表面式换热器的优势及使用方法

在空气的热湿交换中，另一类广泛使用的热湿交换设备是表面式换热器，它包括空气加热器和表面式冷却器两种。

2.1　表面式换热器的构造、安装和运行调节

2.1.1　表面式换热器的构造

表面式换热器是一些金属管的组合体。管中通有与空气进行热湿交换的热煤或冷煤，通过金属的外表面与空气进行热湿交换。由于空气侧的表面传热系数小于管内的热煤或冷煤的表面传热系数，为了增强表面式换热器的换热效果，降低金属耗量和减小换热器的尺寸，通常采用肋片管来增大空气一侧的传热面积，达到增强传热的目的，其构造如图9.4所示。

图9.4　肋片管式换热器

根据加工方法不同肋片管又可分为绕片管、串片管和轧片管等，如图9.5所示。皱褶式肋片管是用绕片机把铜带或钢带紧紧地缠绕在管子上制成，如图9.5（a） 。皱褶绕片既增加了肋片与管子之间的接触面积，又可使空气流过时的扰动增加，从而提高了肋片管的传热系数。但是，皱褶会使空气流过肋片管的阻力增加，而且容易积灰，不易清理。为了消除肋片管与管子接触处的间隙，可将这种换热器浸镀锌、锡。浸镀锌、锡还能防止金属生锈。如图9.5（b）的绕片没有皱褶，它们是用延展性好的铝带缠绕在钢管上制成。串片管是把事先冲好管孔的肋片与管束在一起，通过胀管处理使管壁与肋片紧密地结合在一起，如图9.5（c）。轧片管是用轧片机在光滑的铜管或铝管表面轧制出肋片制成，如图9.5（d），由于轧片和管子是一个整体，没有缝隙产生接触热阻，轧片管的传热性能很好。但是，轧片管的肋不能太高，管壁也不能太薄。如图9.5（e）的二次翻边片（即在管孔处翻两次边）可进一步强化外侧的热交换系数，并可提高胀管的质量。

图9.5　各种肋片管式换热器的构造

为尽量提高肋管式换热器的传热性能，除肋式管加工中尽量保证接触紧密设计中优化各种结构参数，应用亲水性表面处理技术外，还应着力提高管内、外侧的热交换系数。强化管外侧换热的主要措施包括用二次翻边片代替一次翻边片，用波纹片、条缝片和波形冲缝片等新型肋片代替平片。强化管内侧换热最简单的措施则是采用内螺纹管。研究表明，采用上述措施后可使表面式换热器的传热系数提高10%～70%。

2.1.2　表面式换热器的安装

表面式换热器可以垂直、水平和倾斜安装。对于用蒸汽作热煤的空气加热器，水平安装时，为了排除凝结水，应当考虑有i=0.01的坡度。对于表冷器，在垂直安装时必须使肋片处于垂直位置，以免肋片积水增加空气的阻力和降低传热系数。为了接纳凝结水并及时将凝结水排走，表冷器的下部应当设置滴水盘和排水管，如图9.6所示。

图9.6　滴水盘和排水管的安装

表面式换热器在空气流动方向上可以并联、串联或既有并联又有串联。多个表面式换热器组合时，空气量大时采用并联；要求空气的温升或温降大时采用串联。表面式换热器冷、热煤管路也有并联与串联之分。对于使用蒸汽作热煤的表面式换热器，因为进口余压一定，蒸汽管路与各台换热器之间只能并联。一般相对于空气来说，并联的冷却器其冷水管路也必须并联，串联的冷却器其冷水管路也必须串联，如图9.7所示。

图9.7　表面式换热器的管路连接

为使冷、热煤与空气之间有较大温差，最好让空气与冷、热煤之间按逆交叉流型流动。为便于使用和维修，冷、热煤管路上应装设阀门、压力表和温度计。在蒸汽加热器的管路上还应设蒸汽压力调节阀和疏水器。为保证换热器正常工作，在水系统最高点应设排气阀，在最低点则应设泄水、排污阀门。

2.1.3　表面式换热器的运行调节

表面换热器的换热量是在设计工况下确定的，如果工况发生变化，就必须对换热量进行调节，以满足工艺的需要。

表面换热器的换热量的调节主要方法有以下几个方法。

①调节热煤流量：在热煤参数不变的前提下，通过调节换热器的热煤入口阀门的开启度来调节热煤流量，从而调节表面换热器的换热量。(www.xing528.com)

②调节热煤参数：在热煤流量不变的前提下，通过调节热煤参数（温度）来调节表面换热器的换热量。

③调节旁通风量：通过调节设置在换热器上部或侧部的旁通风门的开启度来控制通过换热器的风量的大小，从而调节表面换热器的换热量。

2.2　电加热器

电加热器是让电流通过电阻丝发热而加热空气的设备。具有结构紧凑、加热均匀、热量稳定、控制方便的优点。但是电加热利用的是高品位的热能，它只宜在一部分空调机组和小型空调系统中使用，在恒温精度要求较高的大型空调系统中，也常用电加热器控制局部加热或末级加热使用。

常用的电加热器有裸线式和管式两种。裸线式电加热器由裸露在空气中的电阻丝构成，通常做成抽屉式以便于维修；裸线式电加热器的优点在于热惰性小，加热迅速，结构简单。管式电加热器是由管状电热元件组成，如图9.8所示，它是把电阻丝装在特制的金属套管内，套管中填充有导热性好、但不导电的材料；这种电加热器的优点是加热均匀，热量稳定，使用安全，缺点是热惰性大，结构也比较复杂。

图9.8　管式电加热器

1—接线端子；2—瓷绝缘子；3—紧固装置；4—绝缘材料；5—电阻丝；6—金属套管

为了确保安全，设计电加热系统特别是采用裸线式电加热器时，必须满足下列要求。

①电加热器宜设在风管中，尽量不要放在空调器内；电加热器应与送风机连锁。

②安装电加热器的金属风管应有良好的接地；在电加热器后的风管中应安装超温保护装置。

③电加热器前后各0.8 m范围内的风管，其保温材料均应采用绝缘的非燃烧材料。

④安装电加热器的风管与前后风管连接法兰中间须加绝缘材料的衬垫，同时也不要让连接螺栓传电。

⑤暗装在吊顶内风管上的电加热器，在相对于电加热器位置处的吊顶上开设检修孔。

电加热器功率的确定：

式中：N——电加热器的功率，kW；

　　　L——送风量，m3/h；

　　　η——电加热器的效率，η =0.85～0.9，一般取η =0.85；

　　　Δt——电加热器中要求的空气温升，℃。