板式换热器的应用与选型计算

_ 第 1O卷 第 3期 1998年 9月 甘肃 科 学学 报 Journa1 0f Gansu Sciences V ．1O No 3 S叩 1998 一 板式换热器的应用与选型计算 文继卿 ． 堡至蓥 (兰两蘸莲摹蘸-察设计院‘兰州 730070) 7K／7~- 【摘 要】 扳式换热器是近年来较为流行的高效节能挟热设备，通过研究分析该设备 的优点，并用实例介绍其常见工况下的选型计算方法。 ： ： U 832 2 睹 型 【分类号】T ． 。 j ． 1 板式换热器的优点 板式换热器是以波纹板作为传热面，在流道中布满网状触点，流体沿着板阃狭窄弯曲、犹 如迷宫式的通道流动，其速度大小和方向不断改变，形成强烈的湍流，从而破坏边界层，减少界 面液膜热阻，并使固体颗粒悬浮，不易沉积，有效地强化了传热，因此，它比管壳式等其它类型 换热器具有很多独特的优点。 (1) 传热系数高 由于板式换热器的特殊结构及组装方式，使介质在流经相邻两板片阃 的通道时，流动方向和流速不断变化，在低流速下．形成急剧的湍流，强化换热。板式换热器的 总传热系数 一般为2330~5810 W／(m K)，高的可达 6980~81 50 w／(m。·K)，比管壳式 换热器 一1400~2790 W／(m K)高出2～3倍“ 。在同一压力损失下，板式换热器所传递 的热量为管壳式换热器的6～7倍。 (2) 温差小 由于板式换热器具有较高的传热系数及强烈的湍流，可使热交换器的一、 二次流体温度十分接近，温差趋近1℃～3℃。 (3) 热损失小 由于具有板片边缘及周边密封垫暴露在大气中，所以热损失极小，一般 为1 左右．不需采取保温 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。在相同换热面积情况下，板式换热器的换热损失仅为管壳式 换热器的 1／5，而重量则不到管壳式的一半。 (4) 结构紧凑 换热板片由薄的不锈钢板(厚 0 8 mm)压制而成，板片间距一般为 4 mm，板片表面的波纹大大增加了有效换热面积，这样单位容积中可容纳很大的传热面积(每 立方米体积可布置 250 m。的传热面积)，占地面积仅为管壳式的 l／5～1110。因此，体积小，节 省安装空间。 (5) 适应性强 可根据产量及工艺要求，很方便地增加或减少传热板片，亦可将板片重 新排列，改变流程组合。 (6) 用途广泛 目前，已广泛应用于化工、石油、机械、冶金、电力、食品、热水供应、集中 供暖等多种工程领域，完成加热、冷却、蒸发、冷凝、余热回收等工艺过程中介质间的热交换。 (7) 操作灵活，维修方便 传热板片及活动压紧板均悬挂在机器的横粱上，压紧板上方 设有滚动装置，可方便地打开设备，进行清洗，并能取出一板片，进行检查或更换垫片。 收稿日期：1997—12—25 维普资讯 http://www.cqvip.com 甘 肃 科 学 学 报 1 998年 第 a期 2 板式换热器的选型计算 板式换热器的热计算包括设计计算和校核计算，其基本公式由传热方程式和热平衡方程 式导出。 。 2．1 设计计算 (1)首先确定流经换热器的冷、热介质和特性参数 热介质 进口温度： (C) f进El温度： (℃) 出口温度： (c) l出El温度： (C) 质量流量：G ／h) 冷夼 质量流量 ：G．(t／h) 进El压力： (Pa) 川 {进口压力：户 ．(Pa) 允许的压力损失：d (Pa) j允许的压力损失：Ap,(Pa) 污垢系数： (m ℃／w) 【污垢系数： (mz℃／w) 注：下标^为热介质、c为冷介质，i为进口、o为出口参数。 (2)计算换热器的热负荷 Q= ．P^．C ( 一‰)／3．6=G C ．(th,．--t~)／3．6(W) 式中： ——热介质体积流量(rn。／h) ——热介质密度(kg／ma) — — 热介质质量流量(t／h) Cp ——热介质定压比热容(J／kg．℃) (3)计算冷介质或热介质出口温度 冷介质： 一 一?；薯呈CC) 热介质： l,~o=l,ta--害 (℃) (4)计算冷介质处理量或热媒流量 冷介质处理量： 3． 6Q 热介质流量 ： = j (5)计算对数平均温差 △ ： [ { 二 In = 一 (6)确定传热系数值 先假定冷热介质流速，按制造厂提供的板式换热器的传热特性曲线查出假定流速下的传 热系数K 值。 (7)按下式估算出换热面积F值 卢一按水质状况取 0．65～O．9。 Q：卢．K．F． ； = 并按 ’ 和流程组合方式在样本中查出板片数Ⅳ装机面积，确定介质的流道数 、‰。 按下式计算冷、热介质的流速： ： 7 ! (m／s) 2．2 校核计算 (1)计算介质流速 __ 而(m／s)； ： 7 而(m／s) (2)计算传热系数值 胁 一 ； R 一生 ； — ×＆跚 r¨ 3； 嘞= ； = ； K一 Ⅳ“^ ： ×Re^ ×pr 拈 1 旦 。 ^ Ⅱ， 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 10卷 文继卿等：板式换热器的应用与选型计算 (3)计算传热热负荷 Q 一 ．K．F．△ (w) (4)检查计算热负荷是否满足传热要求，若日_卅<口，则重新选型计算。 (5)检查压力损失 △ 、△ 均应小于用户要求值。 2．3 经验估算 在集中供热系统中，一般亦可按下式初步估算所需的换热面积。 一 缫建幽 ( 一 5OO～600 “ 3 工程实例 直接参与的工程实例有 ： (1)高层建筑：兰州铁道学院科技综合实验楼的中央空调换热系统和热水供应换热系统； (2)室内大型游泳馆：兰州天龙水宫循环水换热、空调换热及采暖换热系统等； (3)浴室：兰卅l铁道学院浴室洗浴水换热系统。 下面仅就天龙水宫游泳池水的板式换热器选型计算介绍如下： 3．1 热工参数 热介质；蒸气 150c 户一I．0 MPa 冷介质：水 10C p=O．4 MPa 3．2 选型计算 (1)流量 210m。／h，进口温度 10'C，出口温度 29c 换热量 ：Q一21o×lO。×o．98×4．183×19／3．6≈4．54×10 (w) 游泳池水的吸热量：Q：1600X10 ×0．98×4．183×19／3．6≈35．6×10 (w) 则按 210 in。／h的流量，循环加热，换热器需连续运转 7．8 h以上。 (2)拟选 O3型板式换热器，即HBR03型 努谢尔特(Nu)准则方程：0．97雕 51 平均流道截面积：0．001 376 m。；dn=O．008 m 查表：30C u一0．8298×10 ； 一5．065 一^0．699 W／(m。·K)；c 一4．183kJ／kg 1 5OC u一 0．4498× 10一 ； 一 2．98 A=0．684 W／(m ·K)；cp=4．290kJ／kg 流速 一0．4m／s 板片厚度 —O．0007m Re 一学 一 ~3856． Re 一华 一 =7114 Nu 一 O．97× Re ×pro．。 ：O．97×3856．4。 ×5．065p~ 。 ： 111．3 Nu^一O．97×Re × pro! 2 0．97× 711 4．0 ×2．980~ o 。一 1 29．0 一 一 。725 W／(m K ％一 一 ㈣ w／(m K 一 1 一 丽万 而面再1 面而西 一2970W／(m ·K) 维普资讯 http://www.cqvip.com 52 甘 肃 科 学 学 报 1998年 第 3期 (式中 ——污垢系数，取 0．0001) (3)试求换热面积 F—Q／K．血 一4．54×106／297O×11O×0．7=20(m ) (4)验算流速 一G／， 360=21o／(20／o．6×0．001376×3600)一1．27(m／s) (式中，——板问的流通截面之和) 该流速过快，超出板式换热器板间流速的设计合理要求，应该将流速控制在小于0．8 m／s， 当然可 降低循环流量，但游泳池的水温不易控制，故重选换热面积。 (5)求选用的换热面积 ①求流通截面积 ，=G／