Для чего нужны теплообменники

Теплообменники

Теплообменник представляет собой устройство, предназначенное для передачи тепла между средами, имеющими разные температуры нагрева. Вещество, имеющее большую температуру и, соответственно, обладающее большей тепловой энергией, называется теплоносителем. Оно отдает тепло холодному веществу, нагревая его. Идет процесс обмена теплом, краткое название которого «теплообмен» и стало основой названия устройства в целом.

В теплообмене могут участвовать различные жидкости, пары и газы, в том числе и дымовые.

Зачем нужен теплообменник

Теплообменное оборудование предназначено для уменьшения непроизводительных потерь тепла и сокращения расхода топлива во время производственного процесса, предварительного нагрева воздуха, подаваемого в топки при сжигании топлива, нагрева воды для хозяйственных нужд, а также для охлаждения уходящих дымовых газов и пара.

Они нашли широкое применение в металлургической промышленности, энергетике, нефтеперерабатывающей промышленности, газовой отрасли и в коммунальном хозяйстве.

Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

Классификация теплообменного оборудования

Теплообменники могут быть поверхностными и смесительными.

В поверхностных аппаратах контакт между теплоносителем и нагреваемой средой происходит через разделяющую поверхность, чаще всего сделанную из металла. Примером может служить движение холодной воды по трубе, находящейся внутри трубы большего диаметра, по которой течет горячая вода, пар или нагретые дымовые газы. Теплообмен происходит через поверхность разделяющей эти среды трубы, а точнее, через поверхность трубы, по которой движется холодная вода.

В этом случае процесс носит стационарный характер, параметры сред остаются постоянными в течение определенного периода времени, а теплообменное оборудование называется рекуперативным или стационарным.

Нагреваемая среда и теплоноситель могут двигаться в одном направлении (прямоточный теплообменник) и в противоположных направлениях (противоточные теплообменники). Противоточные теплообменники имеют больший КПД и позволяют нагревать холодную среду выше температуры теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата.

Рекуперативное теплообменное оборудование может иметь различную конструкцию:

Регенеративные теплообменники

Регенеративное теплообменное оборудование имеет поверхность передачи тепла, с которой поочередно происходит контакт греющей и нагреваемой сред. Этот процесс напоминает волну, набегающую на нагретый солнцем берег.

Смесительные теплообменные аппараты.

Их также называют контактными по характеристике происходящего процесса, в ходе которого происходит непосредственный контакт греющей и нагреваемой сред. Применение такого оборудования возможно только в том случае, если в соответствии с технологическим процессом можно смешивать участвующие в процессе теплообмена среды.

Например, можно смешивать холодную воду и нагретый водяной пар, а также горячую и холодную воду.

Практическое применение теплообменного оборудования

Теплообменное оборудование нашло широкое применение и в быту. Самым простым и широко распространенным примером является бойлер, в котором происходит нагрев воды для бытовых нужд и ванных процедур с помощью, используемой для отопления дома воды.

Самая простая конструкция бойлера представляет собой трубу или пучок труб, расположенных в сосуде, по которому движется горячая вода. Основной проблемой при этом является коррозия труб, через поверхность которых происходит передача тепловой энергии, а также образование известковых отложений на их внутренней поверхности.

Повысить интенсивность теплообмена и за счет этого уменьшить размер теплообменного аппарата можно при использовании пластинчатых теплообменников. Эта конструкция теплообменных аппаратов с успехом применяется и в промышленности.

Применение теплообменного оборудования позволяет сократить расходы на отопление и повысить КПД теплогенерирующего оборудования.

Источник

Для чего нужен теплообменник в системе отопления

Главная область применения теплообменников в системе отопления это независимая система теплоснабжения. Чтобы понять, зачем нам это нужно необходимо совершить небольшой экскурс в природу имеющихся у нас в стране тепловых сетей.

Зависимая система теплоснабжения, работающая без теплообменника.

Индивидуальный тепловой пункт, спроектированный для работы в зависимой системе теплоснабжения без теплообменника

Существуют две схемы отопления или как правильно говорить теплоснабжения. Зависимая система отопления, с которой мы все хорошее знакомы, это когда котел, нагревая воду, подает ее по трубопроводам прямо в отопительные приборы – батареи отопления в квартире, минуя теплообменник. Конечно, в такой схеме есть тепловой пункт, регулирующие и измерительные приборы, иногда устанавливается погодозависимая автоматика. Только без теплообменника влиять на температуру в батареях, а значит, в целом в квартирах мы можем только в сторону уменьшения температуры.

Для котлов в котельной такая схема тоже не удобная, она требует больших насосов, котлы и трубы тепловой сети работают как гармошка, от того рвутся постоянно, а об утечках тепла и потерянных при этом потерях тепла лучше и не вспоминать. Зато на первичном этапе без установки теплообменника в системе отопления получается довольно дешево, но не эффективно, котельная не знает, сколько тепла нужно каждому, а потребитель не в силах влиять на выработку тепла для отопления, отсюда перетоп и низкая энергетическая эффективность такой системы отопления без разделительного теплообменника.

Независимая система теплоснабжения с теплообменником.

Индивидуальный тепловой пункт, спроектированный для работы в независимой системе теплоснабжения с теплообменником

Теплообменник в такой системе отопления главный прибор позволяющий экономить. Конечно, экономит не он, он только отделяет среды друг от друга, экономит автоматика. Как экономит? Вот пример независимой системы отопления – современная централизованная отопительная система, в ней имеется один главный тепловой пункт, распределяющий тепло и дополнительные теплообменники для каждого потребителя установленные уже в ИТП жилых домов.

От котельной к центральному тепловому пункту, где установлен главный теплообменник, тепло подается в жестком, фиксированном тепловом режиме – например 95 градусов на подаче и теоретически 70 градусов на обратке. В котельной не нужна автоматика и операторы, мощность насосов и диаметр труб тепловой сети могут быть гораздо меньше, утечек в контуре котлов нет по своей природе. Иногда теплообменник большой мощности устанавливают непосредственно в системе отопления котельной, тогда контур получается двойным и в котлах, из-за малого объема теплоносителя во внутреннем контуре, отсутствует накипь, котлы служат вечно.

Блочный тепловой пункт, спроектированный для работы в независимой системе теплоснабжения и горячего водоснабжения с теплообменниками

Установив теплообменник в системе отопления, потребитель получает возможность влиять на температуру в квартире, сколько нужно каждому столько и возьмет, конечно, если в квартире на батареях тоже установлены регулирующие приборы. Выгода для всех налицо.

Как подключить теплый пол к системе отопления через теплообменник.

Нужен теплообменник и для теплого пола. Если вы, например, захотите сделать теплый пол, врезав его в систему отопления без теплообменника вы оставите весь дом без тепла, тепла на полы пойдет немного, но вот вода – теплоноситель будет циркулировать только через ваш пол и не пойдет к соседям, она «лентяй» и идет по самому короткому пути.

Недостаток установки теплообменника в систему отопления только один, увеличение затрат на первоначальном этапе монтажа, но он с лихвой перекрывается всеми ее достоинствами.

Зависимую систему отопления легко модернизировать в независимую систему, путем установки дополнительного теплообменника с регулирующей аппаратурой. Правда, делать это придется одновременно во всем районе, подключенном к вашей котельной. Зато так вы сможете сэкономить до 40 процентов на оплату тепла, по сравнению с вашими сегодняшними затратами без установки такого нужного теплообменника в системе отопления.

Источник

Назначение теплообменников

Теплообменник – прибор, главная функция которого заключается в передаче тепловой энергии от одной рабочей среды к другой. В качестве теплоносителя может выступать газообразное вещество, кислоты и щелочи, пар, вода и различные растворы.

Самыми популярными на сегодняшний день теплообменными аппаратами признаны пластинчатые установки. Их успешно применяют в следующих сферах:

Использование теплообменников в разных системах

Зачем нужен теплообменник? Область эксплуатации данных устройств можно разделить на несколько категорий: промышленность, коммунальное хозяйство и бытовые нужды. В каждом случае установка будет отличаться материалом исполнения, габаритами и мощностью, а также циркулирующими рабочими средами.

В системе отопления

Теплообменное оборудование в системе отопления позволяет значительно снизить расход ресурсов и добиться высокой степени контроля и регулировки процесса.

Система отопления может быть:

Зачем нужен теплообменник в системе отопления? Он разделяет единую конструкцию на две части: одна из них относится к поставщику, а другая – к потребителю тепла. Аппарат служит промежуточной станцией, через которую проходит горячая вода с различными примесями: антифриз, масло и иные компоненты.

Теплообменник в ИТП

Использование пластинчатого оборудования для автоматизации индивидуального теплового пункта позволяет снизить потери энергии до 40% за счет высокой эффективности установки.

Независимая система отопления состоит из главного пункта, который распределяет тепло между разными объектами, и дополнительных теплообменников, установленных в индивидуальном тепловом пункте, откуда тепло поступает к конечному потребителю. Наличие теплообменной конструкции в данной схеме – возможность для владельца квартиры регулировать температурный режим в помещении. Он не будет потреблять излишки тепла, что приводит к значительной экономии ресурсов.

В системе горячего водоснабжения

Усиление мощности кожухотрубного теплообменника возможно лишь за счет большей ширины и длины змеевика, что сказывается отрицательно на размерах корпуса. Громоздкая конструкция занимает много места и неудобна в монтаже. Пластинчатый теплообменник, габариты которого в 3 раза меньше, позволяет получить аналогичную производительность.

В котельной

Обыденная практика – использование в котельных двух видов теплообменников. Это средство защиты от гидроударов, химических и механических примесей, перепада высот. Независимые контуры позволяют осуществлять автономный контроль и регулировку каждой конструкции. В таком случае продолжительность эксплуатации котлов значительно увеличивается, накипь на стенках прибора не скапливается.

Использование теплообменных устройств в промышленности

Теплообменники имеют разнообразное технологическое значение. Можно разделить все модели на две большие категории:

По основному применению модели классифицируют на группы:

Их применение широко востребовано в разных отраслях промышленности. Внедрение в технологический процесс прибора позволяет значительно ускорить работу и увеличить эффективность.

Использование разного вида рабочих сред

Грамотно подобранный теплоноситель способен значительно повысить производительность работы.

Водяной пар

Одним из широко распространенных теплоносителей является перегретый (насыщенный) водяной пар. Он обладает рядом достоинств: высокая интенсивность теплоотдачи, легкое транспортирование по трубам, возможность регулировать температуру. Чаще всего данный вид теплоносителя применяют в технологических процессах с многократным испарением, когда выпариваемый продукт направляется в подогреватели или другие выпарные установки.

Горячая жидкость

Не менее распространены в качестве агентов, циркулирующих по теплообменнику – горячие жидкости и вода. Они отличаются менее интенсивным подогревом и стабильно снижающейся температурой носителя.

Для пара и воды характерен один значительный недостаток: с повышением температуры происходит резкий рост давления в системе. На пищевых производствах аппараты не могут работать при температуре выше 160°С.

Масляный раствор

Масляный обогрев целесообразен в консервной промышленности, он позволяет эксплуатировать теплообменник при 200°С.

Горячий воздух и газ

Газ и горячий воздух (максимальная температура 300-1000°С) используются в сушильных устройствах и печах. Газообразные вещества имеют много недостатков: их трудно транспортировать и контролировать по температурному параметру, они обладают низким коэффициентом теплообмена, а топочные газы сильно загрязняют поверхность теплообменника.

Выбор промышленного теплообменного оборудования

Для эффективного выполнения задач в промышленности теплообменник должен соответствовать требованиям технологического процесса:

Второй важный критерий отбора – экономичность и производительность прибора, сочетание высокой интенсивности теплообмена с сохранением необходимых гидравлических показателей устройства.

Эксплуатация разных видов теплообменных устройств в промышленности

Применение теплообменников может быть построено по следующим направлениям:

Исходя из поставленных задач, можно выбрать оптимальную модель прибора по мощности, конструкции и иным параметрам.

Пластинчатый теплообменный аппарат

Оборудование с пластинами может быть использовано в разных отраслях промышленности, в том числе пищевой. Его использование экономически целесообразно при пастеризации молока и сока, которое происходит в три шага. Подогретый на третьей стадии раствор используется как горячий теплоноситель для подогрева на двух остальных этапах. Это позволяет значительно экономить ресурсы.

Не менее распространены пластинчатые модели при обогреве паром с низким давлением. Данный прибор не пригоден для функционирования в условиях высокого давления из-за большой вероятности разгерметизации уплотнительных прокладок между пластинами.

Труба в трубе

Оборудование, которое имеет небольшую площадь теплообмена и применяется только в установках малой мощности для передачи энергии в средах «газ-жидкость».

Спиральные конструкции

Приборы применяются для взаимодействия рабочих сред «жидкость-жидкость». В качестве агента нередко выступает пар.

Основное назначение теплообменника: конденсаторы пониженного давления. Если теплоноситель имеет твердые частицы, волокна и иные примеси, прибор устанавливают в горизонтальном положении для предотвращения скапливания веществ в нижней части установки.

Схема спирального теплообменника

Элементные модели

Теплообменник представляет собой нескольких секций, объединенных в одну конструкцию. Его активно эксплуатируют, когда необходимо работать с высоким давлением, или теплоносители циркулируют с одинаковой скоростью без изменения агрегатного состояния.

Кожухотрубный аппарат

Установка, в которой теплоносители движутся по трубам и в межтрубном пространстве. Для увеличения скорости процесса предусмотрены решетки и перегородки. Область применения: промышленность и транспортная сфера для нагрева, охлаждения и конденсации газообразных и жидких сред.

Витые приборы

Установки участвуют в разделении газовых смесей путем глубокого охлаждения в приборах высокого давления. Один из главных недостатков конструкции – трансформация под действием температурного напряжения.

Схема витого теплообменника

Графитовые теплообменные установки

Это незаменимое оборудование на ряде предприятий. Материал устройства устойчив к коррозии и отличается высокой теплопроводностью.

Схема графитового теплообменника

Заключение

Использование теплообменников в быту и промышленности экономически обосновано из-за ряда преимуществ. Установки увеличивают скорость технологического процесса, повышают его эффективность и снижают расход ресурсов.

Подобрать конкретную модель теплообменного аппарата можно по данной ссылке: https://proteplo.org/raschet-teploobmennika.

Добавлено: 29.11.2018 15:47:38

Еще статьи в рубрике Статьи на тему: Вентиляция, кондиционирование, отопление:

Источник

Теплообменники: устройство, виды и принцип работы

Работа теплообменников строится на взаимодействии греющей и нагреваемой среды с разными температурами. Существуют устройства, в которых одновременно с теплообменом происходит изменение состояния вещества, например, конденсация, испарение, смешение. Для разделения сложных смесей фазы меняются для обеих сред.

По принципу работы аппараты делятся на:

Контактные теплообменники (КТ) предназначены для нагрева и охлаждения различного рода жидких, газовых, твердых рабочих тел, конденсации паров, испарения (выпаривания) и кристаллизации. Их широко используют в промышленности. Например, их применяют для нагрева (охлаждения) воды газами и растворами; для нагрева (охлаждения) растворов с целью последующей кристаллизации растворенного компонента; для нагрева и охлаждения агрессивных растворов промежуточными теплоносителями, а также твердых частиц и тел газами и жидкостями. Контактные теплообменники используют в энергетических установках различных типов (для нагре-ва воды перед деаэрацией, в системах регенерации энергии в паротурбинных блоках и др.); в установках деминерализации и очистки сточных промышленных вод; в коммунальном хозяйстве для нагрева воды продуктами сгорания.

По функциональному назначению КТ можно разделить – на нагреватели, охладители, испарители (выпарные аппараты), конденсаторы, плавители, кристаллизаторы и др. В контактных теплообменниках процессы протекают как без изменения агрегатного состояния сред, так и с изменением его (испарители, конденсаторы, плавители).По принципу разделения жидкости смесительные аппараты бывают насадочные, каскадные, полые с разбрызгивателями и струйные.

Пример: Градирни (башни-”трубы” на ТЭС), охлаждающие большие объемы жидкости воздухом атмосферы

Преимущества: За счет простого устройства задействуется больше количества теплоты, чем в поверхностных теплообменниках

Недостатки: Технологический процесс должен разрешать смешения сред.

Источник

Что такое теплообменник в системе отопления

Немногие знают, как поступает горячая вода в дома и каким образом осуществляется центральное отопление. Одним из элементов этой большой сети являются теплообменники, которые работают как от небольших котельных, так и общегородских ТЭЦ.

Разберем подробнее, что такое теплообменник в системе отопления, как работает и особенности его выбора.

Стандартный разборный теплообменник

Что такое теплообменник и пластинчатый в частности

Теплообменник — это аппарат, задача которого передавать тепло от одной среды к другой без их смешивания. Есть два наиболее распространенных типа этого оборудования:

Кожухотрубные. Внутри находится комплект изолированных трубок, которые вставлены в кожух. Через него происходит циркуляция холодной воды, а нагревательным элементом выступают внутренние трубки, через которые проходит горячая жидкость.

Пластинчатые. Принцип работы тот же, но передатчиком тепла является комплект пластин. Они достаточно компактные, однако в эффективности теплообмена не уступают кожухотрубным теплообменникам.

Материал для изготовления пластинчатого теплообменника

Пластинчатые теплообменники могут быть нескольких типов:

Разборные представляют собой большое количество плоских элементов. Они легко разбираются для промывки и ремонта, поэтому многие ТЭЦ и ИТП используют именно этот вариант.

В основе паяных содержится комплект пластин, которые спаяны между собой. Поэтому собрать и разобрать устройство невозможно.

В полусварных теплообменниках пластины свариваются по парам. С внешней стороны устанавливаются уплотнения, а парные элементы привариваются между собой. Такой вариант часто используют в работе с агрессивными средами.

В сварных аппаратах все пластины свариваются между собой без добавления уплотнителей. Одна из жидкостей проходит по гофрированному каналу, а вторая — по трубчатому.

Главными элементами пластинчатого теплообменника являются комплект пластин и уплотнительные прокладки, которые расположены между пластинами. Выбор материалов зависит от среды, которую необходимо нагревать.

Пластины — главный элемент нагревательной системы

Устройство пластин

Внутренние пластины имеют одинаковый состав и устройство. Для теплообменников, используемых в коммунальной энергетике, в большинстве случаев применяется нержавеющая сталь типа AISI316.

Реже встречаются более дорогие металлы, например, титан или латунь. Такие материалы могут работать с агрессивными средами. К примеру, их можно найти в теплообменниках морских судов, где агрессивным элементом является морская вода.

Требования к прокладкам

Материал уплотнительных прокладок — это полимерные соединения, в составе которых преимущественно каучук. При выборе нужно учитывать агрессивность теплоносителей:

EPDM — пресная вода с гликолем;

Нитрил — жидкости с маслянистой средой, например, технические масла;

Витон — жидкости, которые нужно нагревать до температуры выше 100 градусов по Цельсию.

Принцип работы теплообменника

Пластины теплообменника имеют по 4 отверстия, по одному в каждом углу, которые предназначены для входа и выхода греющей и нагреваемой среды:

Одна пара необходима для прохождения первичного теплоносителя с высокой температурой, который подается с ТЭЦ.

Вторая пара — для вторичного теплоносителя, который подается, например, в систему отоплен

ия. Он изначально холодный, поэтому нагревается за счет первичной жидкости.

Для более интенсивного теплообмена, устройство каналов выполнено таким образом, что при прохождении теплоносителя внутри теплообменника создается турбулентное завихрение потока. Так достигается максимальное сопротивление течению, турбулентность потока уменьшает образование накипи на пластинах.

Преимущества паяного пластинчатого теплообменника

Паянный теплообменник имеет несколько основных достоинств наряду с другими типами устройств:

стоимость, в сравнении с разборным, — на 30% меньше;

конструкция выдерживает температуру до 200 градусов по Цельсию;

небольшой размер и масса, так как зажимов и уплотнительных прокладок нет;

подходит для установки в частном доме и подключению к котлу;

спайка проводится с добавлением никеля или меди, которые устойчивы к любым агрессивным средам.

Системы и особенности теплообмена: задача теплообменника

Пластинчатые теплообменники можно использовать в различных системах на промышленных объектах и жилых зданиях.

В многоэтажных домах преимущество отдается разборным аппаратам

В многоквартирном доме

В подключении систем отопления и горячего водоснабжения чаще участвует стандартный разборный аппарат. Причин его установки в многоквартирном доме несколько:

срок эксплуатации — от 25 лет, однако уплотнения необходимо менять каждые 5-10 лет;

устройство легко разбирается и поддается ремонту;

мощность можно регулировать самостоятельно, изменив количество пластин.

Такой вариант теплообменника для отопления подходит и для промышленных зон.

Самостоятельный ремонт теплового оборудования недопустим

В частном доме

В частном доме рекомендовано использовать паяный теплообменник по нескольким причинам:

подходит для агрессивной среды;

срок службы аппарата — 15 лет;

гарантирует высокий КПД, благодаря минимальной потере тепловой энергии и высокому уровню теплоотдачи;

так как в конструкции нет уплотнений, протечки невозможны.

Сборка устройства достаточно проста и не занимает много времени.

Оборудование требует регулярную проверку уплотнителей и чистку от накипи

От чего зависит эффективность теплообменника

Качество работы оборудования зависит от:

объема энергии, необходимого для передачи;

организации ремонтных работ.

От этих параметров зависит общая стоимость оборудования и обслуживания, которые влияют на работу устройства.

Как правильно выбрать теплообменник

При установке аппарата в жилом доме требуется сделать детальный расчет. В него входят несколько характеристик:

площадь отапливаемых помещений или примерный расход горячей воды;

температура первичного теплоносителя;

температура холодной воды.

Расчеты проводятся компанией-поставщиком оборудования, которая на основе результатов предлагает варианты теплообменников, которые подойдут для использования в указанных целях.

Источник