【摘 要】闡述板式換熱器的優(yōu)點(diǎn),并針對(duì)幾種常用型號(hào)板式換熱器,在標(biāo)準(zhǔn)溫度工況(一次熱媒 130℃/80℃,二次熱媒 95℃/70℃)下,對(duì)板式換熱器在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的熱工性能參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比和計(jì)算,并分析了板片高寬比和面積附加系數(shù)對(duì)板式換熱器換熱質(zhì)量的影響。
【關(guān)鍵詞】板式換熱器; 換熱質(zhì)量; 結(jié)構(gòu)改造
【中圖分類號(hào)】TK223 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1006- 6764(2007)01- 0042- 04
?。?nbsp;前言
熱能是使用普遍、易于轉(zhuǎn)換、在工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)中廣為使用、必不可少的動(dòng)力能源。在實(shí)際生產(chǎn)、生活中,對(duì)熱能最直接的利用就是通過(guò)換熱器進(jìn)行熱量交換。(如供熱系統(tǒng)中熱量的使用)。因此換熱效果的優(yōu)劣便成為人們最關(guān)心的問(wèn)題。除供熱水力系統(tǒng)因素的影響外,換熱設(shè)備的換熱質(zhì)量也是影響供熱效果的重要影響因素之一。板式換熱器因具有多種優(yōu)點(diǎn)一直以來(lái)在換熱領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用和推廣。
?。?nbsp;板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)
?。玻?nbsp;傳熱效率高
比傳統(tǒng)管式換熱器換熱效率高 2~4 倍。一般板式換熱器的傳熱系數(shù) K 在值在 3 000~6 000 W/m2℃范圍內(nèi)。板片中都有一定的波紋設(shè)計(jì)以形成流道,(見(jiàn)圖 1,加強(qiáng)極低流速下的流體的擾動(dòng)流,強(qiáng)化換熱。同時(shí),湍流流動(dòng)又有自凈效應(yīng)以防止污垢生成,減少熱阻,因而傳熱效率很高。
2.2 熱損小、阻力損失小、冷卻水量少
因結(jié)構(gòu)緊湊和體積小,換熱器的外表面積很小,因而散熱損失也很小,通常不再需要保溫。在相同的傳熱系數(shù)的條件下,板式換熱器通過(guò)合理的選擇流速,阻力損失可控制在管殼式換熱器的 1/3 范圍內(nèi)。板式換熱器由于其流道的幾何形狀所致,以及二種液體都有很高的熱效率,故可使冷卻水用量大為降低。反過(guò)來(lái)又降低了管道、閥門和泵的安裝費(fèi)用。

2.3 占地小,易維護(hù),靈活性強(qiáng)
板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小。由于結(jié)構(gòu)極為緊湊在傳熱量相等的條件下,板式換熱器只需要管殼式換熱器面積的 1/2~1/4 即可達(dá)到同樣的換熱效果。所占空間僅為管殼式換熱器的 1/2~1/3。不需要預(yù)留出很大的檢修空間,只需松開夾緊螺桿,即可在原空間范圍內(nèi) 100%地接觸到換熱板的表面。拆裝很方便、容易清洗。由于換熱板容易拆卸,通過(guò)調(diào)節(jié)傳熱板的數(shù)目或 者變更流程就可以得到最合適的容量和傳熱效果。只要利用換熱器中間架,換熱板部件就可有多種獨(dú)特的機(jī)能。這樣就為用戶提供了隨時(shí)可變更處理量和改變 傳熱系數(shù) K 值或者增加新機(jī)能的可能。
2.4 投資較低、使用范圍廣
在相同傳熱量的前提下,板式換熱器與管殼式換熱器相比較,由于換熱面積、占地面積、流體阻力、冷卻水用量等項(xiàng)目數(shù)值的減少,使得設(shè)備投資、基建投資、動(dòng)力消耗、材料等費(fèi)用大大降低,更顯經(jīng)濟(jì)節(jié)能。由于材質(zhì)選擇廣,所以可適用多種介質(zhì)、腐蝕性介質(zhì)的換熱。
2.5 有利于低溫?zé)嵩吹睦?BR> 由于二種介質(zhì)幾乎是全逆流流動(dòng),以及高的傳熱 效果,板式換熱器二種介質(zhì)的最小溫差可以達(dá)到1℃。用它來(lái)回收低溫余熱或利用低溫?zé)嵩炊际亲罾硐氲脑O(shè)備。以上結(jié)論是從理論計(jì)算和結(jié)構(gòu)上得出的。下面探討是板式換熱器的實(shí)際換熱效果到底如何?即若一次熱媒的供水溫度(tg)和二次熱媒的回水溫度(th)分別保持 130 ℃和 70 ℃恒定不變時(shí),在板式換熱器連續(xù)使用期內(nèi)、經(jīng)濟(jì)使用流速下,是否能始終保持二次熱媒出水溫度不低于 95 ℃?考慮到污垢對(duì)傳熱系數(shù) K 值的影響,設(shè)計(jì)中常采用附加系數(shù)來(lái)加以修正。對(duì)于現(xiàn)有的板式換熱器,僅靠單純地增大換熱面積富裕度,是否能從根本上解決問(wèn)題?
針對(duì)上述問(wèn)題,結(jié)合實(shí)際普遍使用的、具有代表性的幾種類型(BRW 50 型、 50 型、BR HBR 03 型、BR 0.5 型、 0.5 型)的板式換熱器,對(duì)其各自的熱BB工性能進(jìn)行了分析計(jì)算,得出了一些初步的結(jié)論,具體論述如下。
3 換熱過(guò)程中必要條件的假定
忽略板式換熱器實(shí)際使用條件和實(shí)驗(yàn)條件之間的差別。板式換熱器采用單流程組合如圖 2 所示。

工況假定:
①一、二次熱媒均為液體介質(zhì)——水,
②名義溫度工況為:一次側(cè) 130 ℃/80 ℃。二次側(cè)為 95 ℃/70 ℃。
③恒溫假定:一次熱媒供水溫度(tg1)和二次熱媒供水溫度((tg2)保持恒定。
考慮到一般外網(wǎng)設(shè)計(jì)中要預(yù)留給換熱站的允許壓差為 30~50 kPa,所以在板式換熱器的熱工性能計(jì)算中,一次側(cè)熱媒流速控制在 0.3 ̄0.4 m/s 的范圍內(nèi)。
板式換熱器的密封墊片更換之前,板片兩側(cè)污垢厚度 δ總計(jì)取 0.2 mm。因?yàn)閾?jù)國(guó)外有關(guān)資料規(guī)定:板片兩側(cè)污垢層總計(jì)不得超過(guò) 0.5 mm??紤]到我國(guó)板式換熱器現(xiàn)在使用的密封墊片使用壽命短于發(fā)達(dá)國(guó)家(國(guó)內(nèi)一般為 3 年左有,國(guó)外至少 5 年以上)這一事實(shí),所以按 0.2 mm計(jì)。此外,為便于說(shuō)明,將密封墊片的使用壽命定義為該板式換熱的連續(xù)使用期限。根據(jù)水垢生成和發(fā)展過(guò)程,可將板式換熱器的連續(xù)使用期分為前期、中期和后期,并假設(shè):前期 δ=0 mm;中期 δ =0.1 mm;后期 δ =0.2 mm。
4 分析計(jì)算的基本思路
板式換熱器的產(chǎn)品樣本上一般都會(huì)提供以下熱工性能計(jì)算公式:

5 板式換熱器換熱質(zhì)量分析
5.1 連續(xù)使用期前期
①、隨著板式換熱器一次側(cè)壓降的增加,二次熱媒出水溫度隨之降低。
②、當(dāng)一次側(cè)壓降為 10 kPa 左右時(shí);除 BR 0.5型板式換熱器二次出水溫度達(dá)不到 95 ℃外,其余的均能達(dá)到。
③、當(dāng)一次側(cè)壓降為 30 kPa 時(shí),BRW 50 型、BB0.5 型仍能滿足設(shè)計(jì)出水溫度的要求,而此時(shí)理論傳熱系數(shù) K 值可達(dá) 5 340 W/( K)、 500 W/ m2 6( K)。m2
5.2 連續(xù)使用期后期
在考慮污垢的情況下,對(duì)于 BRW 50 型和 BB0.5 型兩種型號(hào)的熱工性能進(jìn)行了再一次的計(jì)算,其結(jié)果列于表 2。
計(jì)算結(jié)果表明:當(dāng)一次側(cè)壓降同樣取 30 kPa時(shí),二者均達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。若壓降降至 10 kPa時(shí),則 BRW 50 型能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的二次側(cè)熱媒出水溫度。當(dāng)然這是以換熱面積增加一倍為代價(jià)的,而設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:考慮污垢的影響時(shí),其面積附加系數(shù)最大為 67%。
6 對(duì)板式換熱器換熱效果的改造措施
為了保證在連續(xù)使用期后期,板式換熱器的供熱品質(zhì)仍能滿足設(shè)計(jì)要求,除控制水指標(biāo)(如懸浮物含量、硬度、 值和氯根離子含量等)、加強(qiáng)運(yùn)行 pH管理外,還應(yīng)從改善板式換熱器的板型結(jié)構(gòu)入手。
近幾年,在等流通截面 BR 型的基礎(chǔ)上研制開發(fā)了不等流通截面 BB 型板式換熱器,比較表 1 中BB 0.5 型和 BR 0.5 型的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn): 0.5 型 BB的熱工性能指標(biāo)及供熱品質(zhì)均優(yōu)于 BR 0.5 型。但即使如此,在考慮一定的污垢厚度后 BB 型仍不能保證必要的供熱品質(zhì)。文獻(xiàn)建議進(jìn)一步縮小板式換熱器的板間安裝距離,依次來(lái)改善其供熱品質(zhì),但這對(duì)制造工藝有較高的要求。本人認(rèn)為:適當(dāng)?shù)募哟蟋F(xiàn)有板式換熱器的板片高寬比,也可以在一定程度上改善板式換熱器的供熱品質(zhì),且對(duì)制造無(wú)較高的特殊工藝要求。
取 BB 0.3 型為例分析。設(shè)板片寬度、波紋形狀不變,板間距也不變,僅改變板片的高度,使單片傳熱面積由 0.3 m2 增至 0.5 m2,并稱這種板片型號(hào)為BB 0.3—A型。由于努塞爾方程中定性尺寸為板間距,所以 BB 0.3—A 型和 BB 0.3 型可采用同一努塞爾方程。當(dāng)然,努塞爾方程中的實(shí)驗(yàn)系數(shù)會(huì)隨板高度變化而改變。本文在污垢總厚度 δ取 0、 0.2mm,面積附加系數(shù) cf 取 0、 0.15 的情況下,對(duì) BB0.3—A型進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 3。
通過(guò)表 3 中結(jié)果表明:如在板式換熱器的選型計(jì)算中,理論換熱面積 F0 一次側(cè)熱媒流速為 0.4m/s 來(lái)確定的話,如果所選面積不考慮附加,則在板式換熱器連續(xù)使用期的前期其供熱品質(zhì)能滿足設(shè)計(jì)要求,而后期仍達(dá)不到規(guī)定的二次出水溫度。但若換熱面積增加 15%,則即使是在板式換熱器連續(xù)
使用的后期,設(shè)計(jì)要求的供熱品質(zhì)仍能得到保證。
7 結(jié)論
7.1 在標(biāo)準(zhǔn)溫度工況下和正常流速范圍內(nèi),現(xiàn)有板式換熱器在其連續(xù)使用期前期一般都能保證設(shè)計(jì)要求的供熱品質(zhì);但在其連續(xù)使用期的后期,由于污垢的影響,均不能提供設(shè)計(jì)中要求的二次熱媒。
7.2 對(duì)單流程組合的板式換熱器,在正常流速范圍內(nèi),試圖通過(guò)單純?cè)龃竺娣e附加系數(shù)來(lái)改善其供熱品質(zhì)是困難的。
7.3 縮小板間距,可以提高板式換熱器的供熱品質(zhì),但對(duì)工藝有較高的要求。
7.4 適當(dāng)?shù)卦龃蟋F(xiàn)有板式換熱器板片的高寬比,可以改善板式換熱器附垢運(yùn)行期間的供熱品質(zhì),而且在制造工藝上容易實(shí)現(xiàn)。