Змеевиковый экономайзер

Введение

Теплообменник, теплообменный аппарат  — устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя  к холодному (нагреваемому). Теплоносителями  могут быть газы, пары, жидкости. В  зависимости от назначения теплообменные  аппараты используют как нагреватели  и как охладители. Применяется  в технологических процессах  нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

Процессы теплообмена имеют  большое значение в химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В теплообменных  аппаратах теплопередача от одной  среды к другой через разделяющую  их стенку обусловлена рядом факторов и является сложным процессом, который  принято разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию  и тепловое излучение. На практике эти  явления не обособлены, находятся  в каком-то сочетании и протекают  одновременно. Для теплообменников  наибольшее значение имеет конвективный теплообмен или теплоотдача, которая  осуществляется при совокупном и  одновременном действии теплопроводности и конвекции.

Процессы теплообмена осуществляются в теплообменных аппаратах различных  типов и конструкций.

По способу передачи тепла теплообменные  аппараты делят на поверхностные и смесительные. В поверхностных аппаратах рабочие среды обмениваются теплом через стенки из теплопроводного материала, а в смесительных аппаратах тепло передается при непосредственном перемешивании рабочих сред.

Смесительные теплообменники по конструкции  проще поверхностных: тепло в  них используется полнее. Но они пригодны лишь в тех случаях, когда по технологическим условиям производства допустимо смешение рабочих сред.

Поверхностные теплообменные аппараты, в свою очередь, делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных аппаратах теплообмен между различными теплоносителями происходит через разделительные стенки. При этом тепловой поток в каждой точке стенки сохраняет одно и то же направление. В регенеративных теплообменниках теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева. При этом направление теплового потока в каждой точке стенки периодически меняется. Рассмотрим рекуперативные поверхностные теплообменники непрерывного действия, наиболее распространенные в промышленности.

Основные  типы

Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую  стенку, и смесительные где теплоносители  контактируют непосредственно. Поверхностные  теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой.

• Поверхностные теплообменники

• Рекуперативные теплообменники

Рекуперативный теплообменник  — теплообменник, в котором горячий  и холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между  которыми происходит теплообмен. При  неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений  каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т.е процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными. В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также перекрестно-точными при взаимно перпендикулярном движении двух взаимодействующих сред.

Часто под  рекуперативным теплообменником ошибочно понимается рекуперативный противоточный  теплообменник. (В нём вместо уравнивания  температурных потенциалов происходит их обмен, потери могут составлять до 30 %).

• Регенеративные теплообменники

В регенеративных поверхностных теплообменниках  теплоносители (горячий и холодный) контактируют с твердой стенкой  поочерёдно. Теплота накапливается  в стенке при контакте с горячим  теплоносителем и отдаётся при контакте с холодным.

• Смесительные теплообменники

Смесительный теплообменник (или  контактный теплообменник) — теплообменник, предназначенный для осуществления  тепло- и массообменных процессов путем прямого смешивания сред (в отличие от поверхностных теплообменников). Наиболее распространены пароводяные струйные аппараты ПСА — теплообменники струйного типа, использующие в своей основе струйный инжектор. Смесительные теплообменники конструктивно устроены проще, нежели поверхностные, более полно используют тепло. Однако, пригодны они лишь в случаях, когда по технологическим условиям производства допустимо смешение рабочих сред. Большое применение контактные теплообменники находят в установках утилизации тепла дымовых газов, отработанного пара и т.п.

• Кожухотрубчатые теплообменники

Основными элементами кожухотрубчатых теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крышки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решетках развальцовкой, сваркой и пайкой.  
Для увеличения скорости движения теплоносителей с целью интенсификации теплообмена нередко устанавливают перегородки, как и трубном, так и межтрубном пространствах. 

Кожухотрубчатые теплообменники могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными в соответствии с требованиями технологического процесса или удобства монтажа. В зависимости от величины температурных удлинений трубок и корпуса применяют кожухотрубчатые теплообменники жесткий, полужесткой и нежесткой конструкции. 

Аппараты жесткой конструкции  используют при сравнительно небольших  разностях температур корпуса и  пучка труб; эти теплообменники отличаются простотой устройства.  
В кожухотрубчатых теплообменниках нежесткой конструкции предусматривается возможность некоторого независимого перемещения теплообменных труб и корпуса для устранения дополнительных напряжений от температурных удлинений. Не жесткость конструкции обеспечивается сальниковым уплотнением на патрубке или корпусе, пучком U образных труб, подвижной трубной решеткой закрытого и открытого типа.  
В аппаратах полужесткой конструкции температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением специальных компенсаторов, установленных па корпусе. Полужесткая конструкция надежно обеспечивает компенсацию температурных деформаций, если они не превышают 10—15 мм, а условное давление в межтрубном пространстве составляет не более 2,5 кгс/см2 . 

• Элементные (секционные) теплообменники

Эти теплообменники состоят из последовательно  соединенных элементов—секций. Сочетание  нескольких элементов с малым  числом труб соответствует принципу многоходового кожухотрубчатого аппарата, работающего на наиболее выгодной схеме — противоточной. Элементные теплообменники эффективны в случае, когда теплоносители движутся с соизмеримыми скоростями без изменения агрегатного состояния. Их также целесообразно применять при высоком давлении рабочих сред. Отсутствие перегородок снижает гидравлические сопротивления и уменьшает степень загрязнения межтрубного пространства. Однако по сравнению с многоходовыми кожухотрубчатыми теплообменниками элементные теплообменники менее компактны и более дороги из-за увеличения числа дорогостоящих элементов аппарата—трубных решеток, фланцевых соединений, компенсаторов и др. Поверхность теплообмена одной секции применяемых элементных теплообменников составляет 0,75—30 м2, число трубок — от 4 до 140.

• Двухтрубные теплообменники типа “труба в трубе”

Теплообменники этого типа состоят  из ряда последовательно соединенных  звеньев. Каждое звено представляет собой две сносные трубы. Для  удобства чистки и замены внутренние трубы обычно соединяют между  собой «калачами» или коленами. Двухтрубные  теплообменники, имеющие значительную поверхность нагрева, состоят из ряда секций, параллельно соединенных  коллекторами. Если одним из теплоносителей является насыщенный пар, то его, как  правило, направляют в межтрубное (кольцевое) пространство. Такие теплообменники часто применяют как жидкостные или газожидкостные. Подбором диаметров  внутренней и наружной труб можно  обеспечить обеим рабочим средам, участвующим в теплообмене, необходимую  скорость для достижения высокой  интенсивности теплообмена.

Преимущества двухтрубного теплообменника: высокий коэффициент теплоотдачи, пригодность для нагрева или  охлаждения сред при высоком давлении, простота изготовления, монтажа и  обслуживания.

Недостатки двухтрубного теплообменника — громоздкость, высокая стоимость  вследствие большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене, сложность очистки кольцевого пространства.

• Паяный теплообменник

Самое эффективное и производительное оборудование в области теплопередачи. Паяные пластинчатые теплообменники предназначены  для хладоснабжения, теплоснабжения и другого промышленного применения. Модельный ряд паяных теплообменников очень широкий.

Основные преимущества паяных теплообменников: 
— компактность 
— самоочистка рабочих поверхностей 
— максимальная эффективность 
— минимальные внутренние объемы 
— высокое рабочее давление 
— высокая прочность