VOCs廢氣冷凝工藝是VOCs治理技術(shù)中重要的末端回收技術(shù),VOCs回收其實(shí)質(zhì)是可直接減少碳排放的VOCs治理碳減排的有效措施,冷凝可以用在預(yù)處理工段,也可直接用在末端達(dá)標(biāo)系統(tǒng)上,如深冷冷凝系統(tǒng)。下面我們一起來(lái)學(xué)習(xí)下,VOCs冷凝中,重要的知識(shí)點(diǎn)——冷凝模塊中的換熱器,下面整理有九種:
換熱器是在不同溫度的兩種或兩種以上流體間實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備,對(duì)于大面積供熱而言,換熱器的存在必不可少。
按照換熱器的傳熱方式,換熱器可分為三大類:
直接接觸式換熱器,也叫混合式換熱器,是冷熱流體進(jìn)行直接接觸并換熱的設(shè)備。通常情況下,直接接觸的兩種流體是氣體和汽化壓力較低的液體;
蓄能式換熱器的工作原理是利用固體物質(zhì)的導(dǎo)熱特性,具體而言,熱介質(zhì)先將固體物質(zhì)加熱到一定溫度,冷介質(zhì)再?gòu)墓腆w物質(zhì)獲得熱量,通過(guò)此過(guò)程可實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞,應(yīng)用廣泛的為蓄熱式焚燒爐,也就是常說(shuō)的RTO,通過(guò)陶瓷蓄熱體進(jìn)行冷熱交換,達(dá)到節(jié)能的效果。
間壁式換熱器,也是利用了中介物的熱傳導(dǎo),冷、熱兩種介質(zhì)被固體間壁隔開,并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換。對(duì)于供熱企業(yè)而言,間壁式換熱器的應(yīng)用廣泛。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同,它還可劃分為管式換熱器、板式換熱器和熱管換熱器。
以下主要講解間壁式換熱器:
1.管式換熱器:管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,操作可靠,可用各種結(jié)構(gòu)材料(主要是金屬材料)制造,能在高溫、高壓下使用,是目前應(yīng)用zui廣的類型。
如圖所示
根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施,管殼式換熱器可分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U型管式換熱器、填料函式換熱器等四種類型
2.固定管板式換熱器
固定管板式換熱器是管殼式換熱器的一種。固定管板式換熱器兩端的管板采用焊接的方式與殼體連接,主要由外殼、管板、管束、頂蓋(封頭)等部件構(gòu)成。
如圖所示:
固定管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是:
◆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;
◆在相同的殼體直徑內(nèi),排管數(shù)zui多,旁路zui少;
◆每根換熱管都可以進(jìn)行更換,且管內(nèi)清洗方便。
固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是:
◆殼程不能進(jìn)行機(jī)械清洗;
◆當(dāng)換熱管與殼體的溫差較大(大于50℃)時(shí)會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力,解決措施是在殼體上設(shè)置膨脹節(jié),因而殼程壓力受膨脹節(jié)強(qiáng)度的限制不能太高;
◆只適用于流體清潔且不易結(jié)垢,兩流體溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的工作場(chǎng)合。
3.浮頭式換熱器
浮頭換熱器是管殼式換熱器的一種,它有一端管板不與外殼相連,可以沿軸向進(jìn)行自由浮動(dòng),也稱為浮頭。浮頭由浮動(dòng)管板、鉤圈和浮頭端蓋組成,是可拆連接,管束可從殼體內(nèi)抽出。
如圖所示:
浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是:
◆若換熱管與殼體有溫差存在,即殼體或換熱管膨脹時(shí),不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力;
◆管束可從殼體內(nèi)抽出,便于管內(nèi)和管間的清洗。
浮頭式換熱器的缺點(diǎn)是:
◆結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,用材量大,造價(jià)高;
◆如果浮頭蓋與浮動(dòng)管板之間密封不嚴(yán),會(huì)發(fā)生內(nèi)漏,造成兩種介質(zhì)的混合。
4. U型管式換熱器
U形管式換熱器是管殼式換熱器的一種,它由管板、殼體、管束等零部件組成。U型管式換熱器的每根管子都彎成U型,進(jìn)出口分別安裝在同一管板的兩側(cè),封頭用隔板分成兩室,由此,每根管子都可以自由伸縮,而與其他管子和殼體無(wú)關(guān)。
如圖所示:
U型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是:
◆管束可以自由浮動(dòng),無(wú)須考慮溫差應(yīng)力,可用于大溫差場(chǎng)合;
◆它只有一塊管板,法蘭數(shù)量少,泄露點(diǎn)少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;
◆U型管式換熱器運(yùn)行可靠,造價(jià)低。
U型管式換熱器的缺點(diǎn)是:
◆管內(nèi)清洗比較困難。由于管子需要有一定的彎曲半徑,管板的利用率較低;
◆管束zui內(nèi)層的管間距大,殼程易短路。當(dāng)管內(nèi)流速太高時(shí),將會(huì)對(duì)U形彎管段產(chǎn)生嚴(yán)重的沖蝕,影響其使用壽命;
◆內(nèi)層管若損壞就不能更換,因而報(bào)廢率較高。
5. 噴淋式換熱器
噴淋式換熱器是管式換熱器的一種,是將換熱管成排地固定在鋼架上,熱流體在管內(nèi)流動(dòng),冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下,故也稱噴淋式冷卻器。噴淋式換熱器的管外是一層湍動(dòng)程度較高的液膜,管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多。另外,噴淋式換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動(dòng)力的作用。和沉浸式換熱器相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。
如圖所示:
噴淋式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是:
◆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜;
◆可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動(dòng)力的作用;
◆能耐高壓;
◆便于檢修、清洗,水質(zhì)要求低。
噴淋式換熱器的缺點(diǎn)是:
◆冷卻水噴淋不均會(huì)影響傳熱效果;
◆只能安裝在室外。
6. 套管式換熱器
套管式換熱器是管式換熱器的一種,是由兩種尺寸不同的標(biāo)準(zhǔn)管連接而成的同心圓套管,外面的叫殼程,內(nèi)部的叫管程。兩種不同介質(zhì)可在殼程和管程內(nèi)逆向流動(dòng)(或同向)以達(dá)到換熱的效果。套管式換熱器通常由殼體(包括內(nèi)殼和外殼)、U型肘管、填料函等組成。
如圖所示:
套管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是:
◆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能耐高壓;
◆傳熱面積可根據(jù)需要增減,應(yīng)用方便。
套管式換熱器的缺點(diǎn)是:
◆管間接頭多,易泄露;
◆占地面積較大,單位傳熱面消耗金屬量大。
7. 夾套式換熱器
夾套式換熱器是板式換熱器的一種,在容器外壁安裝夾套制成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;但其加熱面受容器壁面限制,傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻,可在釜內(nèi)安裝攪拌器。當(dāng)夾套中通 入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí),亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施,以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。為補(bǔ)充傳熱面的不足,也可在釜內(nèi)部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過(guò)程的加熱和冷卻。
如圖所示:
夾套式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是:
◆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;
◆加工方便。
夾套式換熱器的缺點(diǎn)是:
◆傳熱面積小,傳熱效率低。
8. 螺旋板換熱器
螺旋板換熱器屬于板式換熱器的一種,是由兩張平行的金屬板卷制而成,在其內(nèi)部形成兩個(gè)同心的螺旋形通道。換熱器中央設(shè)置隔板,將螺旋形通道隔開,兩板之間焊有定距柱以維持通道間距。
如圖所示:
螺旋板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是:
◆傳熱系數(shù)高;
◆不易結(jié)垢和堵塞;
◆能利用溫度較低的熱源;
◆結(jié)構(gòu)緊湊。
螺旋板式換熱器的缺點(diǎn)是:
◆操作壓強(qiáng)和溫度不宜太高;
◆不易檢修。
9. 熱管換熱器
熱管是由一根抽除不凝性氣體的密封金屬管內(nèi)充以一定量的某種工作液體而成。工作液體在熱端吸收熱量而沸騰汽化,產(chǎn)生的蒸汽流至冷端冷凝放出潛熱,冷凝液回至熱端,再次沸騰汽化。如此反復(fù)循環(huán),熱量不斷從熱端傳至冷端。
如圖所示:
熱管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是:
◆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用壽命長(zhǎng),工作可靠;
◆具有ji高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性;
◆冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度。
其缺點(diǎn)是:
◆抗氧化、耐高溫性能較差。
以上為九種換熱器的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和工況進(jìn)行選型使用
以下為換熱器使用注意事項(xiàng):
◆保持管網(wǎng)清潔。無(wú)論是在工作前還是工作完成后,都必須清洗管網(wǎng),避免發(fā)生換熱器堵塞的現(xiàn)象。此外,要注意對(duì)除污器和過(guò)濾器的清洗,讓整個(gè)換熱工作順利完成。
◆嚴(yán)格把關(guān)軟化水。在進(jìn)行供熱介質(zhì)處理前,要檢查系統(tǒng)中和軟化罐中的水質(zhì)問(wèn)題,確定水質(zhì)合格后可注入。
◆檢驗(yàn)新系統(tǒng)。對(duì)于新近的系統(tǒng),不能立刻使之與換熱器進(jìn)行交替使用,而要使新系統(tǒng)在指定的時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行,在完成運(yùn)行檢驗(yàn)后,才能把換熱器并入系統(tǒng)中。這樣做的目的是避免管網(wǎng)中的雜質(zhì)破壞換熱器的內(nèi)部設(shè)備。