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    冷凝器的分类及相关知识

    发布者:admin  发布时间:2021-11-04  点击:262
    冷凝器的种类随着工业发展而增加,早期的冷凝设备由于制造工艺和科学水平的限 制,其结构简单,冷凝面积小,体积较大,因此冷凝效率比较低,如夹套式和蛇管式等。 随着制造工艺的发展,在工业生产中出现了一种单位体积设备所能提供的冷凝面积大、传 热效果好的冷凝器,称为管壳式或列管式冷凝器。由于它具有突出的优势,长期以来在化 工生产中占据了主体地位。20世纪20年代,出现了板式冷凝器,开始在食品工业中应 用于30年代末,瑞典制造出第一台板壳式冷凝器,应用于纸浆厂; 60年代初,由于制造工艺进步,这些类型的冷凝器得到了完善与发展,在化工生产中的应用也愈加广泛。在这 个时期中,又相继出现了一些其他新型冷凝器,使冷凝器的种类更加多样化。由于各种换热器的作用、工作原理、结构,以及其中工作的流体种类、数量等差别很大,为了研究和使用的方便,通常根据其某个特征进行分类。

    (1)按作用原理分类
    按作用原理,也即依据传热方式分类,可以分成混合式冷凝器、蓄热式冷凝器和间壁 式冷凝器。

    ①混合式冷凝器.又称直接接触式。它是通过两种冷凝流体的直接接触与混合的作用来进行热 量交换的,必须使两种流体的接触面积尽可能大,以促进 它们之问的热量交换。在实际操作中,为了获得大的接触 面积,可在设备中放置格栅或填料,有时也将液体喷成细 滴。此种冷凝器效率较高,冷水塔、冷却塔、洗涤塔、电厂的除氧器、混合式减温器等都属于此类。这里以工业上常用的冷水塔和混合式冷却器为例,说明其结构和原理。

    冷水塔 冷水塔有很多种类,根据循环水在塔内是 否与空气直接接触,可分成千式、湿式。干式冷水塔是把 循环水送到安装于冷却塔中的散热器内被空气冷却,这种 塔多用于水源奇缺而不允许水分散失或循环水有特殊污染的情况。湿式冷水塔则让水与空 气直接接触,把水中的热传给空气,在这种塔中,水因蒸发而造成损耗,蒸发又使循环的 冷却水含盐度增加,为了稳定水质,必须排放掉一部分含盐度较高的水,补充一定的新 水,因此湿式冷水塔要有补给水源。

    在开放式冷水塔中,利用风力和空气的自然对 流作用使空气进入冷水塔,其冷却效果要受到风力及风向的影响,水的散失比其他型式的 冷水塔大。在风筒式自然通风冷水塔中,利用较大高度的风筒,空气形成的自然对流使空 气流过塔内与水接触进行传热,其特点是冷却效果比较稳定。在机械通风冷水塔中,空气 以鼓风机送入,如图1-2 (c)所示;或以抽风机吸人,如图1-2(d)所示,所以它具有冷却 效果好和稳定可靠的特点,它的淋水密度(指单位时间内通过冷水塔的单位截面积的水 量)可远高于自然通风冷水塔。按照热质交换区段水和空气两者流动方向的不同,方向相 反的为逆流塔,方向垂直交叉的为横流塔,如图1-2 (e)所示。

    各种形式的冷水塔结构有所差异,但一般包括淋水装置、配水系统、通风筒三个主要 部件。淋水装置也成为填料,作用是将进冷水塔的热水尽可能形成细小的水滴或水流膜, 以增加水和空气的接触面积,延长接触时间,促进热交换。其形式一般有点滴式、薄膜式 和点滴薄膜式三种;配水系统的作用是将热水均匀地分配到整个淋水面积上,从而使淋水 装置发挥最大的冷却能力。常用的配水系统有槽式、管式和池式三种;通风筒是冷水塔的 钋壳,气流的通道,其作用是创造良好的空气动力条件,并将排出冷却塔的湿热空气送往 高空,减少或避免湿热空气回流。自然通风的通风筒通常很高(可达150m以上),机械 通风则较低(10m左右)。

    混合式不锈钢冷凝器
    工业上常用的混合式冷凝器,其作用是使蒸汽与冷却水直接接触 过程中放出潜热而被冷凝,这种冷凝方式只适用于冷凝液没有回收价值或者对冷凝液纯净 度要求不高的场合,例如单效或多效蒸发装置二次蒸汽的冷凝。

    混合式冷凝器的类型较多,现在广泛使用的类型有如以下的几种。液柱式冷凝器,在其内部安装多块圆缺形多孔淋水板,水从板的小孔以柱状淋洒而下,以增大冷却水和蒸汽的接触面积。液膜式冷凝器,在其内部有盘环间隔排列的淋水板,冷却水从板上流下时形成液膜,蒸汽与液膜接触时产生冷凝。填充式冷凝器,采用拉西环等作为填料,填充于塔体之内,冷却水沿填料表面下流,故填料表面即为 水和蒸汽的接触场所,使蒸汽冷凝。共同特点是汽水为逆流方向,蒸汽都是由下而上流动,两相接触时间长,热的交换充分,水的出口温度高,可节约用水,且不凝气温度低,体积小,可节省抽汽设备动力。喷射式冷凝器,其工作原理基于文丘里管,故冷却水在人口必须具备一定压力,以使喷管喷出 之水呈雾状,并将蒸汽吸人器内进行混合冷凝,同时夹带不凝性气体从下部流出。所以它具 有不需抽出不凝性气体的优点,但单位蒸汽冷凝量所用的冷却水量较大。

    蓄热式冷凝器

    又称再生式冷凝器,它借助固体构件(填充物)组成的蓄热体传递能量。在这类冷凝器中,热、冷流体依时间先后交替流过蓄热体组成的流道,热流体先 对蓄热体加热,把热能储存在蓄热体中,随即让冷流体流过,从蓄热体中带走热量,使蓄 热体温度降低。即蓄热式冷凝器里所进行的热传递过程不是稳态过程,而是被周而复始地 加热和冷却的过程,在此过程中温度每时每刻都在变化。此类冷凝器主要运用于存在高温 废气而又需获得高温预热空气的场合,例如高炉的热风炉及备式加热炉,各类空气预热器 等。

    间壁式冷凝器

    工业上应用得最广泛的就是间壁式冷凝器。。此类冷凝器的主要特征是:冷、热流体在各自流道中流 动,被一固体壁面隔开,彼此不相互接触,热量通过固体壁面传 递,因此特别适用于生产中介质不容掺混的场合。间壁式冷凝器的 结构型式非常多,常用的有管壳式冷凝器、套管式冷凝器、管式换热器、板式冷凝器、板翅式冷凝器等。此类冷凝器在“常用典型换 热器的原理、结构型式与应用”一节中有详细介绍,兹不赘述。

    (2)按用途分类
    按用途可以把冷凝器分为:加热器、预热器、过热器、蒸发 器、再沸器、冷却器、深冷器等。

    加热器:用于把流体加热到所需温度,被加热流体在此过程中 不发生相变。

    预热器:用于把流体预先加热,为后面的工艺流程做准备。

    过热器:用于把饱和蒸汽加热至过热状态。

    蒸发器:用于加热液体使之蒸发汽化。

    再沸器:用于把冷却了的液体再度加热沸腾。

    冷凝器:用于把热气体冷却使之相变成为液体。

    冷却器:用于把热流体冷却至需要的温度。

    深冷器:用于把热流体冷却至O℃以下的深低温。

    (3)按冷凝器传热面的形状和结构分类
    这种分类用于区分各种型式、不同特征的间壁式冷凝器。其分类有:

    ①通过管壁传热的冷凝嚣即“管式”冷凝器,如蛇管式冷凝器、套管式冷凝器、 管壳式冷凝器等;

    ②通过板面传热的冷凝器即“板面式”冷凝器,如螺旋板式冷凝器、板式冷凝器、伞板式冷凝器、板翅式冷凝器、板壳式冷凝器等;

    ③其他形式的冷凝器这些冷凝器都是为了满足特殊要求而出现的,型式往往比较特殊,如回转式冷凝器和热管等。

    (4)按材料分类
    按制造材料的不同可以把冷凝器分为金属材料冷凝器、非金属材料冷凝器和稀有金属材料冷凝器。

    金属材料冷凝器在生产中的使用最为广泛,大多数冷凝器材料是碳钢冷凝器、不锈钢冷凝器、铝、 铜、镍及其合金。但是在石油、化学、核动力等工业中许多工艺要在高温高压、剧毒或深冷等条件下进行,这时金属材料冷凝器已经不能满足需要,而应采用特殊材料的冷凝器。 使用得较多的材料是:石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷和稀有金属。

    (5)按流体的相态分类
    按冷凝器中流体的相态分类,可将冷凝器分为气一液冷凝器、液一液冷凝器、气一气冷凝器三类。

    ①气一液冷凝器大部分的气一液冷凝器大多都是管翅式紧凑冷凝器,液体走管内。 散热器是目前气液冷凝器的主要形式,用空气冷却发动机夹套内的水。类似的单元设备在其 他例如汽车的水冷式发动机、火车机车、柴油机动力设备和柴油机发电厂也会用到。其他的例子如飞行器的空气冷却器、空调压缩机、冷凝器和蒸发器的中间冷却器和后冷却器。 通常,液体泵出后在管内流动,管子有很高的对流传热膜系数,空气以错流的方式流过管 子,空气侧的传热膜系数比液体侧的要低。一般在管外增加翅片来强化传热。

    ②液一液冷凝器 大部分的液一液冷凝器都是管壳式的,板式的相对较少。两种液体都 被泵送流经冷凝器,所以冷凝的基本模式是强制对流。液体的密度相对较高,因此有很高的传热率,一般不用翅片或其他装置来强化传热。在某些应用中,也会用低翅片管、微翅 片管或其他传热强化措施来强化传热。

    ③气一气冷凝器 这种冷凝器用在尾气一空气预热同流冷凝器、旋转式再生器、中间冷却器和或后冷却器中,冷却一些落地式的柴油动力装置、柴油机火车机车以及低温气体液化系统中的高负荷发动机入口的空气。很多情况下,一种气体被压缩,密度增大,而另一 种气体则是低压低密度状态。相比液一液冷凝器,这种冷凝器的尺寸大很多,因为气侧的对流冷凝系数比液侧的低。所以,多数采用二次传热画来强化冷凝。
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