蒸發(fā)式冷凝器分析

蒸發(fā)式冷凝器分析第一頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式冷凝是效率最高的冷凝方式----美國ASHARE系統(tǒng)與設(shè)備手冊(cè)，第35章第二頁，共十六頁，2022年，8月28日1蒸發(fā)冷凝技術(shù)的研究狀況2蒸發(fā)式冷凝器的分類3板式蒸發(fā)式冷凝器傳熱性能分析4蒸發(fā)式冷凝器與風(fēng)冷、水冷機(jī)組及蒸發(fā)冷卻對(duì)比5蒸發(fā)式冷凝在實(shí)際中的應(yīng)用6總結(jié)第三頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)冷凝技術(shù)的發(fā)展自上世紀(jì)70年代板式換熱器在制冷裝置中得到應(yīng)用以來,已經(jīng)日益受到人們的重視,特別是許多發(fā)達(dá)國家,如澳大利亞、美國、日本以及歐洲各國等都非常重視制冷用板式換熱器的研究和應(yīng)用,世界上一些著名的制冷公司如約克、開利及日立等也相繼在制冷裝置中采用板式換熱器。在我國,制冷用板式換熱器的研究及應(yīng)用尚處于起步階段,與國外相比,我國在這一領(lǐng)域的研究相對(duì)比較滯后。第四頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝器的分類蒸發(fā)式冷凝器按風(fēng)機(jī)的操作不同可分為鼓風(fēng)式和吸風(fēng)式(目前大多數(shù)采用此類風(fēng)機(jī)),從其換熱的核心部件的結(jié)構(gòu)分為管式蒸發(fā)式冷凝器和板式蒸發(fā)式冷凝器兩大類。管式蒸發(fā)式冷凝器又可以分為水平管式與立管式兩類,目前工業(yè)上應(yīng)用最多是水平管式蒸發(fā)式冷凝器,通過改變換熱盤管管型結(jié)構(gòu)以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的蒸發(fā)式冷凝器稱之為異型管蒸發(fā)式冷凝器;將換熱盤管與其他換熱單元體結(jié)合起來構(gòu)成的蒸發(fā)式冷凝器還有填料蒸發(fā)式冷凝器與鼓泡蒸發(fā)式冷凝器。

目前,在傳統(tǒng)的換熱器研究及應(yīng)用中,已形成了一種“以板代管”的趨勢(shì)。第五頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝器板管蒸發(fā)式冷凝技術(shù)示意圖及工作原理（1）蒸發(fā)式冷凝器是以水和空氣作冷卻介質(zhì)，利用水的蒸發(fā)帶走汽態(tài)制冷劑的冷凝熱。（2）工作時(shí)冷卻水由水泵送至冷凝管組上部噴嘴，均勻地噴淋在冷凝排管外表面，形成一層很薄的水膜，高溫汽態(tài)制冷劑由冷凝排管組上部進(jìn)入，被管外的冷卻水吸收熱量冷凝成液體從下部流出，吸收熱量的水一部分蒸發(fā)為水蒸汽，其余落在下部集水盤內(nèi)，供水泵循環(huán)使用，風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫空氣以3-5m/s的速度掠過冷凝排管促使水膜蒸發(fā)，強(qiáng)化冷凝管外放熱，并使吸熱后的水滴在下落的進(jìn)程中被空氣冷卻，蒸發(fā)的水蒸汽隨從空氣被風(fēng)機(jī)排出，未被蒸發(fā)的水滴被脫水器阻擋豬落回水盤。（3）水盤中設(shè)浮球閥，自動(dòng)補(bǔ)充冷卻水量。第六頁，共十六頁，2022年，8月28日

冷卻水用循環(huán)水泵壓送到豎直排列的冷凝板束的上方,經(jīng)噴嘴或其他噴淋裝置噴灑到板束上,當(dāng)制冷壓縮機(jī)排出的過熱蒸汽進(jìn)入冷凝換熱板內(nèi)時(shí),冷卻循環(huán)水連續(xù)不斷地噴淋在換熱板外側(cè),在冷凝板片的外表面形成水膜而流下,水膜從冷凝板壁吸取制冷劑的熱量后,在蒸發(fā)作用下,部分水蒸發(fā)為蒸汽,被快速流動(dòng)的空氣帶走,這樣就有效地利用水的蒸發(fā)潛熱,以較少的水達(dá)到板內(nèi)制冷劑氣體冷凝冷卻的目的,增強(qiáng)傳熱效果?？諝獾淖饔弥饕菍⒗淠迤饷媸軣嵴舭l(fā)的水蒸汽帶走,當(dāng)空氣的溫度低于水溫時(shí),它還可以起一定的冷卻作用,空氣自下而上或者與噴淋水成交叉流動(dòng)從水膜表面吹過時(shí),除把水蒸氣帶走外,還夾帶一部分小水滴。為了減少水的吹散損失,在冷凝板束與風(fēng)機(jī)之間加裝擋水板,它的作用是盡量把空氣中夾帶的水滴分離下來。

第七頁，共十六頁，2022年，8月28日板式蒸發(fā)式冷凝器傳熱性能分析

液體在重力作用下薄層形式沿壁面向下流動(dòng)，稱為液體薄膜流。它具有小流量、小溫差、高傳熱、傳質(zhì)系數(shù)、高熱流密度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)力消耗小等優(yōu)點(diǎn)，其傳熱傳質(zhì)的特點(diǎn)：效率高，強(qiáng)度大，溫度或濃度梯度小；流量小，消耗功率少；液-固、氣-液相之間的接觸面積大，傳熱傳質(zhì)充分，過程時(shí)間短等。利用液膜進(jìn)行傳熱傳質(zhì)已經(jīng)成為動(dòng)力、化工、食品等工業(yè)中最重要的單元操作之一。板式蒸發(fā)式冷凝器是基于液體薄膜流傳熱傳質(zhì)理論和蒸發(fā)冷凝換熱機(jī)理開發(fā)出來的一種高效節(jié)能節(jié)水冷卻設(shè)備,其工作過程可分為:板內(nèi)工藝流體冷凝后通過板壁將熱量傳至薄水膜所覆蓋的板外,板外水膜經(jīng)過蒸發(fā)將熱量傳給空氣,最后空氣將這部分熱量和水汽排出,這是一次典型的以傳質(zhì)帶動(dòng)傳熱的過程。影響板式蒸發(fā)式冷凝器傳熱性能的主要因素：噴淋水流量、風(fēng)速、汽液流向以及工藝流體進(jìn)出口位置。第八頁，共十六頁，2022年，8月28日就其中一個(gè)影響因素噴淋水流量來分析板式換熱器的傳熱性能。為了研究各項(xiàng)因素的影響實(shí)驗(yàn)裝置主要包括蒸汽發(fā)生器、冷凝器(換熱板束)、水循環(huán)系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)四部分,其中冷凝器板束間裝有PVC填料,板內(nèi)工藝流體是水蒸汽。冷卻水用循環(huán)水泵壓送到豎直排列的冷凝板束的上方,經(jīng)噴嘴噴灑到板束上,當(dāng)蒸汽發(fā)生器排出的片外受熱蒸發(fā)的水蒸氣被快速流動(dòng)的空氣帶走,這樣就有效的利用水的蒸發(fā)潛熱,以較少的水達(dá)到板內(nèi)蒸汽冷凝冷卻的目的,增強(qiáng)傳熱效果。第九頁，共十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D2為在風(fēng)速u為3.5m/s下板外空氣-水兩相逆流、并流、錯(cuò)流時(shí)熱流密度qf隨冷卻水噴淋密度變化的情況。如圖可以看出,3種不同的汽液流向操作,冷凝器板間的熱流密度均是隨冷卻噴淋密度的增大而先增大后減小,且都有一個(gè)最高點(diǎn),這說明在板式蒸發(fā)式冷凝器中存在一個(gè)最佳的噴淋密度。在噴淋密度較小時(shí),傳熱板表面沒有被噴淋水完全覆蓋,局部板表面溫度較高而形成‘‘干斑”,這一局部表面的傳熱過程由“蒸發(fā)冷”變成“風(fēng)冷”,傳熱效果稍差,隨著噴淋密度的增大,直至板表面剛好被噴淋水完全覆蓋,并形成一層非常薄的水膜,板的傳熱表面利用率也達(dá)到最大,此時(shí)的熱流密度也達(dá)到最大值,即并流與逆流情況下,在為0.196kg/(m·s)時(shí),熱流密度同時(shí)達(dá)最大值,分別為7.23kW/㎡與6.52kW/㎡,而錯(cuò)流情況,則在為0.186kg/(m·s)時(shí),熱流密度達(dá)到最大為5.60kW/㎡。隨著噴淋密度的進(jìn)一步增大,板表面的水膜厚度開始變厚,水膜的熱阻開始增大,熱流密度也開始有所減小。因而,布水量不足時(shí)出現(xiàn)的“干斑”與布水量過大時(shí)出現(xiàn)的液膜過厚都會(huì)使傳熱效率下降,在板式蒸發(fā)式冷凝器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮這一因素。第十頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝與風(fēng)冷、水冷機(jī)組對(duì)比第十一頁，共十六頁，2022年，8月28日風(fēng)冷機(jī)組、水冷機(jī)組與蒸發(fā)冷卻機(jī)組的區(qū)別（1Kg水帶走25KJ熱量，1Kg水蒸氣帶走2500KJ熱量）傳熱量：水冷式是風(fēng)冷式的10倍，蒸發(fā)冷卻式是水冷式100倍，因此蒸發(fā)冷卻式是風(fēng)冷式的1000倍。（在水冷式冷凝器中冷卻水的溫升一般為Δtw=2~6℃,每1kg水能帶走8~25kJ的熱量,而1kg水吸熱蒸發(fā)可以帶走2450kJ的潛熱量。）

由上述可知，在相同的制冷量下，耗水量：與傳統(tǒng)水冷式相比，蒸發(fā)冷卻式是水冷式的1/100補(bǔ)水量：與傳統(tǒng)水冷式相比，蒸發(fā)冷卻式是水冷式的1/25～1/50。優(yōu)點(diǎn)

1節(jié)地、美觀不需要配置冷卻水塔，節(jié)省占地面積約10～100㎡2節(jié)水、節(jié)能數(shù)據(jù)顯示，蒸發(fā)冷凝技術(shù)比水冷機(jī)組節(jié)能35％以上缺點(diǎn)與傳統(tǒng)空調(diào)相似，仍采用傳統(tǒng)制冷劑，并不環(huán)保。第十二頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝器與間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組的區(qū)別冷凝:冷凝是氣體或液體遇冷而凝結(jié)，如水蒸氣遇冷變成水，水遇冷變成冰，有相變的過程。冷卻:使熱物體的溫度降低而不發(fā)生相變化的過程。第十三頁，共十六頁，2022年，8月28日城市軌道交通專用板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組

城市軌道交通專用板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組適用于地鐵站公共區(qū)、公共區(qū)站臺(tái)、設(shè)備管理用房、通風(fēng)換氣房間、變壓器和開關(guān)室等需冷空間。

產(chǎn)品特性：

節(jié)地

它采用蒸發(fā)冷凝技術(shù)，不需要配置冷卻塔、冷卻水泵以及冷卻水管網(wǎng)系統(tǒng)，解決了長(zhǎng)期以來冷卻塔安裝位置困難的問題；它適應(yīng)靈活的安裝位置，減少或不需設(shè)立冷凍機(jī)房的特點(diǎn)，節(jié)約地鐵車站占地面積。

美觀

它采用蒸發(fā)冷凝技術(shù)，不需要配置冷卻塔，在城市景觀上，解決長(zhǎng)起來冷卻水塔室外安裝影響市容及對(duì)噪音及“飛水”周圍居民的影響。

節(jié)能它采用蒸發(fā)式冷凝技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)工況小整機(jī)能效比高，明顯優(yōu)于冷水機(jī)組能源效率國家最新等級(jí)指標(biāo)I級(jí)水平，比水冷機(jī)組節(jié)能15%以上，更比一般風(fēng)冷機(jī)組節(jié)能35%。第十四頁，共十六頁，2022年，8月28日蒸發(fā)式冷凝器實(shí)際工程

結(jié)合吉林火車站的氣候環(huán)境和使用需求，吉林火車站項(xiàng)目采用了板管蒸發(fā)式冷凝全熱回收新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，夏季通過新風(fēng)處理控制室內(nèi)溫濕度，不設(shè)傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)45%的節(jié)能效益。同時(shí)，減少了中央空調(diào)系統(tǒng)5%的投資成本。冬季實(shí)現(xiàn)室內(nèi)22℃排風(fēng)的熱量回收，冬季供暖供熱費(fèi)用節(jié)省35%以上。該項(xiàng)目是鐵道部節(jié)能減排科研項(xiàng)目之一，吉林火車站是第一個(gè)試點(diǎn)，該成果將在鐵道部高鐵建設(shè)中大力推廣。第十五頁，共十六頁，2022年，8月28日目前