《蒸发式冷凝器分析》PPT课件

蒸发式冷凝器蒸 发 式 冷 凝 是 效 率 最 高 的 冷 凝 方 式-美 国 ASHARE系 统 与 设 备 手 册 ， 第 35章 1 蒸 发 冷 凝 技 术 的 研 究 状 况2 蒸 发 式 冷 凝 器 的 分 类3 板 式 蒸 发 式 冷 凝 器 传 热 性 能 分 析4 蒸 发 式 冷 凝 器 与 风 冷 、 水 冷 机 组 及 蒸 发 冷 却 对 比5 蒸 发 式 冷 凝 在 实 际 中 的 应 用6 总 结 蒸发冷凝技术的发展 自 上 世 纪 7 0 年 代 板 式 换 热 器 在 制 冷 装 置 中 得 到 应 用 以 来 ,已经 日 益 受 到 人 们 的 重 视 ,特 别 是 许 多 发 达 国 家 ,如 澳 大 利 亚、 美 国 、 日 本 以 及 欧 洲 各 国 等 都 非 常 重 视 制 冷 用 板 式 换 热器 的 研 究 和 应 用 ,世 界 上 一 些 著 名 的 制 冷 公 司 如 约 克 、 开 利及 日 立 等 也 相 继 在 制 冷 装 置 中 采 用 板 式 换 热 器 。 在 我 国 ,制 冷 用 板 式 换 热 器 的 研 究 及 应 用 尚 处 于 起 步 阶 段 ,与 国 外 相 比 ,我 国 在 这 一 领 域 的 研 究 相 对 比 较 滞 后 。 蒸发式冷凝器的分类 蒸 发 式 冷 凝 器 按 风 机 的 操 作 不 同 可 分 为 鼓 风 式 和 吸风 式 (目 前 大 多 数 采 用 此 类 风 机 ) ,从 其 换 热 的 核 心 部 件 的结 构 分 为 管 式 蒸 发 式 冷 凝 器 和 板 式 蒸 发 式 冷 凝 器 两 大 类 。 管 式 蒸 发 式 冷 凝 器 又 可 以 分 为 水 平 管 式 与 立 管 式 两类 ,目 前 工 业 上 应 用 最 多 是 水 平 管 式 蒸 发 式 冷 凝 器 ,通 过改 变 换 热 盘 管 管 型 结 构 以 达 到 强 化 传 热 的 蒸 发 式 冷 凝 器称 之 为 异 型 管 蒸 发 式 冷 凝 器 ;将 换 热 盘 管 与 其 他 换 热 单 元体 结 合 起 来 构 成 的 蒸 发 式 冷 凝 器 还 有 填 料 蒸 发 式 冷 凝 器与 鼓 泡 蒸 发 式 冷 凝 器 。 目 前 ,在 传 统 的 换 热 器 研 究 及 应 用 中 ,已 形 成 了 一 种“ 以 板 代 管 ” 的 趋 势 。 蒸发式冷凝器板 管 蒸 发 式 冷 凝 技 术 示 意 图 及 工 作 原 理（ 1） 蒸 发 式 冷 凝 器 是 以 水 和 空 气 作 冷 却 介质 ， 利 用 水 的 蒸 发 带 走 汽 态 制 冷 剂 的 冷 凝热 。（ 2） 工 作 时 冷 却 水 由 水 泵 送 至 冷 凝 管 组 上 部喷 嘴 ， 均 匀 地 喷 淋 在 冷 凝 排 管 外 表 面 ， 形成 一 层 很 薄 的 水 膜 ， 高 温 汽 态 制 冷 剂 由 冷凝 排 管 组 上 部 进 入 ， 被 管 外 的 冷 却 水 吸 收热 量 冷 凝 成 液 体 从 下 部 流 出 ， 吸 收 热 量 的水 一 部 分 蒸 发 为 水 蒸 汽 ， 其 余 落 在 下 部 集水 盘 内 ， 供 水 泵 循 环 使 用 ， 风 机 强 迫 空 气以 3-5m/s的 速 度 掠 过 冷 凝 排 管 促 使 水 膜 蒸 发 ， 强 化 冷 凝 管 外 放 热 ， 并 使 吸 热 后 的 水滴 在 下 落 的 进 程 中 被 空 气 冷 却 ， 蒸 发 的 水蒸 汽 随 从 空 气 被 风 机 排 出 ， 未 被 蒸 发 的 水滴 被 脱 水 器 阻 挡 猪 落 回 水 盘 。（ 3） 水 盘 中 设 浮 球 阀 ， 自 动 补 充 冷 却 水 量 。 冷 却 水 用 循 环 水 泵 压 送 到 竖 直 排 列 的 冷 凝 板 束 的 上 方 ,经 喷 嘴 或 其 他喷 淋 装 置 喷 洒 到 板 束 上 ,当 制 冷 压 缩 机 排 出 的 过 热 蒸 汽 进 入 冷 凝 换 热 板内 时 ,冷 却 循 环 水 连 续 不 断 地 喷 淋 在 换 热 板 外 侧 ,在 冷 凝 板 片 的 外 表 面形 成 水 膜 而 流 下 ,水 膜 从 冷 凝 板 壁 吸 取 制 冷 剂 的 热 量 后 ,在 蒸 发 作 用 下 ,部 分 水 蒸 发 为 蒸 汽 ,被 快 速 流 动 的 空 气 带 走 ,这 样 就 有 效 地 利 用 水 的 蒸发 潜 热 ,以 较 少 的 水 达 到 板 内 制 冷 剂 气 体 冷 凝 冷 却 的 目 的 ,增 强 传 热 效果 。 空 气 的 作 用 主 要 是 将 冷 凝 板 片 外 面 受 热 蒸 发 的 水 蒸 汽 带 走 ,当 空 气的 温 度 低 于 水 温 时 ,它 还 可 以 起 一 定 的 冷 却 作 用 ,空 气 自 下 而 上 或 者 与喷 淋 水 成 交 叉 流 动 从 水 膜 表 面 吹 过 时 ,除 把 水 蒸 气 带 走 外 ,还 夹 带 一 部分 小 水 滴 。 为 了 减 少 水 的 吹 散 损 失 ,在 冷 凝 板 束 与 风 机 之 间 加 装 挡 水 板,它 的 作 用 是 尽 量 把 空 气 中 夹 带 的 水 滴 分 离 下 来 。 板式蒸发式冷凝器传热性能分析 液 体 在 重 力 作 用 下 薄 层 形 式 沿 壁 面 向 下 流 动 ， 称 为 液 体 薄 膜 流 。 它具 有 小 流 量 、 小 温 差 、 高 传 热 、 传 质 系 数 、 高 热 流 密 度 、 结 构 简 单 、 动力 消 耗 小 等 优 点 ， 其 传 热 传 质 的 特 点 ： 效 率 高 ， 强 度 大 ， 温 度 或 浓 度 梯度 小 ； 流 量 小 ， 消 耗 功 率 少 ； 液 -固 、 气 -液 相 之 间 的 接 触 面 积 大 ， 传 热传 质 充 分 ， 过 程 时 间 短 等 。 利 用 液 膜 进 行 传 热 传 质 已 经 成 为 动 力 、 化 工 、 食 品 等 工 业 中 最 重 要的 单 元 操 作 之 一 。 板 式 蒸 发 式 冷 凝 器 是 基 于 液 体 薄 膜 流 传 热 传 质 理 论 和蒸 发 冷 凝 换 热 机 理 开 发 出 来 的 一 种 高 效 节 能 节 水 冷 却 设 备 ,其 工 作 过 程可 分 为 :板 内 工 艺 流 体 冷 凝 后 通 过 板 壁 将 热 量 传 至 薄 水 膜 所 覆 盖 的 板 外 ,板 外 水 膜 经 过 蒸 发 将 热 量 传 给 空 气 ,最 后 空 气 将 这 部 分 热 量 和 水 汽 排 出 ,这 是 一 次 典 型 的 以 传 质 带 动 传 热 的 过 程 。 影 响 板 式 蒸 发 式 冷 凝 器 传 热 性 能 的 主 要 因 素 ： 喷 淋 水 流 量 、 风 速 、汽 液 流 向 以 及 工 艺 流 体 进 出 口 位 置 。 就 其 中 一 个 影 响 因 素 喷 淋水 流 量 来 分 析 板 式 换 热 器 的 传热 性 能 。 为 了 研 究 各 项 因 素 的影 响 实 验 装 置 主 要 包 括 蒸 汽 发生 器 、 冷 凝 器 (换 热 板 束 )、 水 循环 系 统 及 风 机 四 部 分 ,其 中 冷 凝器 板 束 间 装 有 PVC填 料 ,板 内 工艺 流 体 是 水 蒸 汽 。 冷 却 水 用 循环 水 泵 压 送 到 竖 直 排 列 的 冷 凝板 束 的 上 方 ,经 喷 嘴 喷 洒 到 板 束上 ,当 蒸 汽 发 生 器 排 出 的 片 外 受热 蒸 发 的 水 蒸 气 被 快 速 流 动 的空 气 带 走 ,这 样 就 有 效 的 利 用 水的 蒸 发 潜 热 ,以 较 少 的 水 达 到 板内 蒸 汽 冷 凝 冷 却 的 目 的 ,增 强 传热 效 果 。 图 2为 在 风 速 u为 3.5m/s下 板 外 空 气 -水 两 相 逆 流 、 并 流 、错 流 时 热 流 密 度 qf随 冷 却 水 喷 淋 密 度 变 化 的 情 况 。如 图 可 以 看 出 ,3种 不 同 的 汽 液 流 向 操 作 ,冷 凝 器 板 间 的 热流 密 度 均 是 随 冷 却 喷 淋 密 度 的 增 大 而 先 增 大 后 减 小 ,且 都有 一 个 最 高 点 ,这 说 明 在 板 式 蒸 发 式 冷 凝 器 中 存 在 一 个 最佳 的 喷 淋 密 度 。 在 喷 淋 密 度 较 小 时 ,传 热 板 表 面 没 有 被 喷淋 水 完 全 覆 盖 ,局 部 板 表 面 温 度 较 高 而 形 成 干 斑 ” ,这一 局 部 表 面 的 传 热 过 程 由 “ 蒸 发 冷 ” 变 成 “ 风 冷 ” ,传热 效 果 稍 差 ,随 着 喷 淋 密 度 的 增 大 ,直 至 板 表 面 刚 好 被 喷淋 水 完 全 覆 盖 ,并 形 成 一 层 非 常 薄 的 水 膜 ,板 的 传 热 表 面利 用 率 也 达 到 最 大 ,此 时 的 热 流 密 度 也 达 到 最 大 值 ,即 并流 与 逆 流 情 况 下 ,在 为 0.196kg/(m s)时 ,热 流 密 度 同时 达 最 大 值 ,分 别 为 7.23kW/ 与 6.52kW/ ,而 错 流 情 况 ,则 在 为 0.186kg/(m s)时 ,热 流 密 度 达 到 最 大 为5.60kW/ 。 随 着 喷 淋 密 度 的 进 一 步 增 大 ,板 表 面 的 水 膜 厚 度 开 始 变 厚 ,水 膜 的 热 阻 开 始 增 大 ,热 流 密 度 也 开 始 有所 减 小 。 因 而 ,布 水 量 不 足 时 出 现 的 “ 干 斑 ” 与 布 水 量过 大 时 出 现 的 液 膜 过 厚 都 会 使 传 热 效 率 下 降 ,在 板 式 蒸 发式 冷 凝 器 设 计 时 应 重 点 考 虑 这 一 因 素 。 蒸 发 式 冷 凝 与 风 冷 、 水 冷 机 组 对 比 风 冷 机 组 、 水 冷 机 组 与 蒸 发 冷 却 机 组 的 区 别（ 1Kg水 带 走 25KJ热 量 ， 1Kg水 蒸 气 带 走 2500KJ热 量 ） 传 热 量 ： 水 冷 式 是 风 冷 式 的 1 0 倍 ， 蒸 发 冷 却 式 是 水 冷 式 1 0 0 倍 ， 因 此 蒸 发 冷 却 式 是 风 冷 式 的 1 0 0 0 倍 。（ 在 水 冷 式 冷 凝 器 中 冷 却 水 的 温 升 一 般 为 tw=26 ,每 1kg水 能 带 走 825kJ的 热量 ,而 1kg水 吸 热 蒸 发 可 以 带 走 2 450kJ的 潜 热 量 。 ） 由 上 述 可 知 ， 在 相 同 的 制 冷 量 下 ， 耗 水 量 ： 与 传 统 水 冷 式 相 比 ， 蒸 发 冷 却 式 是 水 冷 式 的 1 /1 0 0 补 水 量 ： 与 传 统 水 冷 式 相 比 ， 蒸 发 冷 却 式 是 水 冷 式 的 1 /2 5 1 /5 0 。优 点 1 节 地 、 美 观 不 需 要 配 置 冷 却 水 塔 ， 节 省 占 地 面 积 约 1 0 1 0 0 2 节 水 、 节 能 数 据 显 示 ， 蒸 发 冷 凝 技 术 比 水 冷 机 组 节 能 3 5 以 上缺 点 与 传 统 空 调 相 似 ， 仍 采 用 传 统 制 冷 剂 ， 并 不 环 保 。 蒸 发 式 冷 凝 器 与 间 接 蒸 发 冷 却 冷 水 机 组 的 区 别冷 凝 : 冷 凝 是 气 体 或 液 体 遇 冷 而 凝 结 ， 如 水 蒸 气 遇 冷 变 成 水 ， 水 遇 冷 变 成 冰 ， 有 相 变 的 过 程 。冷 却 : 使 热 物 体 的 温 度 降 低 而 不 发 生 相 变 化 的 过 程 。 城 市 轨 道 交 通 专 用 板 管 蒸 发 式 冷 凝 螺 杆 冷 水 机 组 城 市 轨 道 交 通 专 用 板 管 蒸 发 式 冷 凝 螺 杆 冷 水 机 组 适 用 于 地 铁 站 公 共 区 、公 共 区 站 台 、 设 备 管 理 用 房 、 通 风 换 气 房 间 、 变 压 器 和 开 关 室 等 需 冷 空 间 。 产 品 特 性 ： 节 地 它 采 用 蒸 发 冷 凝 技 术 ， 不 需 要 配 置 冷 却 塔 、 冷 却 水 泵 以 及 冷 却 水 管 网 系 统 ， 解 决 了长 期 以 来 冷 却 塔 安 装 位 置 困 难 的 问 题 ； 它 适 应 灵 活 的 安 装 位 置 ， 减 少 或 不 需 设 立 冷 冻机 房 的 特 点 ， 节 约 地 铁 车 站 占 地 面 积 。 美 观 它 采 用 蒸 发 冷 凝 技 术 ， 不 需 要 配 置 冷 却 塔 ， 在 城 市 景 观 上 ， 解 决 长 起 来 冷 却 水 塔 室外 安 装 影 响 市 容 及 对 噪 音 及 “ 飞 水 ” 周 围 居 民 的 影 响 。 节 能 它 采 用 蒸 发 式 冷 凝 技 术 ， 标 准 工 况 小 整 机 能 效 比 高 ， 明 显 优 于 冷 水 机 组 能 源 效 率 国 家 最 新 等 级 指 标 I级 水 平 ， 比 水 冷 机 组 节 能 15%以 上 ， 更 比 一 般 风 冷 机 组 节 能 35%。 蒸发式冷凝器实 际 工 程 结 合 吉 林 火 车 站 的 气 候 环 境 和 使 用 需 求 ， 吉 林 火 车 站 项 目 采 用 了板 管 蒸 发 式 冷 凝 全 热 回 收 新 风 空 调 系 统 ， 夏 季 通 过 新 风 处 理 控 制 室 内温 湿 度 ， 不 设 传 统 的 中 央 空 调 系 统 ， 实 现 4 5 %的 节 能 效 益 。 同 时 ， 减少 了 中 央 空 调 系 统 5 %的 投 资 成 本 。 冬 季 实 现 室 内 2 2 排 风 的 热 量 回收 ， 冬 季 供 暖 供 热 费 用 节 省 3 5 %以 上 。 该 项 目 是 铁 道 部 节 能 减 排 科 研 项 目 之 一 ， 吉 林 火 车 站 是 第 一 个 试点 ， 该 成 果 将 在 铁 道 部 高 铁 建 设 中 大 力 推 广 。 目 前 ， 此 项 技 术 已 应 用 在 很 多 工 程 实 际 中 。 值 得 一 提 的 是 , 由 于我 国 幅 员 辽 阔 , 各 地 气 候 条 件 有 很 大 差 异 , 而 蒸 发 式 冷 凝 器 的 冷 凝效 受 气 候 条 件 影 响 较 大 , 应 结 合 这 些 具 体 情 况 来 设 计 和 制 造 蒸 发 式冷 凝 器 。 可 以 针 对 每 个 地 区 的 具 体 情 况 , 设 计 出 专 门 适 用 于 该 地 区的 蒸 发 式 冷 凝 器 , 也 可 以 根 据 各 地 条 件 改 变 蒸 发 式 冷 凝 器 的 设 备 技术 指 标 , 即 实 现 蒸 发 式 冷 凝 器 设 计 和 制 造 的 智 能 化 。 总 结