Теплообменные установки

Теплообменные установки

Для получения требуемой температуры воды, воздуха, технологических растворов используют теплообменные установки, или теплообменники, различных видов.

По технологическому назначению теплообменники можно подразделить на водоподогреватели, воздухоподогреватели, испарители и др. По принципу действия различают поверхностные и смесительные. В поверхностных теплообменниках горячий теплоноситель передает теплоту нагреваемому теплоносителю через разделяющую их стенку, в смесительных — теплота передается при непосредственном контакте и смешении горячего и холодного теплоносителей. Смесительные теплообменники более эффективны, поскольку в них может быть создан наименьший температурный напор. Однако в некоторых случаях контакт теплоносителей нежелателен.

В производствах легкой промышленности основным видом горячего теплоносителя является водяной пар, конденсация которого сопровождается интенсивной теплоотдачей, что позволяет уменьшить поверхность теплообмена. Большое изменение энтальпии пара в процессе конденсации позволяет снизить его массовый расход. Постоянная температура конденсации при заданном давлении обеспечивает постоянный режим работы аппарата и облегчает регулирование процесса.

Теплообменные установки

Основным недостатком водяного пара является значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения. Например, при давлении 0,09807 МПа температура пара равна 99,1 °С, а при давлении 15,5 МПа — 350 °С. Поэтому паровой обогрев применяется для получения теплоносителей температурой 60—150 °С.

Для нагрева воды и технологических растворов применяются кожухотрубные, секционные, погружные поверхностные теплообменники и струйные смесители.

Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты из труб, скрепленных при помощи трубных решеток и ограниченных кожухом и крышками (рис. 15). Трубное и межтрубное пространства разобщены и могут быть разделены перегородками на несколько ходов, что позволяет увеличить скорость теплоносителей и, следовательно, интенсифицировать теплообмен между ними. Ввод теплоносителей осуществляется через штуцеры, расположенные в крышке и кожухе аппарата. В большинстве случаев водяной пар подается в межтрубное пространство, а подогреваемая вода или технологический раствор — в трубы.

Теплообменные установки

При эксплуатации кожухотрубных теплообменников следует предусмотреть в корпусе аппарата еще и штуцеры для вывода воздуха из межтрубного пространства.

Производительность таких аппаратов регулируется дросселированием греющего пара (при котором меняется его давление), изменением расхода нагреваемого теплоносителя, изменением уровня конденсата в аппарате.

Кожухотрубные теплообменники могут быть вертикальными и горизонтальными. Вертикальные чаще используются в промышленности, так как они занимают меньше места и их легче расположить в рабочем помещении.

Секционные теплообменники состоят из нескольких последовательно соединенных секций, каждая из которых представляет собой кожухотрубный теплообменник с малым числом труб и кожухом небольшого диаметра. Поскольку проходные сечения трубного и межтрубного пространства секционных теплообменников сопоставимы, при одинаковом расходе теплоносителей обеспечиваются более высокие коэффициенты теплопередачи по сравнению с обычными кожухотрубными аппаратами. Однако в процессе использования секционных теплообменников увеличивается гидравлическое сопротивление, что приводит к дополнительному расходу электроэнергии на привод насоса. В результате стоимость единицы поверхности нагрева резко возрастает.

Простейшим секционным теплообменником является аппарат типа «труба в трубе» (рис. 16).

Погружные поверхностные теплообменники состоят из змеевиков, помещенных в корпус с жидким теплоносителем. Другой теплоноситель, например водяной пар, движется внутри змеевиков. Достоинством погружных теплообменников является простота изготовления, малая чувствительность к изменению режима работы (вследствие большого объема жидкого теплоносителя).

Для нагрева воды паром кроме обычных смесительных подогревателей могут быть использованы струйные смесители, в которых вода подводится к одному или нескольким вертикальным соплам, расположенным в верхней части корпуса. Из сопел вода с большой скоростью поступает в систему концентрических распределительных конусов. Пар подводится сбоку и благодаря эжек- тирующему действию струи воды подсасывается через кольцевые щели в центральное пространство конденсатора. Вода и конденсат поступают в диффузор, в котором в результате торможения потока растет давление смеси.

Теплообменные установки

Вторичный пар последнего корпуса многокорпусной выпарной установки чаще всего конденсируется в противоточных конденсаторах-смесителях (рис. 17). Аппарат представляет собой вертикальный цилиндр, внутри которого помещены контактные устройства (переливные полки). Холодная вода подается сверху и каскадами через бортики переливается с полки на полку, образуя водяные завесы.

Пар поступает под нижнюю полку и движется вверх по ломаной линии через водяные завесы. Не сконденсировавшиеся газы отсасываются вакуум-насосом. Смесь конденсата и воды удаляется через барометрическую трубу, расположенную внизу цилиндра. Поскольку в конденсаторе пониженное давление, высота барометрической трубы должна быть такой, чтобы столб воды в ней уравновешивал атмосферное давление.

Нагрев воздуха без изменения его влагосодержания осуществляется в поверхностных теплообменниках-калориферах. В качестве горячих теплоносителей используются водяной пар и горячая вода. Теплоносители подаются в трубы, концы которых закреплены в коллекторах. Наружную поверхность труб омывает воздух. Поскольку коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к внутренней поверхности труб значительно выше, чем от их внешней поверхности к воздуху, площадь наружной поверхности аппарата увеличивается за счет ребер. Ребра могут иметь различную форму, например в виде пластин толщиной 0,5 мм и шагом между ними 1,5 мм или спирально навитых ребер из стальной ленты толщиной 0,5 мм и шириной 15 — 20 мм.

Известны две модели пластинчатых калориферов: С (средняя) и Б (большая). Каждая модель имеет 14 разновидностей, различающихся величиной поверхности нагрева. Калориферы бывают одноходовыми и многоходовыми, паровыми и водяными. Например, калориферы марок КФС, КБФ — одноходовые, КМС, КМФ — многоходовые. Аналогичны им по конструкции калориферы марок КЗПП, К4ПП, КЗВП, К4ВП. Буквы «П» и «В» в середине наименования модели указывают на исполнение калорифера: «П» — паровые (одноходовые), «В» — водяные (многоходовые).

Интенсивность теплообмена в спирально-навивных калориферах КФСО и КФБО выше, но выше также и аэродинамическое сопротивление потоку воздуха.

При движении воды со скоростью 1 м/с коэффициент теплопередачи в калориферах марки КФС в зависимости от массовой скорости воздуха составляет 16,5 — 39,5 Вт/(м2-К). В калорифере марки КФСО при тех же условиях — 22,3—69,4 Вт/(м2- К). При движении пара коэффициенты теплопередачи равны соответственно 17-38,7 и 25-62,6 Вт/(м2-К).

Смотрите также