蓄熱式熱交換器(又稱回?zé)崞鳎┩ㄟ^(guò)蓄熱體(如陶瓷球、金屬蜂窩體)交替吸收和釋放熱量實(shí)現(xiàn)傳熱,分為固定床和旋轉(zhuǎn)床兩類(lèi)。工作時(shí),高溫流體先流過(guò)蓄熱體,將熱量傳遞給蓄熱體使其溫度升高;隨后低溫流體流過(guò)蓄熱體,蓄熱體釋放熱量加熱低溫流體,通過(guò)切換流體流向?qū)崿F(xiàn)連續(xù)換熱。這類(lèi)熱交換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐高溫(可承受 1000℃以上高溫)、成本低,尤其適用于氣體間的換熱,如冶金行業(yè)的高爐熱風(fēng)爐,利用煙氣加熱空氣,熱回收率可達(dá) 70%-80%。但蓄熱式存在流體混合風(fēng)險(xiǎn)(切換時(shí)殘留流體混入),且傳熱效率受切換周期影響,不適用于對(duì)流體純度要求高的場(chǎng)景。可拆式螺旋板熱交換器便于清洗維護(hù),適合高污染流體處理。G-TS-645-3熱交換器原理

結(jié)垢是熱交換器性能衰減的主要誘因,其形成過(guò)程遵循 “成核 - 生長(zhǎng) - 脫落” 的動(dòng)力學(xué)規(guī)律:當(dāng)流體中溶解鹽濃度超過(guò)溶解度時(shí),在壁面形成初始晶核(成核階段,約占結(jié)垢量的 10%);隨后通過(guò)擴(kuò)散和沉積不斷生長(zhǎng)(生長(zhǎng)階段,占比 70%),因流體剪切力導(dǎo)致局部脫落。傳統(tǒng)防控依賴定期清洗,而智能系統(tǒng)通過(guò)在線監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)精確干預(yù):采用光纖光柵傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量壁面溫度分布(精度 ±0.1℃),結(jié)合壓力傳感器計(jì)算壓降變化率,當(dāng)結(jié)垢熱阻達(dá)到 0.0002m2?K/W 時(shí),自動(dòng)啟動(dòng)超聲波除垢或投加阻垢劑(如聚天冬氨酸,濃度 2-5mg/L)。某化工項(xiàng)目應(yīng)用該技術(shù)后,清洗周期從 3 個(gè)月延長(zhǎng)至 9 個(gè)月,換熱效率維持率提升至 92%。TS-10165-2熱交換器替換沉浸式熱交換器直接浸入流體,常用于小型加熱、冷卻的簡(jiǎn)易場(chǎng)景。

熱交換器的傳熱能力計(jì)算基于基本公式 Q=K?A?Δt?,其中 K 為總傳熱系數(shù),A 為換熱面積,Δt?為對(duì)數(shù)平均溫差。K 值需考慮污垢熱阻(Rf)修正,公式為 1/K=1/α?+δ/λ+1/α?+Rf,α?、α?分別為兩側(cè)對(duì)流換熱系數(shù),δ/λ 為壁面熱阻。實(shí)際工程中,污垢熱阻取值需參考經(jīng)驗(yàn):冷卻水側(cè)取 0.0002-0.0005 m2?K/W,原油側(cè)取 0.001-0.003 m2?K/W。當(dāng)采用錯(cuò)流或折流布置時(shí),Δt?需乘以修正系數(shù) ψ(通常 0.8-0.95),確保計(jì)算結(jié)果貼合實(shí)際。某余熱回收項(xiàng)目通過(guò)精確計(jì)算,使 K 值從 350W/(m2?K) 提升至 480W/(m2?K)。
熱交換器按傳熱方式可分為間壁式、混合式和蓄熱式三大類(lèi),其關(guān)鍵差異體現(xiàn)在流體接觸形式與能量傳遞效率上。間壁式通過(guò)固體壁面隔離流體,如殼管式、板式,適用于需嚴(yán)格分離介質(zhì)的場(chǎng)景;混合式讓流體直接接觸,如冷卻塔,傳熱效率接近 100% 但受介質(zhì)兼容性限制;蓄熱式借助蓄熱體交替吸熱放熱,如高爐熱風(fēng)爐,適合高溫氣體換熱。按結(jié)構(gòu)形態(tài)又可細(xì)分為管式、板式、翅片式等,管式耐壓性突出(可達(dá) 30MPa),板式傳熱效率高(K 值 1500-5000W/(m2?K)),翅片式則通過(guò)擴(kuò)展表面積強(qiáng)化空氣側(cè)換熱,各類(lèi)型在工業(yè)中形成互補(bǔ)應(yīng)用。板式熱交換器通過(guò)橡膠墊片密封,確保介質(zhì)互不滲漏。

熱交換器的清洗技術(shù)與周期管理:熱交換器結(jié)垢后需及時(shí)清洗,常用方法有:化學(xué)清洗(檸檬酸溶液適合水垢,濃度 2%-5%,溫度 60-80℃)、物理清洗(高壓水射流壓力 10-30MPa,適用于管程)、在線清洗(自動(dòng)旋轉(zhuǎn)刷式清洗,可在不停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行)。清洗周期需根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)制定:冷卻水系統(tǒng)通常 3-6 個(gè)月一次,原油換熱系統(tǒng) 1-2 個(gè)月一次。某電廠通過(guò)監(jiān)測(cè)進(jìn)出口壓差變化(當(dāng) ΔP 超過(guò)初始值 50% 時(shí)啟動(dòng)清洗),使凝汽器端差從 12℃降至 6℃,真空度提升 2%,發(fā)電煤耗降低 3g/kWh。熱交換器在紡織印染中調(diào)節(jié)染液溫度,保證染色質(zhì)量。DF-266-057A熱交換器原理
夾套式熱交換器通過(guò)加熱或冷卻夾套,控制容器內(nèi)物料溫度。G-TS-645-3熱交換器原理
從結(jié)構(gòu)形式來(lái)看,熱交換器可分為間壁式、混合式和蓄熱式三大類(lèi),其中間壁式熱交換器應(yīng)用為普遍。間壁式熱交換器通過(guò)固體壁面分隔冷熱流體,常見(jiàn)的有殼管式、板式、翅片管式等。殼管式熱交換器由殼體、管束、管板等組成,高溫流體在管程流動(dòng),低溫流體在殼程流動(dòng),通過(guò)管壁實(shí)現(xiàn)熱量交換,具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。板式熱交換器則由多片波紋金屬板疊加而成,流體在板片間的通道流動(dòng),換熱效率高且易于拆卸清洗。理邦工業(yè)根據(jù)不同工況需求,優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù),使熱交換器在提高傳熱效率的同時(shí),降低流動(dòng)阻力,實(shí)現(xiàn)能量的高效利用。G-TS-645-3熱交換器原理