水。半容积式换热器——特点：–热媒：蒸汽、高、低温软化热水；–要求有≮15min最大时耗热量的贮热容积；–要求温控精度±5℃；–热水系统应设循环泵；–占地面积小于容积式。供水可靠性，供水水温、水压的平衡度较高；半即热式换热器——特点：–容积小，无贮热调节功能，热水贮存量小，热媒供应流量按秒流量设计，是半容积式的2倍以上；。–必须设温控系统，温控精度±3℃必须设灵敏、可靠的超温超压的双保险安全装置；–被加热水侧的阻力损失应不影响系统的冷热水压平衡。–占地面积小注意：–避免换热器瞬间升温过快烫伤人；–设计时避免，因贮热调节容积较小，而不能正常供应热水的现象。快速式换热器的适用条件特点：–无贮热调节容积；–无温度控制、温度调节、超温超压保护装置用途：–适用于热水用量均匀的工业建筑和大型公共建筑，–不宜单独用于生活热水系统，一般要与贮热设备，热水箱，换热罐配套使用。混合式换热器——特点：–加热快，效率高，占地面积小；–成本低，初投资只是其它换热器的20%左右–热媒与热水直接混合加热；–热媒不能回收，一次性消耗；用途–适用于生产蒸汽，用水不需处理场合；–用热量不大的一次性加热或循环加热系统；–浴池、游泳池等–安装维修方便，只需将换热器串联于管路中接上蒸汽管即可。4、换热器选型时的参考因素1）热媒的供应条件——2）热工性能–换热器主要3个设计参数：k、△h、△T3）运行管理–注意换热设备的腐蚀和结垢问题；4）换热面积–增大换热面积，提高换热量5）材质–考虑传热系数，防腐和防垢问题§7－4换热器的计算平均温差法——–式中：Q——换热量K——传热系数F——换热面积△Tm——热媒与被加热水的温差α1α2—换热系数δ—管壁厚λ—导热系数)27(111)17(21KTKFQmλ导热系数λ导热系数w/m·℃–钢管40～50–铜管90～100–水垢0.1～0.2常用材料的λ导热系数可参考p144表3-4α换热系数α换热系数w/m2·℃式中：–T——水的平均温度，℃–V——水的流速，m/s–d——管径，m)37()35.0181400(2.08.02dvTT△Tm——热媒与被加热水的温差快速式水加热器，–计算温差采用对数平均温差公式容积式或半容积式，–采用算术平均温差公式)157(21·2/21m21）（＝算术平均温差计算时，可按＜当TTTTT)147(ln2121TTTTTm传热系数注意：–确定传热系数时，应考虑污垢热阻和系统的热损失传热系数K值，通常由厂家提供，–按照样本计算图表选取–或按照手册的图表计算换热量：)17(mTKFQ热媒的供给条件生活热水系统的热媒：–蒸汽——选用快速式、半即热式、半容积式和容积式均可；–高温软化热水——具有贮热容积的换热器采用自备热源（燃油、燃气）–选择贮热容积约20min半容积或容积式换热器热工性能换热器主要3个设计参数–传热系数k：K与流速v0.8成正比；–阻力△h：△h与v2成正比阻力过大，会造成系统的冷热水压力不平衡–△T：热媒流速大，热媒在管中停留时间短，回水温度高，△T温差小，总换热量小。热媒生活热水供应系统的热媒种类：–蒸汽–或高温软化热水热媒来源：–区域热网供热–自备热源供热