SECESPOL換熱器在生活熱水系統的應用
更新時間:2011-01-25 00:56:12    來源:sdhuge    點擊次數:3116次

摘要:螺旋纏繞式換熱器應用于生活熱水系統對項目產生的節能效果顯著,對這一應用實例加以分析說明,得到節約能源的途徑。

關鍵詞:換熱器  生活熱水 凱迪克大酒店  螺旋纏繞  節能 

目前,應用于生活熱水汽水換熱器的傳熱系數一般在2000~5000w/㎡·℃以板式換熱器最為常見。筆者用常見的各種換熱器與螺旋纏繞換熱器的傳熱性能加以比對,并參照工程實例,通過換熱器應用于生活熱水系統中,展示出用來節約能源,提高效率的一種新方法。

長期以來,殼管式換熱器被廣泛應用于生活熱水的系統當中,但因其體積龐大,換熱不充分,冷凝水排放溫度較高等原因,近幾年生活熱水系統當中多數采用板式換熱器成為其替代產品。但是板式換熱器應用于生活熱水系統依然存在的蒸汽溫度、壓力不能過高,使用壽命短,維護存在一定局限性,和其對水質要求的缺點。而螺旋纏繞換熱器由于具有較高的傳熱系數、能承受較高的蒸汽壓力,以及蒸汽換熱長度較長,在生活熱水換熱應用上具備極大的優勢。

基本原理

如右圖所示,由于該換熱器內管采用高效的內外雙螺紋纏繞結構特性,應用于生活熱水系統中,使蒸汽在內管螺紋管壁得到充分的凝結,強化傳熱的效果尤為顯著。殼程和管程采用錯流方式傳熱,端口溫差小,其快速溫升和初始加溫都能達到很短的時間,適宜于生活熱水系統加溫殺菌和變流量傳熱的流動狀態。全焊式結構使得其耐溫和耐壓能滿足生活熱水系統高溫換熱,無須再加裝減溫減壓裝置。由于傳熱的冷媒為生活熱水,其蒸汽端出口一般在60℃以下,工況條件合適時,蒸汽端出口可不設置疏水閥。

工程實例

凱迪克大酒店是于1995年開業的一家擁有367間客房三星級酒店,座落在環境幽雅、商貿云集的亞運村。原系統使用容積式換熱器,占地面積約80㎡,2006年改造為進口高效螺旋螺紋換熱器后不僅傳熱效果和能源使用效率得到大幅度的改善,且該換熱器體積只是原換熱器體積的1/10左右,機房設計精巧,節省了寶貴的機房空間。
  
下面是該項目采用三組換熱器的情況介紹:

1、高區:0.6MPa飽和蒸汽,60/4度,9.8t/h,換熱面積4㎡,安裝尺寸(高×寬)1510mm×204mm,2臺

2、中區:0.6Mpa飽和蒸汽,60/4度,16.8t/h,換熱面積5.9㎡,安裝尺寸(高×寬)1492mm×206mm,2臺

3、低區:0.6Mpa飽和蒸汽,60/4度,10.8t/h,換熱面積4㎡,安裝尺寸(高×寬)1510mm×204mm,2臺



螺旋纏繞換熱器應用于該項目較之原有容積式換熱器發現,其可以將冷凝水溫度控制在較低水平,保證蒸汽充分冷凝,且無須經過二次換熱,節省大量蒸汽;原有容積式換熱器每半年須維修清理一次水垢,使用該換熱器后實現了流速高、溫度梯度小、污垢系數小的系統特性,結垢傾向明顯降低。換熱系數的高低反映了換熱器性能優越與否,應用于該生活熱水系統的螺旋纏繞式換熱器,換熱系數最高可以達到8000w/㎡.℃左右,原有容積式換熱器換熱系數只有2000-3000 w/㎡.℃左右,假設安裝板式換熱器換熱系數也只有3000-5000 w/㎡.℃。

該生活熱水應用的螺旋纏繞換熱器利用歐文(OWEN)湍流抖振頻率準則原理,采用換熱管束最小間隙設計,有效消除了湍流抖振現象,延長了換熱器的使用壽命。它的設計壽命可達40年,一般國產換熱器只能使用15年左右。

該換熱器耐高溫、高壓,由于它的換熱管束和殼體全部采用不銹鋼材質,具有統一的膨脹系數,不會由于壓力和溫度不穩定而引起換熱器的變形;換熱器耐高溫、高壓,無需減溫減壓裝置,既節省了初投資費用,又避免了因減壓減溫對蒸汽熱能造成的浪費;內部結構設計時考慮了聲共鳴現象,有效抑制了聲波震動現象,最大限度的限制了運行噪音,換熱器運行時幾乎沒有噪音,而原換熱器的噪音水平在70dB以上。

凱迪克大酒店更換換熱器后,根據根據大量此類換熱器工程經驗,該換熱器為一般國產換熱器蒸汽耗量的90%,即節能10%左右。以凱迪克大酒店實際運行的換熱工況為例,我們特計算如下:

生活熱水換熱機組:一般國產換熱器耗汽量約為0.85t/(t·生活熱水),以凱迪克大酒店每天用水量平均60t計算耗蒸汽0.85×60=51t/(t·天·生活熱水),該換熱器耗汽量約為0.76t/(t·生活熱水),比國產換熱器節約10%,以凱迪克大酒店每天用水量平均60t計算耗蒸汽0.76×60=45.6t/(t·天·生活熱水),共節約蒸汽5.4t/天。按照每天24h運行,每年365天計算,則一年約節省蒸汽:5.4t/天×365=1971t。所以按照現行蒸汽價格200元/t計,則設備運行一年約節約資金200元/t×1971t=394200.00元。

此主題相關圖片如下:


螺旋纏繞換熱器與板式換熱器綜合對比

1、板式換熱器密封墊片的材質決定了其在多種工況下應用受限:目前國產墊片一般耐溫為(臨界溫度),酊氰橡膠110℃,三元乙丙橡膠160℃,氟橡膠175℃,部分進口橡膠墊片耐溫可達265℃,但價格昂貴。該進口螺旋螺紋換熱器殼體及換熱管束采用全不銹鋼焊接制作,無需密封墊片,在1.6MPa工作壓力下,最高工作溫度可達400℃。

2、板式換熱器應用在高溫高壓的汽-水換熱工況中,密封墊片易老化,需頻繁拆卸,更換墊片,維護費用高。該進口高效換熱器在運行過程中本身無維護,清洗簡單且費用低。

3、螺紋螺旋換熱器在高溫、高壓蒸汽工況下,更顯出優勢,普通板換則受到限制;對于水—水換熱等對稱換熱工況,板換較具優勢。

4、板式換熱器的板片間距只有2-3mm,容易堵塞,并且換熱器內部導流槽結構復雜,水流速較慢結垢傾向率高;又因為板式換熱器的密封墊片的原因,換熱器結垢或堵塞后不能進行化學清洗,只能板將片拆卸下來清洗;在拆卸清洗中不僅容易毀壞密封墊板,造成清洗費用增加,還會因為人工清洗,造成換熱板片表面的損壞,產生點腐蝕,影響換熱器的使用壽命。

該進口高效換熱器100°連接和螺旋螺紋結構、獨特的表面處理工藝以及兩側介質的逆流換熱,實現了流速高、溫度梯度小、污垢系數小的特點,結垢傾向低。
     即便是長期使用后出現結垢現象,也可以采用化學除垢的方法迅速除垢,省時、省力、費用低、效果好。

5、螺旋螺紋換熱器綜合換熱系數高,傳熱效果好。  

該種換熱器與其它換熱器的性價比

為了適應現在汽水高溫換熱系統中的非對稱流工況,這種新型耐高溫、高壓的螺旋螺紋管換熱器采用先進的生產工藝,利用反向纏繞的螺旋螺紋管,增強了流體的湍流效果,其換熱系數可達14000w/㎡·℃,并能承受400℃的高溫蒸汽。(以下是根據0.6MPa的飽和蒸汽,提供4萬平方米的居民采暖來進行比對的)

種類

比較項目

螺旋纏繞換熱器

進口拼裝

板式換熱器

殼管式浮動盤管換熱器

備注

 

設備投資(萬元)

6.76

5.96

5.66

 

使用壽命

40年

12年

20年

 

平均每年設備投資(萬元)

0.19

1.15

0.59

每年設備費用

12年累計設備投資(萬元)

2.28

13.59

6.99

為便于比較,取12年

清洗維護費用(元/年)

200

5960+400

3000

更換配件、清洗

占地面積

外形尺寸(mm)

¢273×1031

1205×500×1655

¢700*2247

 

檢修空間(m2)

0.4

2.0

3.24

 

設備材料

全不繡鋼焊接

碳鋼框架, 不銹鋼板片

碳鋼殼體,紫銅管

 

安裝施工

人工操作

2人,1個工時

吊車操作

4人,2個工時

吊車操作

5人2個工時

 

設備重量(kg)

77.5

880

2900

 

換熱系數(w/m2.k)

10024

3035

3678

 

設計原理

非對稱流設計

對稱流設計

非對稱設計

 

耐溫程度(℃)

400

150

180

 

結論

通過對凱迪克大酒帶內生活熱水實際運行的螺旋纏繞式換熱器進行研究發現:生活熱水的即熱式控制系統中,螺旋纏繞式換熱器因其傳熱系數高、占地面積小、更加適宜高溫高壓系統等特點,比較容積式換熱器的使用運行節約了大量的蒸汽能源。

 

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