Теплообменное оборудование промышленных предприятий

Классификация теплообменников

по назначению,
по способу передачи теплоты,
по роду применяемых теплоносителей,

По назначению

подогреватели,
испарители,
конденсаторы,
холодильники,
радиаторы,
калориферы и т. д.

По способу передачи теплоты
Рекуперативные ТО - передача теплоты происходит непрерывно во

По роду применяемых теплоносителей рекуперативные ТО различают:

парожидкостные,
жидкостно–жидкостные,
газожидкостные,
газо–газовые.

Схемы движения теплоносителей

а – прямоток; б – противоток; в – однократный

По характеру температурного режима

с установившимся (стационарным) тепловым режимом
с неустановившимся

По температурному уровню

высокотемпературные
среднетемпературные
низкотемпературные
криогенные

К высокотемпературным относят огнетехнические процессы и установки (например, промышленные печи),

По форме поверхности нагрева

Трубчатые:
труба в трубе
кожухотрубные (из оребрённых

ТО типа «труба в трубе»

ТО типа «труба в трубе»

Водоводяной подогреватель типа «труба в трубе»

Кожухотрубный водоводяной ТО

Кожухотрубный ТО

ТО из оребрённых труб

Типы оребрённых поверхностей нагрева

 Чугунные трубы с квадратными ребрами
φр =

Степень оребрения и коэффициент компактности

Увеличение поверхности теплообмена по стороне газов за

Оребрённые трубы

Спиральное ореберение

ТО с U-образными трубками

Спиральный ТО для пищевой промышленности

Геликоидные теплообменники

Пластинчатый ТО

Пластинчатый теплообменник

Пластины с гофрами

«Уралхиммаш»,
«Розенблад»

«Альфа-Лаваль» «Хисака»

Теплоносители

Теплоносители – это рабочие среды, протекающие в ТОА
По агрегатному состоянию: газообразные,

Критерии выбора теплоносителей

дешевизна
экологичность
безопасность использования
доступность
тепловая эффективность

Теплофизические свойства

теплоёмкость С , кДж/(кг·°С) – количество теплоты, необходимое для нагревания

Теплофизические свойства

вязкость: кинематическая ν , м2/с ,
динамическая μ=ν·ρ , Па·с

Идеальный теплоноситель

Теплоёмкость - максимальная
Теплопроводность – максимальная
Плотность - максимальная
Вязкость – минимальная
Скрытая теплота

Самые распространённые теплоносители: вода и воздух
Характеризуются не очень

Рекомендуемые скорости теплоносителей в каналах теплообменников

Процессы, протекающие в ТОА

Процессы тепло- и массообмена
Три вида переноса теплоты:

Основные законы теплообмена

Теплопроводность – закон Фурье
q = – λ∙gradt
Конвекция – закон

Принципиальная схема ТЭЦ

Парожидкостные ТО

ПНД

ПВД

Подогреватель низкого давления

ПНД

1 – патрубок для входа пара;
2 – направляющие перегородки;
3,

Горизонтальный ПНД

Подогреватель высокого давления

Маслоохладитель

Горизонтальный МО с сегментными перегородками

Жидкостно-жидкостные ТО

МО с перегородкой «диск-кольцо»

МО с подвижной нижней водяной камерой

Спиральный ТО

Газожидкостные ТО

Ступень экономайзера из гладких труб

Промежуточный воздухоохладитель компрессорных установок

1 – трубный пучок; 2 – корпус; 3,4

Теплообменник воздушного охлаждения

1 – теплообменная секция; 2 – вентилятор с приводом;

Воздухоохладитель системы кондиционирования воздуха

Конструкции калориферов

а – оребрённые сплошными пластинами на круглых трубках;
б –

Газо-газовые ТО

Трубчатый котельный воздухоподогреватель:
1 – трубный пучок; 2, 3 –

Пластинчатый воздухоподогреватель

Компоновка ПВП

Форма каналов

Регенеративный воздухоподогреватель

1 – вал ротора; 2 – подшипники; 3 – электродвигатель;

Регенеративные ТО

Регенеративный воздухоподогреватель с кирпичной насадкой
типа “Каупер” для мартеновских

Смесительные ТО

Полый скруббер

Скруббер с насадкой

Типы насадок

a – кольца Рашига; б –кольца с перегородками; в –

Струйный деаэратор

1 – деаэраторная колонка; 2 – бак–аккумулятор; 3 – распределительный

Впрыскивающий пароохладитель

Градирня

Этапы расчёта теплообменных аппаратов

Тепловой расчёт
Конструктивный расчёт
Гидравлический расчёт
Расчёт на прочность

Цель теплового расчёта

 Цель – определить поверхность нагрева теплообменника (из уравнения теплопередачи)
Основной

Тепловая нагрузка (мощность)

Тепловая нагрузка Q определяется, как правило, по стороне нагреваемой

Тепловая мощность ПЖТО

Для процессов, протекающих с изменением агрегатного состояния одного из

Коэффициент теплопередачи

Коэффициент теплопередачи
α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи, соответственно, от

Коэффициент теплоотдачи

Коэффициенты теплоотдачи рассчитываются через критерий Нуссельта
,
который в свою

Для парожидкостных теплообменников коэффициент теплоотдачи от пара к стенке определяется по

Для газо-газовых теплообменников формула для определения коэффициента теплопередача упрощается в связи

Температурный напор

Среднелогарифмический температурный напор определяется как
– определяются из температурного графика (в

В парожидкостных теплообменниках температура греющей среды (насыщенного пара) постоянна, и график

В общем случае, температурный напор определяется схемой движения теплоносителей

Прямоток

Противоток

Два преимущества противотока

Границы применения формул

→ логарифмический

Поверхность нагрева

После определения тепловой нагрузки, коэффициента теплопередачи и температурного напора из

Цель конструктивного расчёта

Определение геометрических характеристик:
длина труб
количество труб
число ходов
диаметр корпуса аппарата
диаметр

Цель гидравлического расчёта

Определение:
потерь напора на трение
потерь напора на

График Никурадзе

Формулы для расчёта коэффициента сопротивления трению

Коэффициенты местных сопротивлений для отдельных элементов теплообменных аппаратов  

Схема для гидравлического расчёта ПНД

Схема для гидравлического расчёта ПВД

Расчёт на прочность

Порядок расчёта на примере парожидкостного теплообменника жёсткой конструкции:
расчёт