换热器：表面式壳管式汽-水换热器的特点和应用

换热器是用来把温度较高流体的热能传递给温度较低流体的一种热交换设备。

热水换热器，根据参与热交换的介质的不同，换热器可分为汽-水（式）换热器和水-水（式）换热器；根据换热方式的不同，热水换热器可分为表面式换热器（被加热热水与热媒不直接接触，通过金属壁面进行传热，如壳管式、容积式、板式和螺旋板式换热器等）和混合式换热器（冷热两种介质直接接触，进行热交换，如淋水式、喷管式换热器等）。目前供热系统常用的表面式水加热器有用蒸汽作为热媒的汽-水式换热器，也有用高温水作为热媒的水-水式换热器。

（一）表面式换热器

1.壳管式换热器

（1）壳管式汽-水换热器

①固定管板式汽-水换热器。这种换热器的典型构造示意图如图11-7（a）所示。它是由带有蒸汽进出口连接短管的圆柱形外壳1，多根管子所组成的管束2，固定管束的管栅板3，带有被加热水进出口连接短管的前水室4及后水室5组成。蒸汽从管束外表面流过，被加热水在管束内流过，两者通过管束的壁面进行热交换。为了增加流体在管外空间的流速，强化传热，通常在前水室、后水室间加折流隔板，使管束中的水由单行程变成二行程、多行程，为便于检修，行程通常取偶数，使进出水口在同一侧。主要优点是结构简单、造价低、制造方便和壳体内径小；缺点是壳体与管板连在一起，由于热膨胀不同会引起管子扭弯，或使管栅板与壳体之间、管束与管栅板之间开裂，造成泄漏；管间污垢的清洗也较困难。适用于温差小、单行程、压力不高以及结垢不严重的场合。

图11-7　壳管式汽-水换热器

（a）固定管板式汽-水换热器 （b）带膨胀节的壳管式汽-水换热器（c）U形壳筲式汽-水换热器 （d）浮头壳管汽-水换热器
1—外壳；2—管束；3—固定管栅板；4—前水室；5—后水室；6—膨胀节；7—浮头；8—挡板；9—蒸汽入口；10—凝水出口；11—汽侧排气管；12—被加热水出口；13—被加热水入口；14—水侧排气管

②带膨胀节的壳管式汽-水换热器。 图11-7（b）是带膨胀节的壳管式汽-水换热器构造示意图。这种换热器克服了上述的缺点，但制造要复杂些。

③U形壳管式汽-水换热器。U形管式换热器构造示意图如图11-7（c）所示。它是将换热器换热管弯成U形，两端固定在同一管板上，因此，每个换热管可以自由地伸缩，解决了热膨胀问题，同时管束可以随时从壳体中整体抽出进行清洗。但其管内无法用机械方法清洗，管束中心部位的管子拆卸不方便。U形壳管式汽-水换热器多用于温差大、管束内流体较干净、不易结垢的场合。

④浮头式壳管汽-水换热器。浮头式壳管汽-水换热器构造示意图如图11-7（d）所示。一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由浮动，不相连的一头称为浮头，即使两介质温差较大，管束和壳体之间也不产生温差应力。浮头端可拆卸，便于检修和清洗。但其结构较复杂。

（2）壳管式水-水换热器

①分段式水-水换热器。分段式水-水换热器是由带有管束的几个分段组成，各段之间用法兰连接。每段采用固定管板，外壳上设有波形膨胀节，以补偿管子的热膨胀。为了便于清除水垢，被加热水（水温较低）在管内流动，而加热用热水（水温较高）在管外流动，且两种流体为逆向流动，传热效果较好。分段式水-水换热器的构造示意图如图11-8所示。

图11-8　分段式水-水换热器的构造示意图

②套管式水-水换热器。套管式水-水换热器是由若干个标准钢管做成的套管焊接而成，形成“管套管”的型式，是一种最简单的壳管式。与分段式水-水换热器一样，为提高传热效果，换热流体为逆向流动。套管式水-水换热器构造示意图如图11-9所示。

图11-9　套管式水-水换热器的构造示意图

2.容积式换热器

容积式换热器分为容积式汽-水换热器和容积式水-水换热器。容积式换热器有一定的储水作用，传热系数小，热交换效率低。图11-10为容积式汽-水换热器的构造示意图。(www.xing528.com)

3.板式换热器

板式换热器是一种传热系数高、结构紧凑、容易拆卸、热损失小、不需保温、重量轻、体积小，适用范围大的新型换热器。板式换热器缺点是板片间截面积较小，易堵塞，且周边很长、密封麻烦、容易渗漏、金属板片薄、刚性差。不适用于高温高压系统，主要应用于水-水换热系统。

图11-10　容积式汽-水换热器

板式换热器是由许多平行排列的传热板片叠加而成，板片之间用密封垫密封，冷、热水在板片之间的间隙里流动。换热板片的结构形式有很多种，我国目前生产的主要是“人字形片板”，它是一种典型的“网状板”板片如图11-11，左侧上下两孔通加热流体，右侧上下两侧通被加热流体。板片的形状既有利于增强传热，又可以增大板片的钢性。为增大换热效果，冷、热水应逆向流动。

板片之间密封垫形式如图11-12所示。

图11-11　人字形换热板片

图11-12　密封垫片

（二）混合式换热器

1.淋水式换热器

淋水式换热器是由壳体和带有筛孔的淋水板组成的圆柱形罐体，淋水式换热器的示意图如图11-13所示。

图11-13　淋水式加热器示意图

淋水式加热器的特点是容量大，可兼作膨胀水箱起储水、定压作用；由于汽水之间直接接触换热，换热效率高。由于采用直接接触式换热，凝结水不能回收，增加了集中供热系统热源处的水处理量。由于不断凝结的凝水，使加热器水位升高，通常设水位调节器控制循环水泵将多余的水送回锅炉。

2.喷管式汽-水换热器

喷管式加热器的构造如图11-14所示，被加热水从左侧进入喷管，蒸汽从喷管外侧，通过在管壁上的许多向前倾斜的喷嘴喷入水中，在高速流动中，蒸汽凝结放热，变成凝结水；被加热水吸收热量，与凝水混合。喷射式汽-水换热器可以减少蒸汽直接通入水中产生的振动和噪声。为保证蒸汽与水正常混合，要求使用的蒸汽压力至少应比换热器入口水压高0.1 MPa以上。

图11-14　喷管式汽-水加热器

1—外壳；2—多孔喷管；3—泄水阀；4—网盖；5—填料

喷管式汽-水换热器的构造简单、体积小、加热效率高、安装维修方便及运行平稳、调节灵敏，但其换热量不大，一般只用于热水供应和小型热水采暖系统上。应根据额定热水流量的大小选择喷管式加热器，直接由产品样本或手册选择型号及接管直径。用于采暖系统时，多设于循环水泵的出水口侧。