换热器中折流板的作用有哪些(浅谈管壳式与板式换热器)

Posted 2023-05-27

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换热器中折流板的作用有哪些(浅谈管壳式与板式换热器)

近年来，环境保护越来越受到各行业的重视，工业废气处理亦是如此。在废气治理领域，废气处理的几种主要焚烧工艺为RTO、RCO、CO，即蓄热式氧化焚烧炉、蓄热式催化焚烧炉以及催化焚烧炉，来对废气进行氧化处理。

在对废气进行焚烧处理时，例如在喷涂涂装行业，当处理的有机废气浓度过高，如甲苯或其他等热值较高的有机废气浓度过大时，其释放出来的热量较高，此时我们一般会使用气气换热器或气液换热器对产生的高温烟气进行换热从而余热利用；而在医药化工领域，当有机废气浓度较低时，我们一般会在前端设置沸石浓缩转轮，对VOCs进行浓缩处理，使大风量、低浓度的VOCs浓缩为小风量、高浓度的VOCs，然后高浓度的VOCs再进入RTO内焚烧处理，被分解为CO2和H2O以及产生适量的热量。

沸石转轮被分割成吸附区、脱附区和冷却区，以完成对VOCs的吸附和脱附再生。而其中的脱附区需要180~220℃的脱附气体，对吸附在沸石转轮上的VOCs进行脱附。

而对于这股用于脱附VOCs的气体，其加热方式一般有两种：一种是直接采用电加热器即再生加热器来对其进行加热，但此种方式由于增加了能源消耗，其经济性大打折扣；另一种方式是从后端的RTO直接引流高温烟气，利用换热器对用于脱附的气体进行升温处理。

由此我们可以发现，换热器在废气治理领域的应用涉及颇广。那么什么是换热器呢？顾名思义，换热器即是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现热量传递的设备，其将热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体。换热器中管壳式换热器与板式换热器的使用量较大，其原理也主要是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质。

一、管壳式换热器

管壳式换热器由壳体、换热管、管板、折流板和管箱组成。壳体内部装有换热管，换热管两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为了提高管外流体的传热系数，通常在壳体内安装挡板。

挡板能够提高壳程流体的流动速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体的湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。按照等边三角形排列，其结构较为紧凑，提高管外流体的湍流程度，进一步增大传热分系数；而按照正方形排列，对管外的清洗较为方便，适用于易结垢发生堵塞的流体。

管壳式换热器由于换热管内外流体的温度不同，造成换热器的壳体与换热管上的温度不同。如果换热器的壳体与换热管上的温度相差很大时，换热器内将产生较大的热应力，进而会导致换热管弯曲、断裂或从管板上脱落。

因此，为了避免此类情况的发生，当换热管与壳体温度差超过50℃时，就需要采取适当的补偿措施，以消除或减少热应力。根据采用的补偿措施，管壳式换热器大体可分为以下几种类型：

①固定管板式换热器：换热管两端的管板与壳体联成一体，结构简单，但只适用于冷热流体间温度差不大的情况。

②浮头式换热器：换热管两端的管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。浮头由浮动管板、钩圈和浮头端盖组成。由于换热管与壳体的热变形互不约束，因而消除了热应力。但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。适用于壳体和换热管之间温差较大的场合；

③U型管壳式换热器：换热管设计成U形，其两端固定在同一管板上，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器也消除了热应力，而且结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

④涡流热膜换热器：采用涡流热膜传热技术，通过改变流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管表面时，强力冲刷管子表面，从而能够提高换热效率。

二、板式换热器

板式换热器是由一组具有一定波纹形状的金属片叠装制成的换热器。板片之间形成薄矩形通道，两种流体通过板片来进行热量交换。板式换热器的型式主要有框架式和钎焊式两类，其中板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。

框架式换热器是由多组冲压有波纹的薄板按一定间隔，用框架和压紧螺旋重叠压紧制成，同时四周通过垫片密封，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热量交换。

三、板式与管壳式换热器对比（对板式换热器而言）

①传热系数高

由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间的流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（雷诺数是流体力学中表征粘性影响的相似准则数）下产生紊流，所以传热系数高，一般是管壳式换热器的3-5倍。

②占地面积小

板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管式的2~5倍，而且不需要同管壳式换热器一样预留抽出换热管的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。

③易改变换热面积、流程组合

通过增减换热板的数量，即可达到增加或减少换热面积的目的，以适应新的换热工况。而管壳式换热器的传热面积不可增加。

④重量轻

板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm，实现同样的换热量，板式换热器一般只有管壳式换热器重量的1/5左右。

⑤价格低

在相同换热面积下，采用相同材料，板式换热器价格比管式约低40%~60%。

⑥容易清洗

框架式板式换热器只需松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗。

⑦工作压力不宜过大

板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，否则介质有可能泄露。

⑧易堵塞

由于板片间通道很窄，一般只有2~5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。

四、结语

由此可见，一般在设计RTO配套沸石转轮时，或使用换热器进行余热利用时，通过上述内容根据不同的工况来选择合适的换热器尤为重要，而且在选择换热器时，我们还需提供一些参数。

比如：冷侧标况下的风量，温度的初始值以及最终升温数值，热侧温度的初始值以及经换热后的降温数值，来供厂家提供合适的换热器，保证整个系统设计的合理性以及可行性。以上便是在废气治理领域常使用到关于换热器的介绍，如有不合理之处，欢迎您的交流与指正。