Теплообменник в котельной: назначение, принцип действия с фото

Виды теплообменных аппаратов

Теплообменники очень разные и имеют свою классификацию. При установке устройства важно знать характеристики каждого типа, прежде чем выбрать подходящий.

Пластинчатый

Пластинчатый теплообменник

это болтовое соединение для крепления, рамы, камеры и пластины. Строительная пластина и рама разнесены. Для установки такого оборудования не обязательно использовать клей или другие смеси. Тепло передается в трех режимах: постоянный, смешанный и противоточный. Устройство легко чистится, его гидравлическое сопротивление низкое.

Погружной

Погружной теплообменник

Этот теплообменник имеет вид цилиндрического змеевика. Само устройство помещено в сосуд с жидкостью. Удобство теплообменника этого типа в том, что тепло передается намного быстрее, чем у других носителей. Это связано с такой конструкцией устройства. Его можно использовать только там, где теплообменник может быть задействован механически.

Графитовый

Графитовый теплообменник

Этот тип не подвержен коррозии и разрушению другими веществами. Устройство состоит из следующих элементов: блоков и цилиндров, крышек, металлического корпуса и сеток. Благодаря тому, что поток тепла от теплообменника к другому источнику осуществляется крестообразно, обмен происходит быстрее. Материал, из которого изготовлено оборудование, защищает от внешних воздействий.

Элементный

Элементный теплообменник

Все элементы этого теплообменника соединены между собой, в этом особенность данного типа. Тепло подается только противотоком. Само устройство представляет собой набор из нескольких больших труб.

Спиральный

Спиральный теплообменник

В состав оборудования входит набор спиральных листов, скрученных в специальное приспособление. Механизм требует тщательной герметизации, без этого устройством будет плохо управлять. Сделать это можно, припаяв некоторые детали теплообменника. Устройство не много весит и работает качественно, но этот теплообменник очень сложно обслуживать.

Витой

Витой теплообменник

Теплообменник, который является одним из немногих, выдерживающих сильные скачки давления в тепловой сети. Сама конструкция похожа на концентрический змеевик и хорошо защищена от перегрева и коррозии. Таким образом, этот тип может прослужить очень долго, не требует особых условий эксплуатации и прост в обслуживании.

Кожухотрубный

Кожухотрубный теплообменник

Это устройство самокомпенсирующееся и состоит из следующих элементов: трубных пучков, кожухов, трубных досок, крышек и патрубков. Такие устройства изготавливаются как для вертикальной, так и для горизонтальной работы. Устойчив к высокому давлению и нагрузкам.

Двухтрубный

Двухтрубный теплообменник

Этот теплообменник состоит из труб различного диаметра. Устройство передает воду и газ холодным теплоносителям, сохраняя при этом высокий уровень погонной энергии. Как и кожух и труба, он выдерживает нагрузку и прост в установке. Но стоимость такого устройства довольно высока.

Разделение теплообменников по следующим принципам:

по степени передачи тепла

  • Восстановление
  • Регенеративный

по взаимодействию между средами

  • Смешивание
  • Поверхностный

по направлению движения

  • Разнонаправленный
  • Улица с односторонним движением

Устройство, принцип работы простейшего теплообменника

Теплообменники различаются по конструкции, но работают по одному принципу. Чтобы понять это, рассмотрим простейшую конструкцию установки. Простейшее устройство — это емкость с рубашкой для охлаждения и нагрева. Рубашка окружает контейнер и создает кольцевое пространство, в которое подается жидкость или пар (теплоноситель). Если в кольцевое пространство налить холодную воду, жидкость в основном баке охлаждается. Если рубашка заполнена охлаждающей жидкостью, материал в основном баке будет нагреваться.

Схемы подключения

Технический теплообменный аппарат подключается к системе тремя способами:

  1. Независимая конфигурация.
  2. Параллельная (или одноэтапная) конфигурация предполагает установку оборудования, судя по названию, между двумя коммуникациями. Регулировка производится 1-м клапаном.
    Суть процесса — постоянная фиксация заданной температуры. Это простая конструкция, обеспечивающая хорошую теплопередачу, но потребляющая большие объемы хладагента.
  3. Двухступенчатая конфигурация эффективно использует тепловую энергию из обратного потока. Приготовление жидкости осуществляется в группе по 2 единицы.
    Такой теплообменник называется моноблоком, т.е. 2 пластинчатых теплообменника, выполненных на каркасе. Первая ступень теплообмена нагревает воду за счет обратного потока воды из системы отопления примерно до +40 градусов. Второй этап теплообмена продолжает процедуру и доводит температуру воды до +60 градусов, что соответствует общепринятому стандарту температуры горячей воды. В этом случае возможно соединение теплообменников любого типа. Этот метод отличается низким расходом теплоносителя — до 40% за счет использования неиспользованного оставшегося тепла от возвратного потока системы отопления и, как следствие, высоким КПД.

Грамотный выбор схемы подключения обеспечивает экономичную работу. Для этого необходимо правильно подключить сантехнические режимы горячего водоснабжения и отопления.

Определение и классификация

Теплообменники — это технологические устройства, передающие тепло между двумя средами. Имплантаты различаются по принципу действия двух типов:

  • Блоки восстановления. В этих устройствах хладагенты отделены друг от друга стенкой. К ним относятся более современные, в том числе теплообменники для горячего водоснабжения.
  • Регенераторы. В этих устройствах средства, между которыми происходит теплообмен, поочередно касаются одной и той же поверхности. По принципу регенерации при контакте с горячим носителем тепло накапливается в твердом теле и передается холодному.

Теплообменник работает как на обогрев, так и на охлаждение. Этот фактор расширяет объем инсталляций. Теплообменники используются:

  • в ЖКХ;
  • на нефтеперерабатывающих, нефтяных, химических заводах;
  • в энергетике;
  • в пищевых и фармацевтических заведениях;
  • в газовой отрасли.

Конкретная модель подбирается исходя из условий предстоящей операции. Были разработаны такие устройства, которые, помимо теплообмена, выполняют связанные функции. Теплообменные агрегаты, работающие по принципу рекуперации, делятся на типы в зависимости от направления движения жидкости:

  1. прямой;
  2. параллельное движение по тропе;
  3. противоточные (чаще всего встречаются в пластинчатых теплообменниках);
  4. противоток, с приближающимся параллельным движением.

Как выбрать?

Хотя существует множество теплообменников, пригодность каждого типа (и конструкции) для передачи тепла между жидкостями зависит от специфики и требований применения. Эти факторы в значительной степени определяют оптимальную конструкцию желаемого теплообменника и влияют на соответствующие расчеты размеров и размеров. При проектировании и выборе теплообменника следует учитывать следующие факторы:

  • Тип жидкости, поток жидкости и свойства
  • Желаемая тепловая мощность
  • Ограничения по размеру
  • Затраты

Рекуперативные (поверхностные) теплообменники

В рекуперативных теплообменниках холодная и горячая жидкость протекает через агрегат, не смешиваясь друг с другом. Передача тепла происходит через металлическую стенку. Примерами рекуперативных теплообменников являются котлы, нагреватели, чиллеры, испарители, конденсаторы и т.д.

Регенеративные теплообменники

В регенеративных теплообменниках одна и та же поверхность нагрева поочередно подвергается воздействию горячих и холодных жидкостей. Тепло, связанное с горячей жидкостью, накапливается или поглощается забором или твердыми частицами. Впоследствии подача горячей жидкости прекращается, и холодная жидкость проходит через экстракты или твердые частицы для рекуперации тепла.Примером этого типа теплообменника являются регенераторы мартеновской печи, печи для стекла и т.д.

В регенеративных теплообменниках жидкость с обеих сторон теплообменника почти всегда одинакова. Жидкость проходит через теплообменник, часто достигая высоких температур. Жидкость может пройти этап обработки, затем она охлаждается, проходит через теплообменник в обратном направлении для дальнейшей обработки, и цикл повторяется.

Это устройство позволяет значительно сэкономить чистую энергию, так как большая часть тепловой энергии рекуперируется. Только небольшое количество дополнительной тепловой энергии необходимо добавить к горячему концу и потерять на холодном конце для поддержания высокой температуры.

Восстановительные и регенеративные установки также можно назвать поверхностными конденсаторами.

Пример: регенеративный воздухонагреватель

Преимущества: Благодаря простоте устройства используется больше тепла, чем в поверхностных теплообменниках

Недостатки: передача тепла нестабильна. Для непрерывной работы с одинаковым периодом нагрева и охлаждения прибор должен иметь две параллельные рабочие секции.

Типы теплообменников по используемым средам

Среда:

  • теплообменники жидкость — жидкость кожухотрубные и пластинчатые для систем горячего водоснабжения, охладители моторного масла;
  • парожидкостные кожухотрубные нагреватели (пар в кожухе и жидкость в кожухотрубных). Деаэратор парового котла — смесительный теплообменник, включая отопительную воду;
  • пар-пар — в стерилизаторах;
  • парогаз: использование тепла выхлопных газов газовых турбин;
  • газ-газ — конденсация, испарение;
  • газ-жидкость — используется в теплообменниках-потребителях.

По направлению движения поверхностные теплообменники могут быть:

  • противоток, в противоточном устройстве горячая и холодная жидкость движутся в противоположных направлениях.
  • прямой поток, параллельный поток горячей и холодной жидкости в одном направлении. Это также называется параллельной потоковой передачей.
  • поперечный поток, в устройстве поперечного потока горячие и холодные жидкости движутся под прямым углом друг к другу

Принцип действия

Принцип работы теплообменника

В таком устройстве происходит сразу несколько процессов: конвекция, тепловое излучение и теплопроводность. Теплообменник работает следующим образом:

  • через отверстия в передней и задней пластинах устройства тепло течет из труб внутри теплообменника;
  • слой высокоскоростного подводимого тепла у стенки инициирует процесс, обычно называемый турбулентностью. Другими словами, происходит обмен сферами по разные стороны пластины;
  • эти плиты, параллельные друг другу, образуют особые коридоры — рабочие каналы. Они позволяют средам напрямую обмениваться теплом.

Есть два принципа движения тепла через теплообменник:

  • мультивиа: обеспечивает движение по как можно большему количеству каналов;
  • однопроходный: потоки покидают теплообменник немедленно, без повторения цикла.

На мощность оборудования в основном влияет количество пластин. Чем их больше, тем мощнее работает устройство. Не забывайте об установке очистительного фильтра и регулярном обслуживании оборудования для продления срока службы.

Классификация теплообменников по внутреннему строению:

  • Кожух и трубка — о них мы писали отдельную статью с совместимостью оборудования с kvip.su. Возможна сварка сред с твердыми включениями. Большой выбор моделей: они могут как охлаждать, так и нагревать. Длительный срок.
  • Плиты (а о них у нас отдельная статья), в том числе неразборные сварные для нетривиальных задач. Малое гидравлическое сопротивление, гофрированная или оребренная поверхность скольжения для захвата площади поверхности теплообмена, водонепроницаемые прокладки, до 150 ° C при средней температуре. Требуется тщательная сборка для сохранения герметичности.
  • Из оребренных труб.

Это радиатор для автомобилей и кондиционеров внутри (для испарения охлаждающей жидкости) и снаружи (для вывода в атмосферу). Охладители, используемые, когда нет смысла искать вторичный ресурс в виде ряда оребренных труб, содержат охлаждаемую среду и, благодаря ребрам (перемычкам), увеличивают теплоотдачу. Когда воду нельзя использовать для охлаждения (например, из-за вероятности неожиданной реакции на химическом заводе), вентиляторы взрывают конструкцию.

ВАЖНЫЙ! Медь — Cu (материал трубки) и алюминий — Al (пластинчатый материал) представляют собой гальванические пары, взаимодействие которых может привести к коррозии. Конденсат попадает в место стыка несовместимых элементов, а агрессивность реакции из-за воздействия окружающей среды приводит к временному или постоянному отключению оборудования и его замене.

  • Спираль.

Они были изобретены в первой половине прошлого века и использовались в целлюлозно-бумажной промышленности для создания подложек с твердыми частицами. Тонкие листы железа (2 или 4), соединенные с перегородкой (сердечником), закатываются и помещаются в кожух. Для контроля расстояния в полостях и увеличения турбулентности (и, следовательно, теплопередачи) есть выступы (пики). На концах каналов имеются заглушки (в кожухе проделываются отверстия с насадками). Канал с одной стороны уплотнен прокладкой, с другой — приварен — обеспечивается легкость очистки; только одна жидкость может выйти. Если прокладка теряет свои свойства, один канал приваривается с двух сторон, а другой снова герметизируется. Если перемешивание среды безопасно, сквозные каналы закрывают прокладкой или манжетами.

  • Секционные теплообменники. Комбинирование нескольких трубопроводов и путей противотока полезно при работе с постоянными жидкостями. Отсутствие дефлекторов снижает потребность в очистке со стороны кожуха и снижает потери энергии. Такие теплообменники менее компактны, чем спиральные, и требуют дополнительных затрат на сети, подключения и т.д.