Какие бывают теплообменники: конструкции теплообменных аппаратов

Теплообменник – это устройство, которое используются для охлаждения или нагрева рабочего тела путем теплообмена. По конструкции они бывают поверхностные и смешивающие. Рабочим телом могут быть как жидкости, так и газы. В зависимости от теплофизических свойств среды, конструкция теплообменников может меняться. К конструктивным особенностям относят диаметры и длины патрубков, площадь теплообменной поверхности.

Виды теплообменников по теплоносителю

По виду теплоносителя теплообменники разделяют на:

Вода-вода – использование воды в качестве греющего или охлаждающего теплоносителя.

Вода-пар – использование пара для подогрева воды и его конденсации. Используется в подогревателях питательной воды. Данный тип теплообменников может быть, как рекуперативным, так и смешения.

Вода-газ – например, использование теплоты уходящих газов из топки котла для подогрева питательной воды.

Газ-газ – например, использование теплоты уходящих газов для подогрева дутьевого воздуха.

Вода-металл – использование жидкого металла в качестве теплоносителя для подогрева воды/воздуха. Жидкий металл обладает лучшими теплопередающими свойствами и работают в диапазоне от 260 до 1100 °С. В основном используют металлы с хорошими теплообменными свойствами: олово, висмут, ртуть, свинец.

Виды теплообменников по способу теплообмена

Теплообменники смешения

Теплообменники смешения – это теплообменники, в которых тепло передается путем непосредственного смешения двух потоков. К данному типу теплообменников относят градирни и барботеры.

Градирня состоит из железобетонной башни, в нижней части которой, на высоте около 1,5 метров, смонтирован ороситель, а под ним находится резервуар для сбора охлажденной воды. Охлаждение воды происходит при естественной конвекции с восходящими потоками воздуха. Эффективность градирен определяет температура окружающей среды. Данный теплообменник применяют при оборотном водоснабжении ТЭС при отсутствии подходящих водоемов, подходящих для конденсации пара после паровой турбины.

Барботеры – это устройства, служащие для подвода водяного пара в жидкость. Они состоят из труб с отверстиями сверху, которые располагают горизонтально, в нижнюю часть корпуса теплообменника.

Например, такой принцип работы используется для подогрева воды в барботажных деаэраторах.

Рекуперативные теплообменники

Рекуперативные теплообменники – это теплообменники поверхностного типа, в которых теплообмен происходит непрерывно через разделяющую стенку. Данный тип теплообменников используется на многих производствах и имеет множество различных конструкций.

Кожухотрубный теплообменник

Кожухотрубный теплообменник состоит из корпуса, в котором происходит теплообмен между теплой и холодной средой.

Горячий теплоноситель направляют противотоком к холодному теплоносителю. В теплообменнике имеется несколько перегородок, которые направляют поток теплоносителя зигзагом, изменяя направление потока для увеличения турбулизации и увеличения теплосъема.

1. Межтрубное пространство
2. Трубной пучок
3. Перегородки
4. Кожух
5. Трубная решетка
6. Фланец

На рисунке показано: горячий теплоноситель, протекает в межтрубном пространстве между перегородками, постепенно охлаждаясь. А холодный теплоноситель двигается по трубному пучку, нагреваясь.

Двухтрубчатый теплообменник

Двухтрубчатый теплообменник – это теплообменник, состоящий из нескольких, соединенных последовательно, патрубков. Один теплоноситель движется по внутренним трубам, а другой – по кольцевому зазору между наружными и внешними патрубками.

На рисунке изображен двухтрубчатый теплообменник, в котором через трубопровод 1 поступает холодный теплоноситель, постепенно нагревающийся от горячей среды, которая двигается по кольцевым зазорам 2, постепенно охлаждаясь.

Погружной теплообменник

Погружной теплообменник — это теплообменник, в котором рабочее тело движется по спиральному змеевику, который погружен в жидкость. Конструкция таких теплообменников имеет большой объем, из-за того, что жидкость внутри теплообменного аппарата двигается с малой скоростью.

Холодная жидкость подается снизу и в результате естественной конвекции, нагревается и поднимается к выходному патрубку. А пар двигается по змеевику сверху вниз, попутно конденсируясь.

Оросительный теплообменник

Оросительный теплообменник – это теплообменник, состоящий из змеевика, орошаемого равномерно, струйками воды. Патрубки размещены вертикально, в виде секций. Вода, используемая для охлаждения рабочего тела, стекает в поддон. Данные теплообменники используются как конденсатор. Значительный отвод тепла происходит при испарении орошаемой воды.

Коэффициент теплопередачи у данного типа теплообменника не высок, поэтому они работают при небольших тепловых нагрузках.

Пластинчатый теплообменник

Пластинчатый теплообменник – это теплообменник, в котором поверхностью теплообмена служат гофрированные пластины, расположенные параллельно друг к другу. Эти пластины образуют между собой каналы шириной 3-6 мм, в которых протекает теплый и холодный теплоноситель.

Вследствие высоких скоростей теплоносителя и рабочего тела, в данных теплообменниках достигается высокая производительность.

Спиральный теплообменник

Спиральный теплообменник – это теплообменник, в котором имеются 2 изолированных друг от друга спиральных канала, по которым протекают теплоносители. Для лучшего теплообмена их пускают противотоком. Данный тип теплообменников способен работать при высоких скоростях теплоносителей, однако они сложны в изготовлении и работают в ограниченном диапазоне избыточного давления.

Спиральные теплообменники бывают горизонтальными и вертикальными с шириной спирали 0,2-1,5 метра и поверхностью нагрева от 3,2 до 100 м².

На рисунке наглядно показано, как горячий теплоноситель 1, заходя в центр теплообменника протекает по спирали в противотоке к холодному теплоносителю 2.

Оребренные теплообменники

Оребренные теплообменники – это теплообменники разных конструкций, в которых используют наружное оребрение стенки трубы, что позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи. В трубчатых теплообменниках, трубки оребряются поперечными пластинками. Теплообменники такого типа используются для разделения потока холодного воздуха в установках, работающих при низких температурах.

Заключение

Теплообменники бывают:

Смешения:

• Градирни
• Барботеры

Рекуперативные:

• Кожухотрубные
• Двухтрубные
• Погружной
• Оросительный
• Пластинчатый

Для завихрения потока и улучшения теплообмена используют оребрение пучков труб.