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第三篇 换热器基本知识篇 一、换热器的发展历史 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。如日常生活中取暖用的暖气散热片。 在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。 在这种设备内，至少有两种温度不同的流体参与传热。一种流体温度较高，放出热量；另一种流体温度较低，吸收热量。热交换器在工业生产中的应用极为普遍，例如动力工业中锅炉设备的过热器、省煤器、空气预热器，电厂热力系统中的凝汽器、除氧器、给水加热器、冷水塔；冶金工业中高炉的热风炉，炼钢和轧钢生产工艺中的空气或煤气预热；制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器；制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，都是热交换器的应用实例。 换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。 由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。 60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。 二、换热器的分类的分类及结构形式 （一）换热器的分类形式 1、按传热方式分类： 换热器在化工、炼油工业中普遍应用的典型的工业设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%--20%，在炼油厂约占总费用的35%--40%。 换热器的类型按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。其中间壁式换热器应用最广泛。 1）混合式换热器： 混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称直接接触式换热器。 特点： 冷、热流体直接接触，相互混和传递热量。特点是结构简单，传热效率高。适于冷、热流体允许混和的场合。 如凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。 由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。 热流体 冷流体 2）蓄热式换热器(回流式换热器、蓄热器) 蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。 借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高，然后与冷流体接触，将热量传递给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。 特点是结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。 适于高温气体热量的回收或冷却。 如回转式空气预热器。 热流体 冷流体 热流体 冷流体 3）间壁式换热器(表面式换热器、间接式换热器) 冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。 适于冷、热流体不允许混和的场合。 如各种管壳式、板式结构的换热器。 2、按照工艺过程