煤礦鍋爐房熱交換器比較及選型

董海龍

（陜西陜煤陜北礦業(yè)韓家灣煤炭有限公司,陜西 榆林719315）

換熱器是能源利用過程中必不可少的設(shè)備,幾乎一切工業(yè)領(lǐng)域都要使用。 按用途來說，一般可分為熱交換器、冷凝器、蒸發(fā)器，加熱器及冷卻器五大類。本文對現(xiàn)在使用的兩種熱交換器使用情況進行說明，并對三種換熱設(shè)備從設(shè)備的結(jié)構(gòu)、體積、傳熱效率、節(jié)能等幾方面闡述了三者的特點，進行比較分析，給公司鍋爐房設(shè)備更新提供參考，可供選型的設(shè)備有板式熱交換器、浮動盤管式熱交換器和螺旋螺紋管熱交換器。

1 熱交換器的使用情況

1.1 板式熱交換器的使用情況

（1）現(xiàn)用板式熱交換器1臺，由于水質(zhì)原因，長時間運行發(fā)生堵塞嚴重，每年需2次的解體酸洗，后再進水端加裝了機械過濾器，但效果仍不是很好。

（2）長時間使用個別板片出現(xiàn)腐蝕滲漏現(xiàn)象，影響了換熱效率和正常使用。

（3）發(fā)生堵塞時需對板式熱交換器進行解體，單片進行清洗，同時更換橡膠墊片，檢修工作量大。

（4）檢修更換橡膠墊片、清洗單片數(shù)量大，檢修費用每次1-2萬元。

1.2 浮動盤管式熱交換器的使用情況

（1）現(xiàn)用浮動盤管式熱交換器3臺，由于水質(zhì)原因，長時間運行發(fā)生堵塞，每年需酸洗1次，換熱效率降低情況嚴重。

（2）檢修費用低，每次5000元左右。

（3）運行1年無斷管故障，日常基本無維護工作量。

2 熱交換器的結(jié)構(gòu)

2.1 板式熱交換器的結(jié)構(gòu)

板式熱交換器是由一組幾十到幾百具有一定波紋形狀的金屬板片組成的熱交換器，金屬板片安裝在一個側(cè)面有固定板和活動壓緊板的框架內(nèi)，并用夾緊螺栓夾緊。框架整體是由活動壓緊板、固定壓緊板、上導(dǎo)桿、下導(dǎo)桿、支撐桿和夾緊螺栓等構(gòu)成。金屬板片、活動壓緊板、固定壓緊板懸掛在上導(dǎo)桿，并且由下導(dǎo)桿進行定位，而導(dǎo)桿桿端固定在支撐柱上。板片與板片之間以橡膠墊片，形成流體通道，通過板片進行熱量交換。板片的最終數(shù)量和尺寸是由流體的物理特性、流量、溫度差和壓力降決定的。

2.2 浮動盤管式熱交換器的結(jié)構(gòu)

浮動盤管式熱交換器屬于管殼式交換器的一種，由上、下端蓋，外筒、蒸汽導(dǎo)入管、凝結(jié)水導(dǎo)出管及水平浮動盤管組成。其中，上、下端蓋、外筒由優(yōu)質(zhì)碳素鋼材或不銹鋼制成，蒸汽導(dǎo)入管、凝結(jié)水導(dǎo)出管由黃銅管或優(yōu)質(zhì)不銹鋼管及鋼管制成，水平浮動盤由紫銅管經(jīng)特殊繞制而成。

2.3 螺旋螺紋管式換熱器的結(jié)構(gòu)

螺旋螺紋管式換熱器也是管殼式交換器的一種改進型，由芯體和殼體兩部分組成，芯體主要由多根螺旋螺紋管緊密地以反向纏繞、螺旋上升的結(jié)構(gòu)纏繞在一起，結(jié)構(gòu)組成非常緊湊，體積非常小，殼體由筒體和封頭等組成，在上下封頭部位各開設(shè)兩個口，作為進出水、汽口，同一封頭上的開口中心呈90°角，使換熱器能夠全部參與到換熱，無死角。螺旋螺紋管熱交換器相對于管殼式熱交換器克服了原先結(jié)構(gòu)不緊湊，損耗材料大的弊病，換熱管束和殼體材質(zhì)采用不銹鋼，膨脹系數(shù)統(tǒng)一，最高可承受壓力1.6MPa，最高可耐溫400℃，不會由于壓力和溫度的不穩(wěn)定導(dǎo)致熱交換器變形。

3 熱交換器的性能比較

3.1 設(shè)備的體積比較

板式熱交換器由夾在框架中的一組不銹鋼傳熱板組成,結(jié)構(gòu)緊湊,在較小工作體積內(nèi)可容納較大的傳熱面積, 單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的2～5倍，因此若想要達到相同的換熱量，板式熱交換器的占地面積大約為管殼式熱交換器的1/2～1/5。 而螺旋螺紋管熱交換器體積相對更小，體積只有傳統(tǒng)管殼式熱交換器的1/5。

3.2 傳熱系數(shù)的比較

在浮動盤管式熱交換器內(nèi)，蒸汽在盤管內(nèi)部進行高速流動，離心作用力推動盤管產(chǎn)生高頻的浮動，促使管子外被加熱的水產(chǎn)生擾動，破壞管與水之間的層流傳熱層，強化了對流換熱，傳熱系數(shù)最高能達到2600 W/㎡·℃，汽－水換熱時傳熱系數(shù)一般為350-2000 W/㎡·℃。在板式熱交換器內(nèi)，冷卻水與被冷卻水側(cè)的流動均是湍流，兩種流體進行逆向流動，在波紋的作用下引起湍流，進而產(chǎn)生高傳熱率，高阻力壓降以及高切應(yīng)力場，這樣能夠抑制污垢在傳熱面上的形成。其傳熱系數(shù)的換熱系數(shù)最高能達到7000W/㎡·℃，在汽水換熱中只能達到1000～3000 W/㎡·℃。

螺旋螺紋管熱交換器由于螺旋螺紋管反向纏繞、螺旋上升的結(jié)構(gòu)特點，使得介質(zhì)的流速加快，湍流更加強烈，換熱系數(shù)最高可達14000 W/㎡·℃，通常情況下也能達到5000～9000 W/㎡·℃，換熱優(yōu)勢明顯。

3.3 運行維護管理比較

浮動盤管式熱交換器每年必須要對外觀進行一次檢查，每三年至少要對內(nèi)外部進行一次細致檢查，進行維修的工作量大，維護費用高。特別是當(dāng)換熱管出現(xiàn)斷管及裂管時，維護費用多。

板式熱交換器由于流道較窄，易堵塞，易結(jié)垢，維護較為繁瑣，維護需將整機拆開，單片酸洗板片，且要對幾百片板片，一個一個進行檢查，數(shù)量極多，工作量大，并且每進行一次拆卸，都必須將橡膠墊片進行更換，維護費用很高。

螺旋螺紋管熱交換器特殊的結(jié)構(gòu)、表面處理工藝以及兩側(cè)介質(zhì)的逆流交叉換熱，提高了綜合傳熱系數(shù)，同時又給熱交換器提供了自潔功能，使交換器的結(jié)垢傾向降低。即使因為長期使用出現(xiàn)結(jié)垢，只需添加化學(xué)藥劑即可清除。

4 結(jié)論

通過對板式熱交換器、浮動盤管式熱交換器及螺旋螺紋管熱交換器的進行比較，可以得出以下結(jié)論：螺旋螺紋管熱交換器結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小；高效換熱、節(jié)能環(huán)保；清洗方便、費用低，是一種比較理想的熱交換器設(shè)備。

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