История развития теплообменных аппаратов
Введение Теплообменники – устройства, в которых тепло переходит от одной среды к другой. Теплообмен между теплоносителями является одним из наиболее важных и часто используемых в технике процессов. Например, получение пара заданных параметров в современном парогенераторе основано на процессе передачи тепла от одного теплоносителя к другому. В конденсаторах и градирнях тепловых электростанций, воздухоподогревателях доменных печей и многочисленных теплообменных устройствах химической промышленности основным рабочим процессом является процесс теплообмена между теплоносителями. Если передача теплоты происходит при изменении агрегатного состояния какого-либо теплоносителя (кипение, конденсация), то его температура в процессе теплоотдачи остается постоянной. В остальных случаях температуры теплоносителей в ТА изменяются. В основу классификации ТА могут быть положены различные признаки. Рассмотрим классификацию по функциональным и конструктивным признакам, а также по схемам тока теплоносителей.
Теплообменные аппараты
Функциональные признаки
По принципу работы ТА делятся на поверхностные (рекуперативные и регенеративные) и контактные.
В рекуперативных поверхностных ТА обменивающиеся теплотой среды протекают одновременно и передача теплоты происходит через разделяющую их поверхность.
В регенеративных ТА поверхность теплообмена по очереди омывается то греющим, то нагреваемым теплоносителем.
|
|
|
В контактных ТА передача теплоты от греющего теплоносителя к нагреваемому происходит при непосредственном их контакте. Контактные ТА делят на смесительные и барботажные. В аппаратах смесительного типа нагреваемый и греющий теплоносители перемешиваются. В барботажных аппаратах греющий теплоноситель прокачивается через нагреваемый, или наоборот, не смешиваясь с ним.
По роду теплоносителей различают ТА: жидкость-жидкость, пар-жидкость, газ-жидкость, пар-пар, пар-газ, газ-газ.
В зависимости от изменения агрегатного состояния теплоносителей ТА делят: без изменения агрегатного состояния; с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя; с изменением состояния обоих теплоносителей.
По характеру движения теплоносителей относительно теплопередающей поверхности ТА делят на три типа: с естественной циркуляцией; с принудительной циркуляцией; с движением жидкости под действием сил гравитации.
По роду теплового режима ТА могут быть со стационарными и не стационарными процессами теплообмена. Рекуперативные ТА в основном работают в установившемся стационарном режиме, а регенеративные – в нестационарном режиме.
|
|
|
Конструктивные признаки
По виду (конфигурации) поверхности теплообмена рекуперативные ТА делят: кожухотрубные с прямыми гладкими трубами; кожухотрубные с U – образными трубами; кожухотрубные с оребренными трубами; секционные «труба в трубе»; змеевиковые; спиральные; пластинчатые; пластинчато-ребристые; ламельные.
Регенеративные ТА классифицируются по виду и форме насадки.
По способу компенсации температурных удлинений рекуперативные ТА классифицируются: без компенсации (жесткая конструкция); с компенсацией упругим элементом (полужесткая конструкция); с компенсацией в результате свободных удлинений (нежесткая конструкция).
По виду кожуха, ограничивающего теплопередающую поверхность, рекуперативные ТА делят следующим образом: с коробчатым кожухом; кожухотрубные; кожухотрубные с компенсатором на кожухе; не имеющие ограничивающего кожуха (оросительные аппараты).
По ориентации теплопередающей поверхности в пространстве аппараты могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными.
По принципу монтажа ТА разделяют на автономные, навешанные и встроенные. Если ТА состоит из нескольких аппаратов, то они или располагаются каждый на отдельном фундаменте, или находятся все в общем блоке.
|
|
|
По оборудованию и обвязке можно выделить аппараты: не имеющие оборудования и обвязки; покрытые изоляцией; оборудованные контрольно-измерительной аппаратурой и приборами автоматики; не имеющие собственный фундамент и т.д.
По числу теплоносителей ТА классифицируются на двухпоточные, трехпоточные и многопоточные.
История развития теплообменных аппаратов
ТА с рубашечным обогревом
Развитие ТА началось с варочных котлов и с огневым и газовым обогревом. Недостатки таких аппаратов: малый коэффициент теплопередачи, неравномерность обогрева, низкий к.п.д. (20–40%) и трудность регулирования процесса. Усовершенствованные установки с огневым обогревом применяются изредка и в настоящее время.
Аппараты с огневым и газовым обогревом были вытеснены аппаратами рубашечного типа с паровыми жидкостным обогревом. Рубашечный обогрев целесообразен в аппаратах, в которых установка змеевика внутри сосуда затруднительна, – в теплообменниках со скребками и мешалками.
ТА с гладкостенными рубашками применяются для обогрева паром или жидкостью с давлением не более 5 ат, для работы при более высоких давлениях (до 50 ат) аппараты изготавливают из листов с выштампованными отверстиями и по периметру этих отверстий кромки листа приваривают к стенке аппарата.
|
|
|
Более совершенные аппараты для нагрева теплоносителями высоких давлений (до 70 ат), в которых стальной змеевик приваривается к наружной поверхности корпуса аппарата.
Трубчатые ТА
Погружные змеевиковые ТА относятся к самым старым типам трубчатых ТА. Они представляют собой сосуд., в который помещена труба, загнутая в цилиндрическую или плоскую спираль. Один теплоноситель циркулирует в трубе, другой вводится в трубу змеевика. Эти аппараты просты по конструкции, дешевы и доступны для внутреннего осмотра. Однако они громоздки, а коэффициенты теплопередачи в них всегда малы.
Оросительные ТА собирают из прямых горизонтальных труб и соединительных калачей в виде плоских змеевиков, укрепляемых на специальных каркасах. Орошающая холодная вода подается из желоба или перфорированных труб на верхнюю трубу, стекает с нее на нижележащую трубу и, пройдя последовательно по поверхности всех труб, стекает в поддон или кювет. Эти ТА более чувствительны к изменениям расхода охлаждающей воды, так как при недостатке орошения нижние трубы вследствие испарения воды могут оказаться смачиваемыми частично или совсем сухими, то есть почти не участвовать в теплообмене, а при обильном орошении избыток воды разбрызгивается и сливается мимо труб, лежащих внизу. Достоинства оросительных теплообменников: простата устройства. Доступность осмотра и наружной чистки труб, дешевизна, пониженный расход охлаждающей воды. Недостатки: громоздкость, чувствительность к колебаниям подачи воды, потеря воды вследствие испарения.
Секционные (элементные) ТА состоят из нескольких последовательно соединенных секций, каждая из которых представляет собой трубчатку с малым числом труб, помещенную в кожухе небольшого диаметра. В секционных аппаратах сравнительно простых по конструкции даже без внутренних перегородок легко достижимы благоприятные для хорошего теплообмена условия: противоточные и равномерные по проходному сечению движение теплоносителей, а также достаточно высокие и примерно равномерные их скорости (для физически однородных сред). Для удаления трубного пучка из кожуха при ремонте задняя трубная решетка изготавливается иногда составной из диска и кольца на газовой резьбе, при этом с таким расчетом, чтобы диаметр дичка был на 204 мм меньше внутреннего диаметра кожуха.
Теплообменники «труба в трубе», называемые также двухтрубными, представляют собой разновидность секционных аппаратов и применяются при небольших расходах, но высоких давлениях теплоносителей. Небольшие поперечные сечения внутренней трубы и кольцевого зазора позволяют достигать высоких скоростей теплоносителей.
Недостатки секционных теплообменников: громоздкость, и относительно высокая стоимость поверхности теплообмена из-за большого числа кожухов, камер, трубных решеток, фланцев, калачей и других деталей, а также значительный расход электроэнергии на преодоление гидравлического сопротивления, повышенного многочисленными поворотами и переходами.
ТА с ребристой поверхностью
Ребристые трубчатые теплообменники эффективны в условиях, когда коэффициенты теплообмена по обеим сторонам стенки различаются значительно. При охлаждении, например, горячего воздуха холодной водой коэффициент теплоотдачи от горячего воздуха к стенке не превышает 100 ккал/м2часоС, в то время как от стенки к охлаждающей воде он составляет 1000–3000 ккал/м2часоС. Улучшение условий теплоотдачи достигается искусственным увеличением поверхности теплообмена путем насаживания пластин или изготовлением монолитных с телом трубы ребер на той стороне стенке, где величина коэффициента теплоотдачи мала.
Существенное значение для эффективности работы ребристых теплообменных аппаратов имеет хороший контакт между трубами и насаженными ребрами, который достигается их совместным лужением или оцинкованием. Трубы с ребрами, монолитными с телом трубы, получают методом отливки или накатки и утонения стенки толстенной заготовки.
Пучок ребристых труб можно получить путем продевания их через большое число параллельных пластин, образующих дополнительную поверхность теплоотдачи. Для таких пучков могут быть использованы как круглые, так и плоские трубы в коридорном и шахматном расположении.
Пластинчатые теплообменники бывают следующих видов:
1) Гладкопластинчатые ТА.
2) Спиральные ТА.
3) Штампованые пластинчатые ТА.
4) Прокатно-сварные ТА.
5) Ребристые пластинчатые ТА.
6) Сотовые ТА.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 1168; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!