Теплообменники для утилизации вытяжного воздуха

В настоящее время для утилизации тепла вытяжного воздуха применяют: регенеративные вращающиеся теплообменники,

теплообменники с промежуточным теплоносителем, пластинчатые рекуператоры, утилизаторы с тепловыми трубами, рекуперативные теплообменники.

Утилизационные системы с промежуточным теплоносителем создаются на базе серийных водовоздушных калориферов, а также секций подогрева кондиционеров. В теплообменнике обеспечиваются непрерывность процесса теплопередачи, уменьшение характерных для вращающихся регенеративных теплообменников перетечек между средами. Для этого в насадку помещена оребренпая трубчатая поверхность теплообмена с циркулирующим по замкнутому контуру промежуточным жидким теплоносителем.

Аппарат представляет собой разделенные газонепроницаемой перегородкой камеры, в одну из которых поступает, например, теплый воздух вентиляционных выбросов, а в другую — приточный воздух.

В системах кондиционирования воздуха применяются теплообменники - утилизаторы, которые представляют собой пакет из труб, заполненных рабочим веществом с низкой температурой кипения (например, фреон). Одна половина пакета находится в зоне теплого воздуха, другая — в зоне холодного воздуха. В зоне теплого воздуха тепло подводится к заполняющей тепловую трубу жидкости, которая испаряется, отбирая тепло на парообразование. Пар перемещается внутри трубы в зону холодного воздуха, где конденсируется, отдавая тепло конденсации на нагрев воздуха. Циркуляция рабочего вещества происходит под действием сил гравитации, вследствие расположения зоны конденсации выше зоны испарения.

Теплообменники для отбора тепла от загрязненных стоков

Значительным потенциалом тепловой энергии обладают шахтные воды, хозбытовые стоки промышленных предприятий и коммунальной сферы. Однако они загрязнены взвешенными веществами и механическими примесями, которые оседают на теплопередающих поверхностях испарителя ТН.

Для утилизации низкопотенциалыюго тепла загрязненных стоков необходимо создать технологии с промежуточным контуром и эффективные теплообменные аппараты.

Для отбора тепла от загрязненных канализационных стоков был сконструирован спиральный теплообменник с дискретными турбулиза- торами [3.45].

Спиральные теплообменники, в последнее время получившие распространение в промышленности, имеют ряд неоспоримых преимуществ перед теплообменными аппаратами других типов: у них меньшая металлоемкость, малые габаритные размеры; меньшее гидравлическое сопротивление, простота устройства и изготовления.

На основании выполненных исследований по интенсификации теплоотдачи и конструкторско-поисковых разработок теплонасосиых установок утилизации низкопотенциальной теплоты из загрязненных сбросных шахтных вод разработана принципиальная схема незасо- ряющегося теплообменного аппарата с высокой теплоэнергетической эффективностью [3.45].

Спиральный теплообменник (рис.3.29) представляет собой два стальных листа, свернутых по спирали и образующих при этом два канала для протекания теплоносителей. Теплообменник компактен, площадь поперечного сечения каналов по всей длине остается неизменной и поток не имеет резких изменений направлений, благодаря чему загрязнение поверхности спиральных теплообменников минимально. Кроме того, проще, чем у других типов теплообменников, организовать механическую очистку поверхности теплообмена. Канал, где протекает чистая вода не будет загрязняться, поэтому он может быть заварен. При этом упрощается очистка канала с шахтной водой (открывается верхняя и нижняя крышки, и капал промывается струей воды).

Спиральный теплообменник

Рис.3.28. Спиральный теплообменник

Спиральный теплообменник содержит каналы для рабочих сред, изготовленные из рулонной ленты, в одном из которых размещены ко- ридорпо с шагом продольном и поперечном направлениях штифты, дополнительно снабженные турбулизаторами, выполненными из ленты, закрученной в продольном направлении, каждый из которых установлен на двух соседних штифтах, при этом шаг турбулизаторов составляет 4 шага штифтов в продольном направлении. Турбулизаторы, способствуют завихрению потока рабочей среды, движущейся по каналу, что позволяет уменьшить оседание взвешенных веществ на теплопередающие поверхности и тем самым повысить эффективность работы теплообменника при длительной эксплуатации.

Теплообменник работает следующим образом. Теплоноситель движется по каналу, изготовленному из рулонной лепты, в котором размещены штифты. Турбулизаторы расположенные па двух соседних штифтах, закручивают поток рабочей среды. Создается искусственная турбулизация, дополнительное завихрение потока, ламинарное движение потока в пристеночном слое разрушается, уменьшается отложение взвешенных веществ на теплопередающие поверхности, и, таким образом, повышается эффективность теплообменника при работе на загрязненных рабочих средах. Такая конструкция позволяет обеспечить эффективную работу теплообменника длительное время без специальных мероприятий по очистке теплопередающих поверхностей от взвешенных веществ. Вода промежуточного циркуляционного контура, проходя через теплообменник, забирает тепло от источника низкопотеици- альпого тепла, затем она попадает в испаритель теплового насоса, где отдает тепло хладагенту.

Для предотвращения образования отложений и интенсификации теплообмена установлены дискретные турбулизаторы, которые не вызывают существенного увеличения уровня гидравлических сопротивлений. Основной эффект достигается за счет усиленного обновления жидкой среды в пограничном слое, энергичного замещения одних объемов другими. Уменьшение и частичное разрушение пограничного ламинарного слоя является причиной предотвращения образования отложений и повышения эффективности теплообменника при работе па загрязненных рабочих средах. Технические характеристики спирального теплообменника представлены в таблице 3.14.

Таблица 3.14

Технические характеристики спирального теплообменника

Площадь поверхности теплообмена, м2

100

Тепловой поток, кВт, не менее

580

Ширина канала, мм,

12

Длина канала, м

43,0

Температура рабочей среды, °С, не более

20

Давление рабочее, МПа (кгс/см"), не более

0,6(6)

Допустимый перепад, давления между каналами, Ml 1а (кгс/см"), не более

0,6(6)

Масса, кг, не более

5140

Габаритные размеры, мм, не более:

- длина

1870

- ширина

1680

- высота

2240

Удельная масса, кг/кВт, не боле

8,9

Кожухотрубный теплообменник - специфической особенностью утилизации низкопотенциалыюго тепла сточных вод является необходимость иметь дело с открытыми тонкослойными потоками теплоносителя, с периодически изменяющейся высотой слоя, что наиболее характерно для грабельных отделений канализационных насосных станций, конструкция которой представлена на рис. 3.30.

Кожухотрубный теплообменник

Рис. 3.29. Кожухотрубный теплообменник

Для повышения эффективности утилизации низкопотенциалыю- го тепла открытых тонкослойных потоков греющего теплоносителя с изменяющейся высотой слоя предлагается эффективный теплообменный модуль, позволяющий оперативно, с минимальными затратами труда и времени изменять его габаритные размеры.

Теплообменный модуль включает в себя трубчатые змеевики, размещенные в слое теплоносителя, делитель потока, коллектор. Трубчатые змеевики выполнены S-образной формы посредством трех трубок, соединенных между собой проходными штуцерами и угольниками, с возможностью бесступенчато изменять свое положение в поперечном сечении модуля от вертикального до горизонтального и обратно. При этом фиксацию змеевиков в требуемом положении осуществляют посредством стандартных контргаек. Змеевики S-образной формы, которые обеспечивают движение воды в основном навстречу потоку теплоносителя, удлиняют ее путь в потоке греющего теплоносителя в 3 раза. Они имеют минимальные габариты по ширине и длине за счет отказа от гибки трубок и использования стандартных угольников по ГОСТ 8946-75, позволяющих сократить расстояние между осями соседних трубок в 2 раза. Змеевики позволяют оперативно изменять установочные габаритные размеры теплообменного модуля.

Теплообменник работает следующим образом. Нагреваемая вода подается циркуляционным насосом контура испарителя теплового насоса в делитель потока, который равномерно распределяет ее между четырьмя змеевиками, полностью погруженными в поток сточной жидкости, за счет предварительно установленной и зафиксированной с помощью контргаек габаритной высоты модуля в соответствии с толщиной (высотой) слоя потока. При уменьшении толщины (высоты) потока греющего теплоносителя, габаритная высота модуля уменьшается за счет соответствующего поворота змеевиков.

В процессе движения воды по трубкам, из которых 2/3 работают в режиме противотока, вода подогревается пропорционально среднему температурному напору и с помощью коллектора подается в тепловой насос, трансформирующий низкопотеициальное утилизируемое тепло в теплоноситель с параметрами, позволяющими его использовать для нужд отопления и горячего водоснабжения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ