煤礦鍋爐房熱交換器比較及選型

董海龍

（陜西陜煤陜北礦業(yè)韓家灣煤炭有限公司,陜西 榆林719315）

換熱器是能源利用過(guò)程中必不可少的設(shè)備,幾乎一切工業(yè)領(lǐng)域都要使用。 按用途來(lái)說(shuō)，一般可分為熱交換器、冷凝器、蒸發(fā)器，加熱器及冷卻器五大類。本文對(duì)現(xiàn)在使用的兩種熱交換器使用情況進(jìn)行說(shuō)明，并對(duì)三種換熱設(shè)備從設(shè)備的結(jié)構(gòu)、體積、傳熱效率、節(jié)能等幾方面闡述了三者的特點(diǎn)，進(jìn)行比較分析，給公司鍋爐房設(shè)備更新提供參考，可供選型的設(shè)備有板式熱交換器、浮動(dòng)盤管式熱交換器和螺旋螺紋管熱交換器。

1 熱交換器的使用情況

1.1 板式熱交換器的使用情況

（1）現(xiàn)用板式熱交換器1臺(tái)，由于水質(zhì)原因，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)生堵塞嚴(yán)重，每年需2次的解體酸洗，后再進(jìn)水端加裝了機(jī)械過(guò)濾器，但效果仍不是很好。

（2）長(zhǎng)時(shí)間使用個(gè)別板片出現(xiàn)腐蝕滲漏現(xiàn)象，影響了換熱效率和正常使用。

（3）發(fā)生堵塞時(shí)需對(duì)板式熱交換器進(jìn)行解體，單片進(jìn)行清洗，同時(shí)更換橡膠墊片，檢修工作量大。

（4）檢修更換橡膠墊片、清洗單片數(shù)量大，檢修費(fèi)用每次1-2萬(wàn)元。

1.2 浮動(dòng)盤管式熱交換器的使用情況

（1）現(xiàn)用浮動(dòng)盤管式熱交換器3臺(tái)，由于水質(zhì)原因，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)生堵塞，每年需酸洗1次，換熱效率降低情況嚴(yán)重。

（2）檢修費(fèi)用低，每次5000元左右。

（3）運(yùn)行1年無(wú)斷管故障，日常基本無(wú)維護(hù)工作量。

2 熱交換器的結(jié)構(gòu)

2.1 板式熱交換器的結(jié)構(gòu)

板式熱交換器是由一組幾十到幾百具有一定波紋形狀的金屬板片組成的熱交換器，金屬板片安裝在一個(gè)側(cè)面有固定板和活動(dòng)壓緊板的框架內(nèi)，并用夾緊螺栓夾緊。框架整體是由活動(dòng)壓緊板、固定壓緊板、上導(dǎo)桿、下導(dǎo)桿、支撐桿和夾緊螺栓等構(gòu)成。金屬板片、活動(dòng)壓緊板、固定壓緊板懸掛在上導(dǎo)桿，并且由下導(dǎo)桿進(jìn)行定位，而導(dǎo)桿桿端固定在支撐柱上。板片與板片之間以橡膠墊片，形成流體通道，通過(guò)板片進(jìn)行熱量交換。板片的最終數(shù)量和尺寸是由流體的物理特性、流量、溫度差和壓力降決定的。

2.2 浮動(dòng)盤管式熱交換器的結(jié)構(gòu)

浮動(dòng)盤管式熱交換器屬于管殼式交換器的一種，由上、下端蓋，外筒、蒸汽導(dǎo)入管、凝結(jié)水導(dǎo)出管及水平浮動(dòng)盤管組成。其中，上、下端蓋、外筒由優(yōu)質(zhì)碳素鋼材或不銹鋼制成，蒸汽導(dǎo)入管、凝結(jié)水導(dǎo)出管由黃銅管或優(yōu)質(zhì)不銹鋼管及鋼管制成，水平浮動(dòng)盤由紫銅管經(jīng)特殊繞制而成。

2.3 螺旋螺紋管式換熱器的結(jié)構(gòu)

螺旋螺紋管式換熱器也是管殼式交換器的一種改進(jìn)型，由芯體和殼體兩部分組成，芯體主要由多根螺旋螺紋管緊密地以反向纏繞、螺旋上升的結(jié)構(gòu)纏繞在一起，結(jié)構(gòu)組成非常緊湊，體積非常小，殼體由筒體和封頭等組成，在上下封頭部位各開(kāi)設(shè)兩個(gè)口，作為進(jìn)出水、汽口，同一封頭上的開(kāi)口中心呈90°角，使換熱器能夠全部參與到換熱，無(wú)死角。螺旋螺紋管熱交換器相對(duì)于管殼式熱交換器克服了原先結(jié)構(gòu)不緊湊，損耗材料大的弊病，換熱管束和殼體材質(zhì)采用不銹鋼，膨脹系數(shù)統(tǒng)一，最高可承受壓力1.6MPa，最高可耐溫400℃，不會(huì)由于壓力和溫度的不穩(wěn)定導(dǎo)致熱交換器變形。

3 熱交換器的性能比較

3.1 設(shè)備的體積比較

板式熱交換器由夾在框架中的一組不銹鋼傳熱板組成,結(jié)構(gòu)緊湊,在較小工作體積內(nèi)可容納較大的傳熱面積, 單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的2～5倍，因此若想要達(dá)到相同的換熱量，板式熱交換器的占地面積大約為管殼式熱交換器的1/2～1/5。 而螺旋螺紋管熱交換器體積相對(duì)更小，體積只有傳統(tǒng)管殼式熱交換器的1/5。

3.2 傳熱系數(shù)的比較

在浮動(dòng)盤管式熱交換器內(nèi)，蒸汽在盤管內(nèi)部進(jìn)行高速流動(dòng)，離心作用力推動(dòng)盤管產(chǎn)生高頻的浮動(dòng)，促使管子外被加熱的水產(chǎn)生擾動(dòng)，破壞管與水之間的層流傳熱層，強(qiáng)化了對(duì)流換熱，傳熱系數(shù)最高能達(dá)到2600 W/㎡·℃，汽－水換熱時(shí)傳熱系數(shù)一般為350-2000 W/㎡·℃。在板式熱交換器內(nèi)，冷卻水與被冷卻水側(cè)的流動(dòng)均是湍流，兩種流體進(jìn)行逆向流動(dòng)，在波紋的作用下引起湍流，進(jìn)而產(chǎn)生高傳熱率，高阻力壓降以及高切應(yīng)力場(chǎng)，這樣能夠抑制污垢在傳熱面上的形成。其傳熱系數(shù)的換熱系數(shù)最高能達(dá)到7000W/㎡·℃，在汽水換熱中只能達(dá)到1000～3000 W/㎡·℃。

螺旋螺紋管熱交換器由于螺旋螺紋管反向纏繞、螺旋上升的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得介質(zhì)的流速加快，湍流更加強(qiáng)烈，換熱系數(shù)最高可達(dá)14000 W/㎡·℃，通常情況下也能達(dá)到5000～9000 W/㎡·℃，換熱優(yōu)勢(shì)明顯。

3.3 運(yùn)行維護(hù)管理比較

浮動(dòng)盤管式熱交換器每年必須要對(duì)外觀進(jìn)行一次檢查，每三年至少要對(duì)內(nèi)外部進(jìn)行一次細(xì)致檢查，進(jìn)行維修的工作量大，維護(hù)費(fèi)用高。特別是當(dāng)換熱管出現(xiàn)斷管及裂管時(shí)，維護(hù)費(fèi)用多。

板式熱交換器由于流道較窄，易堵塞，易結(jié)垢，維護(hù)較為繁瑣，維護(hù)需將整機(jī)拆開(kāi)，單片酸洗板片，且要對(duì)幾百片板片，一個(gè)一個(gè)進(jìn)行檢查，數(shù)量極多，工作量大，并且每進(jìn)行一次拆卸，都必須將橡膠墊片進(jìn)行更換，維護(hù)費(fèi)用很高。

螺旋螺紋管熱交換器特殊的結(jié)構(gòu)、表面處理工藝以及兩側(cè)介質(zhì)的逆流交叉換熱，提高了綜合傳熱系數(shù)，同時(shí)又給熱交換器提供了自潔功能，使交換器的結(jié)垢傾向降低。即使因?yàn)殚L(zhǎng)期使用出現(xiàn)結(jié)垢，只需添加化學(xué)藥劑即可清除。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)板式熱交換器、浮動(dòng)盤管式熱交換器及螺旋螺紋管熱交換器的進(jìn)行比較，可以得出以下結(jié)論：螺旋螺紋管熱交換器結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小；高效換熱、節(jié)能環(huán)保；清洗方便、費(fèi)用低，是一種比較理想的熱交換器設(shè)備。

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[2]李起潮.板式與浮動(dòng)盤管式熱交換器的比較分析[J].西部糧油科技,2000(04)