集中供热中换热设备的形式选用探讨

【摘 要】随着国民经济的快速发展，人民对工作和生活环境的要求越来越高，国家也把对“居住条件明显改善”作为实现现代化建设的第二步战略目标之一。冬季住宅及办公场所室温能否达到16℃以上是衡量供热系统品质的一个重要因素。我国目前供热系统存在一些问题，主要表现在：1）供热品质不高，水温波动较大，2）采暖能耗高，比气候条件相仿的发达国家多耗煤1－2倍，3）每吨锅炉出力能提供的供热面积还达不到额定值的一半。4）系统运行不可靠，经常停车，或水温达不到设计指标。5）设备投资高。造成这些问题的存在原因固然是多方面的，但由于热交换设备选用不当是其中主要原因之一。

目前，据不完全统计，全国现有供热建筑面积超过60亿m2，按60w/m2供热指标计，供热所需热量约3600亿W；若由于换热设备选用不当造成5％的能量浪费，则全国的浪费量为180亿W按每天运行10小时，每年运行100天计则一年浪费量为180×109kw.h，若按电费来，0.4元/kw.h，则72亿元人民币，若再考虑选用不合理造成投资加大，设备维修费增加，则后果更惊人，因此，开发高效、节能，可靠的新型换热器并正确选用已成为建筑供热领域的当务之急。

【关键词】换热器主要型式及特点；传热设计及考虑因素

1 换热器主要型式及特点

按换热特征：间接式、直接接触式、蓄热式等。

按传热元件：管式、板式、块式等。

按材料：黑色、有色、非金属等。

下面就用于建筑集中供热中的主要换热器型式作一介绍。

1.1 钢制管壳式换热器（GB151-89）

最古老也是最常见的一种换热设备，广泛用于石油、化工冶炼、建筑供热、机械等行业，按其端部结构型式又可分为：固定管板式、浮头式、U型管式、填料涵式、薄管板换热器等。

1.1.1 特点：结构坚固，可选用的结构材料范围广；适用性强，操作弹性大，尤其适用于高温、高压和大装置。

1.1.2 主要材料：碳钢、低合金钢、高台金钢、有色金属、非金属等，如Q235、20G、16MnR、1Gr18Ni9Ti、TAi、15GrMo，氟塑料，石墨等

1.1.3 适用范围：

T≤1000℃,

P≤100MPa,DN≤6000，

L≤20000.

1.1.4 传热系数：

水－水，K＝800－1700W/m2C

蒸气－水，K＝1400－4000W/m2℃

1.1.5 选用原则：

a.易结垢及不洁净的介质走管程

b.流速范围1.0－2.0m/s

c.腐蚀性介质、压力较大或流量较小时走管程

d.蒸汽冷凝时走壳程，粘度较大或流量较小时走管程

1.2 板式换热器

是二十年代开发的一种用于食品工业的换热设备，五十年代广泛应用，在压力、温度及流量参数不太大的场合尤其常用，在这些场合正在取代其它型式的换热器。按其板片波纹形状分为：人字波纹、水平波纹和直波三种，按其组装型式可分为：可拆式、半焊接式和全焊式板式换热器。

1.2.1 特点：传热系数高，结构紧凑，操作灵活性大，金属耗材量低。但操作压力、温度和流量参数较低。

1.2.2 板片主要材料：1Cr18Ni9Ti,TAi, Ni,Mo2Ti,Cu等。

1.2.3 适用范围：T≤160℃,P≤2.5MPa

1.2.4 传热系数：

水－水，K＝3500－7000W/M2℃，

蒸气－水，K＝5000－8500W/M2℃

1.2.5 选用原则：物料不清洁，含较大颗粒，易结晶，压力、温度较高时不宜选用。

1.3 螺旋板式换热器

也是较早出现的一种板式换热器，七十年代后才在国内得到广泛使用。同样具有较大的传热系数，结构紧凑，加工简单，近年来在采暖行业得到普遍使用。按其结构型式可分为：可拆式和不可拆式，按流程分布可为：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型等。

1.3.1 特点：传热系数较高；流道长、结构紧凑，但不易维修，流阻较大。

1.3.2 主要材料：碳钢、不锈钢

1.3.3 适用范围：T≤450℃,P≤3.0MPa

1.3.4 传热系数：

水－水， 2000－3000W/M2℃，

水－汽， 3000－5000W/M2℃

1.3.5 选用原则：介质易结垢或不清洁时选用可拆式。

1.4 容积式换热器（S154，S155，S165，S166，S167，S168，）

容积式换热器是建筑供热系统应用较早也较普遍的一种换热设备，它将换热和储水合为一体，使供水品质提高。按其结构可分为立式、卧式、单头、双头等，由于其供热效率低。目前已逐渐被其它高效换热器所替代。

1.4.1 特点：可贮存一定量的热水，操作弹性大、制造工艺简单、适用性强，但传热系数较低，占地大，成本高。

1.4.2 换热管主要原料：碳钢、铜

1.4.3 适用范围：T≤200℃,P≤1.6MPa F≤50m2 V≤15m2

1.4.4 传热系数：

水－水， K＝200－800W/M2℃，

汽－水， K＝400－1000W/M2℃

1.4.5 选用原则：需热水量大且水质呈酸性时不宜选用，安装场地小且维修不便时不宜选用。

1.5 直接汽－水换热器

是一种汽－水混合加热器，它的出现使汽暖改水暖变得容易，而且大大节省投资，但由于老式喷射汽一水换热器对操作要求较高，不平稳的操作将引起较大的振动及噪音，所以已逐渐被新型产品所取代。

1.5.1 特点：被加热水雾化后与蒸汽混合，操作平稳而无噪声，占地小，价格便宜，操作弹性大，制造简单。

1.5.2 主要材料：碳钢

1.5.3 适用范围：蒸汽压力0.05MPa≤P≤ 0.6MPa，可产生40－140℃热水，单台流量5－100t/h。

1.5.4 选用原则：

A.蒸汽凝水勿须回收。

B.安装场地小选用其它设备困难。

C.投资较小时。

3 传热设计及考虑因素

对于间接式换热器，它的传计算式通常式为：

Q=F.§.Δtlm°K

式中Q―换热器的换热量W；

K―换热器的换热量W；

Δtlm―对数平均温度差℃

Δtlm＝

T1T2―热侧介质进出口温度℃，

t1t2―冷侧介质进出口温度℃，

F―换热器换热面积M2

§―温度差修正系数。

3.1 不同型式换热器的传热系数范围：

3.2 在进行传热计算时，还必须考虑诸多实际因素：