Toplotni izmenjevalnik je naprava za varčevanje z energijo, ki prenaša toploto med dvema ali več tekočinami pri različnih temperaturah. Za ogrevanje velikih površin je nujen obstoj toplotnega izmenjevalnika.
Glede na način prenosa toplote izmenjevalnika toplote lahko izmenjevalnik toplote razdelimo v tri kategorije:
Toplotni izmenjevalnik z direktnim kontaktom, imenovan tudi hibridni toplotni izmenjevalnik, je naprava, v kateri sta vroča in hladna tekočina v neposrednem stiku in izmenjujeta toploto. Običajno sta dve tekočini v neposrednem stiku plin in tekočina z nižjim tlakom uparjanja;
Načelo delovanja izmenjevalnika toplote za shranjevanje energije je uporaba toplotne prevodnosti trdnih snovi. Natančneje, toplotni medij najprej segreje trdno snov na določeno temperaturo, hladni medij pa nato pridobi toploto od trdne snovi. S tem postopkom se lahko izvede prenos toplote. ;
Toplotni izmenjevalnik predelne stene izkorišča tudi toplotno prevodnost posrednika, hladen in vroč medij pa sta ločena s trdno predelno steno in izmenjujeta toploto skozi predelno steno. V ogrevalnih podjetjih se najpogosteje uporabljajo toplotni izmenjevalniki v predelnih stenah. Glede na različne strukture ga lahko razdelimo tudi na cevne toplotne izmenjevalnike, ploščne toplotne izmenjevalnike in toplotne izmenjevalnike toplotne cevi.
1
Lupinasto-cevni izmenjevalnik toplote
Lupinasti in cevni toplotni izmenjevalniki se imenujejo tudi lupinasti in cevni toplotni izmenjevalniki. To je toplotni izmenjevalnik s pregradno steno, ki kot površino za prenos toplote uporablja steno cevnega snopa, zaprtega v ovoju. Ta vrsta izmenjevalnika toplote ima razmeroma preprosto strukturo in zanesljivo delovanje. Lahko je izdelan iz različnih strukturnih materialov (predvsem kovinskih materialov) in se lahko uporablja pri visoki temperaturi in visokem tlaku. Trenutno je najbolj razširjena vrsta.
Lupinasto-cevni izmenjevalnik toplote
Glede na sprejete kompenzacijske ukrepe lahko cevne toplotne izmenjevalnike razdelimo na štiri vrste: toplotne izmenjevalnike s fiksno cevno ploščo, toplotne izmenjevalnike s plavajočo glavo, toplotne izmenjevalnike z U-cevmi in toplotne izmenjevalnike s tesnilno škatlo.
2
Toplotni izmenjevalnik s fiksno cevno ploščo
Fiksni cevni toplotni izmenjevalnik je vrsta oklepno-cevnega toplotnega izmenjevalnika. Cevne plošče na obeh koncih fiksnega toplotnega izmenjevalnika cevnih plošč so povezane z lupino z varjenjem in so v glavnem sestavljene iz lupine, cevne plošče, cevnega snopa, zgornjega pokrova (glave) in drugih komponent.
Toplotni izmenjevalnik s fiksno cevno ploščo
Prednosti fiksnih toplotnih izmenjevalnikov s cevno ploščo so:
◆ Enostavna struktura;
◆V istem premeru lupine je število cevi največje in obvod je najmanjši;
◆Vsako cev za izmenjavo toplote je mogoče zamenjati, notranjost cevi pa je enostavna za čiščenje.
Slabosti fiksnih toplotnih izmenjevalnikov s cevno ploščo so:
◆ Strani lupine ni mogoče mehansko očistiti;
◆ Ko je temperaturna razlika med cevjo za izmenjavo toplote in ohišjem velika (večja od 50 stopinj), bo nastala napetost temperaturne razlike. Rešitev je vgradnja dilatacije na lupino, tako da tlak na strani lupine ne more biti prevelik zaradi omejitve trdnosti dilatacije;
◆ Primeren je samo za delovne priložnosti, kjer je tekočina čista in je ni enostavno za skaliranje in je temperaturna razlika med obema tekočinama majhna ali pa je temperaturna razlika velika, vendar tlak na strani lupine ni visok.
3
toplotni izmenjevalnik s plavajočo glavo
Toplotni izmenjevalnik s plavajočo glavo je nekakšen oklepni toplotni izmenjevalnik. Ima en konec cevne plošče, ki ni povezan z lupino in lahko prosto lebdi v aksialni smeri. Imenuje se tudi plavajoča glava. Plavajoča glava je sestavljena iz plavajoče cevne plošče, kaveljskega obroča in končnega pokrova plavajoče glave, ki je snemljiva povezava, cevni snop pa je mogoče izvleči iz lupine.
toplotni izmenjevalnik s plavajočo glavo
Prednosti toplotnih izmenjevalnikov s plavajočo glavo so:
◆Če obstaja temperaturna razlika med cevjo za izmenjavo toplote in lupino, to je, ko se lupina ali cev za izmenjavo toplote razširi, ne bo napetosti temperaturne razlike;
◆Snop cevi je mogoče izvleči iz ohišja, kar je priročno za čiščenje znotraj in med cevmi.
Slabosti toplotnih izmenjevalnikov s plavajočo glavo so:
◆ Zapletena struktura, velika količina materialov in visoki stroški;
◆Če tesnilo med plavajočim pokrovom glave in plavajočo cevno ploščo ni tesno, bo prišlo do notranjega puščanja, kar bo povzročilo mešanje obeh medijev.
4
U-cevni izmenjevalnik toplote
Cevni toplotni izmenjevalnik v obliki črke U je nekakšen lupinasti toplotni izmenjevalnik, ki je sestavljen iz cevnih listov, lupin, cevnih snopov in drugih komponent. Vsaka cev U-cevnega izmenjevalnika toplote je upognjena v obliki črke U, dovod in izhod pa sta nameščena na obeh straneh iste cevne pločevine. Glava je s pregrado razdeljena na dve komori, tako da se lahko vsaka cev prosto širi in krči. , ne glede na druge cevi in ohišja.
U-cevni izmenjevalnik toplote
Prednosti U-cevnih toplotnih izmenjevalnikov so:
◆Snop cevi lahko prosto lebdi brez upoštevanja obremenitve zaradi temperaturne razlike in se lahko uporablja v primerih z velikimi temperaturnimi razlikami;
◆Ima samo eno cevno ploščo, manj prirobnic, manj mest puščanja in preprosto strukturo;
◆Cevni izmenjevalnik toplote v obliki črke U je zanesljiv pri delovanju in nizki ceni.
Slabosti U-cevnih toplotnih izmenjevalnikov so:
◆Težko je očistiti notranjost cevi. Ker mora imeti cev določen radij upogiba, je stopnja izkoriščenosti cevne plošče nizka;
◆ Razdalja med cevmi v najbolj notranji plasti snopa cevi je velika, stran lupine pa je preprosta za kratek stik. Ko je hitrost pretoka v cevi previsoka, bo to povzročilo resno erozijo upogibne cevi v obliki črke U in vplivalo na njeno življenjsko dobo;
◆Če je zračnica poškodovana, je ni mogoče zamenjati, zato je stopnja odpadkov visoka.
5
Razpršilni izmenjevalnik toplote
Razpršilni izmenjevalnik toplote je nekakšen cevni izmenjevalnik toplote, ki pritrdi cevi za izmenjavo toplote na jeklenem okvirju v vrstah, vroča tekočina teče v ceveh, hladilna voda pa se enakomerno izliva navzdol iz zgornje pršilne naprave, tako da je imenovan tudi Spray cooler. Zunanjost cevi razpršilnega izmenjevalnika toplote je plast tekočega filma z visoko stopnjo turbulence, koeficient prenosa toplote zunaj cevi pa je veliko večji kot pri potopljenem izmenjevalniku toplote. Poleg tega je razpršilni izmenjevalnik toplote večinoma nameščen na mestu kroženja zraka, izhlapevanje hladilne vode pa tudi odvzame del toplote, kar lahko zmanjša temperaturo hladilne vode in poveča gonilno silo prenosa toplote. . V primerjavi s potopnim izmenjevalnikom toplote je učinek prenosa toplote razpršilnega izmenjevalnika toplote močno izboljšan.
Razpršilni izmenjevalnik toplote
Prednosti pršilnih izmenjevalnikov toplote so:
◆Enostavna struktura in nizki stroški;
◆ Lahko zmanjša temperaturo hladilne vode in poveča gonilno silo prenosa toplote;
◆Lahko prenese visok pritisk;
◆Enostaven za vzdrževanje in čiščenje, nizke zahteve glede kakovosti vode.
Slabosti pršilnih izmenjevalnikov toplote so:
◆Neenakomerno pršenje hladilne vode bo vplivalo na učinek prenosa toplote;
◆ Namestite ga lahko samo na prostem.
6
Cevni izmenjevalnik toplote
Ohišje toplotnega izmenjevalnika je vrsta cevnega toplotnega izmenjevalnika, ki je koncentrično krožno ohišje, povezano z dvema standardnima cevema različnih velikosti. Zunanja stran se imenuje stran lupine, notranja pa stran cevi. Dva različna medija lahko tečeta vzvratno (ali v isto smer) na strani lupine in na strani cevi, da se doseže učinek izmenjave toplote. Cevni toplotni izmenjevalniki so običajno sestavljeni iz lupine (vključno z notranjo lupino in zunanjo lupino), kolena v obliki črke U, tesnilne škatle in podobno.
Cevni izmenjevalnik toplote
Prednosti ohišnih toplotnih izmenjevalnikov so:
◆ Enostavna struktura, ki lahko prenese visok pritisk;
◆ Območje prenosa toplote se lahko poveča ali zmanjša glede na potrebe, kar je primerno za uporabo.
Slabosti ohišnih toplotnih izmenjevalnikov so:
◆ Med cevmi je veliko spojev, ki zlahka puščajo;
◆Velika talna površina in velika poraba kovine na enoto površine za prenos toplote.
7
Toplotni izmenjevalnik s plaščem
Toplotni izmenjevalnik s plaščem je nekakšen ploščni toplotni izmenjevalnik, ki je izdelan z namestitvijo plašča na zunanjo steno posode in ima preprosto strukturo; vendar je njegova grelna površina omejena s steno posode, koeficient prenosa toplote pa ni visok. Za izboljšanje koeficienta toplotnega prehoda in enakomerno segrevanje tekočine v kotličku lahko v kotliček namestite mešalo. Ko se hladilna voda ali grelno sredstvo brez fazne spremembe pretaka v plašč, je mogoče v plašču nastaviti tudi spiralne lopute ali druge ukrepe za povečanje turbulence, da se poveča koeficient prenosa toplote na eni strani plašča. Da bi nadomestili pomanjkanje površine za prenos toplote, lahko v kotliček namestite tudi tuljave. Toplotni izmenjevalniki s plaščem se pogosto uporabljajo za ogrevanje in hlajenje reakcijskih procesov.
Toplotni izmenjevalnik s plaščem
Prednosti toplotnih izmenjevalnikov s plaščem so:
◆ Enostavna struktura;
◆ Enostaven za obdelavo.
Slabosti toplotnih izmenjevalnikov s plaščem so:
◆Majhna površina prenosa toplote in nizka učinkovitost prenosa toplote.
8
Spiralni ploščni izmenjevalnik toplote
Spiralni ploščni izmenjevalnik toplote je nekakšen ploščni izmenjevalnik toplote, ki je sestavljen iz dveh vzporednih kovinskih plošč, ki v notranjosti tvorita dva koncentrična spiralna kanala. V sredini toplotnega izmenjevalnika je postavljena pregrada, ki ločuje spiralne kanale, med dvema ploščama pa je privarjen distančni steber, da se ohrani razmik med kanali.
Spiralni ploščni izmenjevalnik toplote
Prednosti spiralnih ploščnih izmenjevalnikov toplote so:
◆Visok koeficient prenosa toplote;
◆ Ni enostavno za prilagajanje in blokiranje;
◆ Sposobnost uporabe vira toplote z nižjo temperaturo;
◆ Kompaktna struktura.
Slabosti spiralnih ploščnih izmenjevalnikov toplote so:
◆ Delovni tlak in temperatura ne smeta biti previsoka;
◆ Ni ga lahko prenoviti.
9
toplotni izmenjevalnik toplotne cevi
Toplotna cev se oblikuje tako, da se določena količina delovne tekočine napolni v zaprto kovinsko cev, ki odvaja nekondenzirajoči plin. Delovna tekočina absorbira toploto na vročem koncu ter vre in uparja. Ustvarjena para teče do hladnega konca, da kondenzira in sprosti latentno toploto. Kondenzat se vrne na vroč del in ponovno zavre in upari. Ta cikel se ponavlja in toplota se neprekinjeno prenaša z vročega na hladen konec.
toplotni izmenjevalnik toplotne cevi
Prednosti toplotnih izmenjevalnikov toplote so:
◆Enostavna struktura, dolga življenjska doba in zanesljivo delovanje;
◆ Izjemno visoka toplotna prevodnost in dobra izotermna lastnost;
◆ Območje prenosa toplote na obeh straneh hladne in vroče strani se lahko poljubno spreminja, lahko prenaša toploto na velike razdalje in lahko nadzoruje temperaturo.
Njegove slabosti so:
◆ Slaba odpornost proti oksidaciji in odpornost na visoke temperature.
Varnostni ukrepi za uporabo izmenjevalnika toplote:
◆ Cevno omrežje naj bo čisto. Ne glede na to, ali je pred delom ali po končanem delu, je treba cevno omrežje očistiti, da preprečite blokado izmenjevalnika toplote. Poleg tega je treba posvetiti pozornost čiščenju naprave za dekontaminacijo in filtra, da se lahko celotno delo izmenjave toplote nemoteno zaključi.
◆ Strogo nadzorujte mehčano vodo. Pred obdelavo ogrevalnega medija preverite kakovost vode v sistemu in mehčalni posodi ter jo vbrizgajte po potrditvi kakovosti vode.
◆ Preizkusite nov sistem. Pri novem sistemu ga ni mogoče takoj uporabiti izmenično s toplotnim izmenjevalnikom, ampak mora nov sistem delovati v določenem časovnem obdobju, toplotni izmenjevalnik pa lahko vključite v sistem šele po opravljenem preizkusu delovanja. Namen tega je preprečiti, da bi nečistoče v cevnem omrežju poškodovale notranjo opremo izmenjevalnika toplote
