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        無錫正溪工業傳熱設備有限公司


        WUXI ZHENGXI INDUSTRIAL HEAT TRANSFER EQUIPMENT CO.,LTD

        蒸發式冷凝器技術簡介

        作者: ‖ 時間:2019/11/13 ‖ 來源: ‖ 點擊:344

           蒸發式冷凝器是從冷卻塔改進而來,其操作原理和冷卻塔基本相同,主要由換熱器、水 循環系統和風機系統三部分組成(如下圖)。蒸發式冷凝器是以蒸發冷凝和顯熱交換為基礎,冷凝器頂部布水系統不斷向下噴淋冷卻水,在換熱管表面形成水膜,換熱管和管內熱流體發生顯熱交換并將熱量傳遞到管外冷卻水,同時換熱管外冷卻水和空氣混合,冷卻水向空氣放出蒸發潛熱(主要換熱方式)而冷卻,從而使流體冷凝溫度更接近空氣的濕球溫度,其冷凝溫度可比冷卻塔水冷式冷凝器系統低3-5℃。美國《ASHRAE系統與設備手冊》指出“蒸發式冷凝是效率最高的冷卻方式”。

         

          管內被冷卻介質:氨、氟里昂等用戶要求的冷卻介質。

         

          優點:

         

          1.冷凝效果好:蒸發潛熱大,空氣與制冷劑逆向流動傳熱效率高。 蒸發式冷凝器以環境的濕球溫度為驅動力利用盤管水膜的蒸發潛熱換熱, 使冷凝溫度接近環境的濕球溫度, 其冷凝溫度可比冷卻塔水冷式冷凝器系統低3-5℃,比風冷式冷凝器低8-11℃,這大大地降低了壓縮機功耗, 使系統能效比提高10%-30%。

         

          2.節水:利用水的汽化潛熱換熱,其循環用水量少,考慮到吹散損失、排污換水等,耗水量為一般水冷式冷凝器的5%-10%。

         

          3.節能:蒸發式冷凝器冷凝溫度受限于空氣濕球溫度,而濕球溫度一般比干球溫度低8-14℃,加上上側風機給設備內部造成的負壓環境,其冷凝溫度較低,故壓縮機功耗比低,而冷凝器的風機、水泵動力消耗都低,相對于其他冷凝器,蒸發式冷凝器可以節能20%-40%。

         

          4.初投資和運行費用都低:蒸發式冷凝器結構緊湊,不需要冷卻塔,占地面積小,制造時易于形成整體,給安裝維護帶來方便。

         

          應用現狀:

         

          蒸發式冷凝器在西方國家應用較為廣泛,在國內的應用中,由于西北地區缺水的實際情況,蒸發式冷凝器在西北地區推廣和應用較多,賓館、辦公樓、商場等民用建筑和廠房車間及冷庫、溫室等的冷卻空調設備基本都采用了蒸發式冷凝器,啤酒、食品、飲料、制藥、石油、化工等行業也越來越多的采用蒸發式冷凝器。在較為濕熱的中南地區則顯得不足,經一些專家和研究開發人員的理論研究和實際改進,證明蒸發式冷凝器在中南地區一樣也能取得較好的使用效果。當傳統冷凝器工作不正常或需要改換時,采用蒸發式冷凝器也較多。

         

          研發問題:

         

          1.結垢問題:蒸發式冷凝器結構緊湊,換熱效率高,結垢對其傳熱性能影響相當大。

         

          2.腐蝕問題:蒸發式冷凝器外殼由于常年處于水與空氣的潮濕環境下,易于腐蝕。

         

          3.水量的合理分布問題:噴淋水的水量選擇和均勻分布對蒸發式冷凝器換熱效果有很大的影響,如果噴淋水量不足,易于在換熱管表面結垢;如果噴淋水量過大,水膜厚度增加,會增大水膜傳熱熱阻。

         

          4.風機問題:以往國產蒸發式冷凝器一般為吹風式結構,風機裝在下面,由于擋水板設置不當,或用戶操作不當,先開水泵后開風機,造成風機接線盒進水短路,使電機燒毀。現在多采用吸風式,接線盒放在箱體外,避免與水接觸,一般不存在上述問題,但對風機葉片要求較高,要能耐腐蝕。

         

          5.振動與噪聲問題:蒸發式冷凝器運行時噪聲來源有:風機、水泵、冷卻水下落噪聲和箱體綜合噪聲,主要是風機噪聲。

         

          性能研究:

         

          影響蒸發式冷凝器性能的因素有結構參數和運行參數。結構參數主要有:盤管尺寸、盤管截面形狀、盤管材料、盤管布置形式等;運行參數主要有:風量、噴淋水量、管內冷凝流體流量等。

         

          1.結構參數分析:

         

          目前蒸發式冷凝器主要有板式和管式兩種形式。板式蒸發式冷凝器具有結構緊湊,換熱效率高的優點;其缺點是流道較窄,容易堵塞,尤其是在含塵量大的環境中,隨之時間的增加,流動阻力變大,容易堵塞,使其換熱效率降低。板式蒸發式冷凝器難做到布水均勻,表面結構,維護困難。管式蒸發式冷凝器優點是布水均勻,易形成穩定水膜,流道較寬,不易堵塞,流動阻力小;其缺點是換熱效率低于板式蒸發式冷凝器。

         

          高效傳熱管的研制,管型的改進和管表面性質的改造是蒸發式冷凝器發展的一個重要方面,改變壁面粗糙度和管型結構,增加空氣湍流度,能起到強化傳熱的效果。

         

          在管型改進方面,出現了橢圓管、異滴形管、波紋管和交變曲面波紋管等新型高效盤管。

         

          在材質研制方面,冷凝盤管大多采用熱浸鋅來防止腐蝕,近年來國內廠家通過采用不銹鋼材質基本上解決了盤管的腐蝕問題,并大大延長了使用壽命,減輕了重量。

         

          管排方式方面,盤管正方形順排時,氣流容易從橫向管間隙中短路流出,而縱向管間隙中沒有氣流流過;盤管三角形叉排時,管間氣流分布非常均勻,故應盡可能采用三角形叉排方式布置盤管。

         

          管間距的影響:管間距越小,氣流速度梯度越大,導致分布不均甚至產生渦流,流阻較大且不利于傳熱,但單位體積內可排布更多的傳熱管,從而縮小設備體積;管間距增大到合適時,氣流流場分布均勻,傳熱效率會相應較高,空氣流阻也不大,性能較佳;管間距過大時,氣流速度梯度又過小,同樣導致分布不均,不利于傳熱且流阻基本不變,體積也相應增大,但管間距大時設備制造容易,清洗維護簡單。

         

          合理的管間距要依據實際情況的需要,進行選擇。

         

          2.運行參數分析:

         

          2.1 來流流場對蒸發式冷凝器性能能影響的研究:

         

          在蒸發式冷凝器工作過程中,蒸發發生于水膜與空氣接觸界面上,為引起水分子在界面上的汽化,必須有一推動力。在蒸發式冷凝器工作過程中,水溫和空氣溫度極其接近,且空氣中水蒸氣分壓較高,水處于一種非飽和或近飽和狀態,水膜內部熱質推動力很小,在水-空氣界面上溫差和濕度差也很小,因此其主要傳熱傳質推動力依靠水膜外空氣的流動。

         

          氣流速度場直接決定水向空氣的蒸發速度,這對以潛熱為主冷卻制冷劑、以傳質帶動傳熱的蒸發式冷凝器傳熱有決定性作用,來流流場正是通過影響蒸發式冷凝器內空氣狀態來影響傳熱和流動的。

         

          2.2 水分布對蒸發式冷凝器傳熱傳質的影響:

         

          (1) 噴淋密度對蒸發式冷凝器的傳熱傳質有一個最小噴淋密度的操作條件要求。這個最小噴淋密度就是使蒸發式冷凝器達到較好傳熱性能的噴淋密度最佳值,它基本不受迎面風速的影響。噴淋密度過小時,換熱管表面水膜覆蓋不均勻,局部水膜厚度薄,影響蒸發換熱;噴淋密度過大時,換熱管表面水膜過厚,水膜熱阻變大,阻礙換熱,故噴淋冷卻水要達到最佳噴淋密度最合適。

         

          (2) 蒸發式冷凝器循環冷卻水溫不一定和補水溫度相等,可能大于也可能小于。蒸發式冷凝器水盤中循環冷卻水溫度達到穩定是需要一段時間的,主要受空氣的濕球溫度影響,但循環冷卻水溫度最終會達到一個平衡點。

         

          (3) 在相同的操作條件下,加入填料,循環冷卻水溫度降低,蒸發式冷凝器傳熱傳質系數分別提高。填料的加入,增大了水-氣接觸面積,提高了空氣的利用率,進而提高了蒸發式冷凝器的整體傳質性能。


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