直接換熱器

允許流體相互混合的場(chǎng)合，都可以采用直接換熱器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。

直接換熱器按用途分類

按照用途的不同，可將直接換熱器分成以下幾種不同的類型 ：

1.冷卻塔（或稱冷水塔）

在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進(jìn)行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過(guò)水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實(shí)際工程中得到了廣泛的使用。

2.氣體洗滌塔（或稱洗滌塔）

在工業(yè)上用這種設(shè)備來(lái)洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多?？照{(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認(rèn)為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對(duì)空氣進(jìn)行冷卻，而且還可對(duì)其進(jìn)行加熱處理。但是，它也有對(duì)水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點(diǎn)，所以，在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用。

3.噴射式熱交換器

在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進(jìn)行傳熱，并一同進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管的出口達(dá)到同一壓力和溫度后送給用戶。

4.混合式冷凝器

這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。

直接換熱器按狀態(tài)分類

按兩種介質(zhì)的狀態(tài)分：

1.液-液直接接觸式換熱器：兩種介質(zhì)均為液體。

2.氣-液直接接觸式換熱器：兩種介質(zhì)，一種為液體，一種為氣體。

3.混合氣體直接接觸式換熱器：兩種介質(zhì)，一種為液體，一種為混合氣體。

直接換熱器按傳熱面分類

1.液注型直接接觸式換熱器：一種流體呈柱狀留下，與另一種液體進(jìn)行熱交換。

2.液膜型直接接觸式換熱器：在換熱器中，一種流體通過(guò)一定裝置以液膜形式與另一種液體進(jìn)行熱交換。

3.填充型直接接觸式換熱器：在換熱器中填充一些填料，在兩種流體通過(guò)填料間的空隙時(shí)進(jìn)行熱交換。

4.噴射型直接接觸式換熱器：由噴嘴將流體噴成霧狀，再與另一種流體進(jìn)行熱交換。

5.噴灑型直接接觸式換熱器：在換熱器中，一種流體以液滴形式與另一種流體進(jìn)行熱交換。

直接換熱器按工藝分類

1.直接接觸冷凝器：利用蒸汽與冷卻水直接接觸使蒸汽釋放出潛熱而被冷凝。這種冷凝方式僅適用于沒有回收價(jià)值的蒸汽的冷凝，或者對(duì)冷凝液的純凈度要求不高的場(chǎng)合。

2.冷卻塔：廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中排出廢熱，特別是排除大量熱水中的熱量。來(lái)自大氣的空氣被抽入塔中，西熱后再以較高的溫度返回大氣。

3.閃蒸器：將工藝流體輸入到壓力比流體的飽和蒸氣壓低得多的環(huán)境中，通過(guò)一部分流體的瞬間蒸發(fā)使液體冷卻再達(dá)到飽和，在結(jié)晶和污液處理等場(chǎng)合中應(yīng)用。

4.直接蒸氣加熱：在一些應(yīng)用中，可以直接使用蒸汽來(lái)加熱，以這種方式利用的蒸汽，沒有冷凝液回收。

5.風(fēng)力干燥：利用熱空氣來(lái)干燥固體無(wú)聊。

6.浸沒燃燒蒸發(fā)：將火焰及其熱氣體與所要加熱的流體之間直接接觸，并使流體蒸發(fā)。

實(shí)用新型專利 涉及一種直接接觸式沸騰換熱器，屬能源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括換熱器罐體、導(dǎo)熱油、氣液分離器、液位計(jì)、有機(jī)工質(zhì)入口、有機(jī)工質(zhì)蒸汽出口、導(dǎo)熱油入口、導(dǎo)熱油出口、噴頭、保溫材料；換熱器罐體外部包裹有保溫材料，換熱器罐體內(nèi)部裝有導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油入口和導(dǎo)熱油出口分別位于換熱器罐體的1/2高度處和換熱器罐體底部，換熱器罐體上設(shè)有液位計(jì)和有機(jī)工質(zhì)入口，工質(zhì)管路從換熱器罐體下部的有機(jī)工質(zhì)入口伸入所述直接接觸式沸騰換熱器內(nèi)，工質(zhì)管路上設(shè)有噴頭，換熱器罐體上方設(shè)有機(jī)工質(zhì)蒸汽出口。本實(shí)用新型投資和維護(hù)費(fèi)用少、具有優(yōu)良的換熱性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力較小，運(yùn)行過(guò)程中工質(zhì)泵更加省電。

發(fā)明專利 提供一種逆流氣-固直接接觸換熱器，包括用于進(jìn)行氣固換熱的垂直通道，氣體進(jìn)口設(shè)置于垂直通道下方或底部，固體顆粒進(jìn)口設(shè)置于垂直通道上方或頂部，氣體出口設(shè)置于垂直通道上方側(cè)壁，固體顆粒通過(guò)包括至少一個(gè)布料元件的顆粒分布器進(jìn)入垂直通道內(nèi)，一個(gè)布料元件承擔(dān)0.1-0.3m²垂直通道橫截面面積；布料元件的顆粒流量可通過(guò)充氣量調(diào)節(jié)。該逆流氣-固直接接觸換熱器保證了氣固之間的均勻接觸，且設(shè)備體積較小，適于工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。2100433B

直接接觸式換熱器的基本要求：熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多；換熱器的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作條件，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，密封性好，清洗、檢修方便，流體阻力??；價(jià)格便宜，維護(hù)容易，使用時(shí)間長(zhǎng)。

直接接觸式換熱器的日常維護(hù)：日常操作應(yīng)特別注意防止溫度、壓力的波動(dòng)，首先應(yīng)保證壓力穩(wěn)定，絕不允許超壓運(yùn)行。

直接接觸式換熱器的選型應(yīng)考慮的因素：流體的性質(zhì)、換熱介質(zhì)的流量、操作溫度、壓力。

由于直接接觸式換熱器是通過(guò)流體直接接觸進(jìn)行傳熱，因而與通過(guò)器壁進(jìn)行間壁式傳熱的換熱器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.傳熱效率高，且反應(yīng)靈敏。

2.單位容積的傳熱面大，因而設(shè)備緊湊。

3.不存在傳熱帶來(lái)的熱阻、過(guò)熱、結(jié)垢和腐蝕等問(wèn)題。

4.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料消耗少、制造容易和維修方便。

缺點(diǎn)：不允許混合與混合后不易分離的兩種介質(zhì)及其參數(shù)相差很大或因物性會(huì)產(chǎn)生不良的工藝過(guò)程均不適用。

由于直接接觸式換熱器具有以上優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛的應(yīng)用于發(fā)電、化工、冶金等工業(yè)部門。

直接式換熱器也稱為混合式換熱器，其特點(diǎn)是冷、熱流體直接混合進(jìn)行換熱，因此，在熱交換的同時(shí)，還發(fā)生物質(zhì)交換。直接式與間接式相比，由于省去了傳熱間壁，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高，操作成本低。但采用這種設(shè)備只限于允許兩種流體混合的場(chǎng)合。

換熱設(shè)備蒸汽直接式

蒸汽和液體食品混合加熱是常見的一種加熱方式。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在蒸汽和液體食品之間需要大的接觸面，以利于蒸汽的快速冷凝，加速換熱速度。研究表明，減小接觸面，換熱速率明顯降低。在設(shè)備性能不正常時(shí)，如液滴太大或蒸汽泡太大，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱速度低下。這種情況在高黏度產(chǎn)品時(shí)容易發(fā)生。

盡管在加熱蒸汽和液體食品之間有很大的溫度差，但這類設(shè)備的加熱仍然是溫和的。原因之一是加熱時(shí)間很短，只有幾分之一秒;另外一個(gè)原因，也許是更為重要的，是在蒸汽和食品之間立即形成一層很薄的冷凝液膜。這層液膜起到保護(hù)食品免受高溫的影響。因此，蒸汽直接加熱方式允許有很高的溫度梯度，這是任何間壁式換熱器無(wú)法做到的。

這種換熱器對(duì)蒸汽質(zhì)量有一定要求，這是由于設(shè)備性能的需要和保證產(chǎn)品質(zhì)量，蒸汽必須不含不凝結(jié)氣體，因?yàn)椴荒Y(jié)氣體會(huì)影響蒸汽冷凝，干擾換熱過(guò)程。關(guān)于汽源，蒸汽或鍋爐用水不應(yīng)含有影響產(chǎn)品風(fēng)味的物質(zhì)。換句話說(shuō)，鍋爐用水應(yīng)該具備飲用水的質(zhì)量，非正常的水處理劑是不許使用的。有些國(guó)家已將此列入了法規(guī)。

在有些使用場(chǎng)合下，例如?；蚺Ｈ橹破返倪B續(xù)殺菌，需要除去蒸汽和產(chǎn)品混合時(shí)所增加的水分，以保持原有的組分不變。除去水分的方法通常是在真空下使水分蒸發(fā)。這是一舉兩得的做法，因?yàn)樵谡婵臻W蒸水分時(shí)，既除了水分，又可以使產(chǎn)品迅速冷卻。通過(guò)溫度控制(在蒸汽混合前、混合后以及蒸發(fā)后)，可以做到處理前后產(chǎn)品的水分含量不變。

這種蒸汽直接加熱設(shè)備有兩種類型。噴射式在連續(xù)流動(dòng)的液體中噴射蒸汽; 注入式在連續(xù)流動(dòng)的蒸汽中注入液體。在蒸汽噴射式(蒸汽進(jìn)入液體)中，蒸汽或者通過(guò)許多小孔，或者通過(guò)環(huán)狀的蒸汽簾噴射入流體管道中。在蒸汽注入式(液體進(jìn)入蒸汽)中，液體或者以膜的形式，或者以液滴的形式分布在充滿高壓蒸汽的容器中，落于容器底部，加熱后的液體從底部排出。

換熱設(shè)備蒸汽噴射式

蒸汽噴射式冷凝器也是混合式換熱器，不同的是利用冷卻水與蒸汽混合，使蒸汽冷凝，以除去水分。這在濃縮操作中是必須的。在濃縮操作中要快速除去蒸發(fā)出來(lái)的蒸汽，此外，還要在蒸發(fā)室內(nèi)造成真空。

按其原理和結(jié)構(gòu)不同，冷凝器有以下幾種：

① 噴射式冷凝器： 用斷面逐漸收縮的錐形噴嘴進(jìn)行水或其他液體冷卻劑噴射時(shí)，水在噴嘴內(nèi)的流速就逐漸增快。速度越高意味著動(dòng)能越大，而壓力則越小。如果以噴嘴座板將噴嘴上、下游隔開，上游空間(即水室)通入高壓水，則由于水的噴射就造成下游的低壓，因而產(chǎn)生抽汽的作用。

吸汽室將蒸汽吸入后，經(jīng)過(guò)導(dǎo)向擋板使之從水流射束的四周均勻地進(jìn)入混合室，而與許多聚集于喉部的射束表面相接觸。因射束的流速高，其動(dòng)能大，蒸汽即凝結(jié)在水柱表面而被帶走。經(jīng)過(guò)噴嘴所形成的射流速度一般為15～30m/s。帶走蒸汽的各射流在喉部準(zhǔn)確聚集后，通過(guò)擴(kuò)壓管將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能以后，再?gòu)奈补芘懦觥?

由上述可知，噴射式冷凝器除了有混合冷凝作用外，還具有抽真空的作用。所以特別適用于真空系統(tǒng)中蒸汽的排除。例如食品工業(yè)中的真空濃縮、真空脫氣、真空干燥等。當(dāng)用這種水力噴射器作冷凝器時(shí)，就可以不再需要真空泵了。

一般水力噴射冷凝器的高壓水壓力為0.2～0.5MPa，可采用高壓頭的離心泵或多級(jí)離心泵供送。

② 填料式冷凝器：冷卻水從上部噴淋而下，與上升的蒸汽在填料層內(nèi)接觸。填料層是由許多空心圓柱形填料環(huán)或其他填料充填而成，組成兩種流體的接觸面?；旌侠淠蟮睦淠畯牡撞颗懦?，不凝結(jié)氣體則由頂部排出。

③ 孔板式冷凝器： 孔板式冷凝器裝有若干塊鉆有很多小孔的淋水板。淋水板的形式有交替相對(duì)放置的弓形式和圓盤、圓環(huán)交替放置的形式。冷卻水自上方引入，順次經(jīng)板孔穿流而下的同時(shí)，還經(jīng)淋水板邊緣泛流而下。蒸汽則自下方進(jìn)入，以逆流方式與冷水接觸而被冷凝。少量不凝結(jié)氣體從上方排出。進(jìn)入的冷卻水經(jīng)與蒸汽進(jìn)行熱交換后被加熱，而后從下方尾管排出。

除水力噴射冷凝器外，填料式和孔板式冷凝器都需要真空泵，使冷凝器內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)。在這種情況下，如無(wú)適當(dāng)措施，冷凝水無(wú)法排出。通常采用兩種方法，即低位式和高位式。

低位式冷凝器是直接使用抽水泵將冷凝水從冷凝器內(nèi)抽出，因而可以簡(jiǎn)單地安裝在地面上，故名低位式冷凝器。高位式冷凝器不用抽水泵，而是將冷凝器置于10m以上的高度，利用其下部很長(zhǎng)的尾管(稱為氣壓管，俗稱大氣腿)中液體靜壓頭的作用來(lái)平衡上方冷凝器內(nèi)的真空度，同時(shí)抽出冷凝水。為了保證外部空氣不進(jìn)入真空設(shè)備，氣壓管應(yīng)淹沒在地面的溢流槽中。

④ 水簾(水幕)式空氣冷卻器： 這種混合換熱器比較典型的是用作空氣的冷卻凈化器。含塵的空氣進(jìn)入后，經(jīng)與冷卻水的水幕接觸而降溫，增濕，凈化。

換熱設(shè)備經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于介質(zhì)的腐蝕、沖蝕、積垢、結(jié)焦等原因，使管子內(nèi)外表面都有不同程度的結(jié)垢，甚至堵塞。所以在停工檢修時(shí)必須進(jìn)行徹底清洗，常用的清洗(掃)方法有風(fēng)掃、水洗、汽掃、化學(xué)洗清和機(jī)械清洗等。