Общая характеристика теплообменных аппаратов

Теплообменными аппаратами или теплообменниками наказываются устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. Теплоноситель с большей температурой называется горячим или первичным, а с меньшей температурой – холодным или вторичным. В зависимости от способа передачи теплоты между теплоносителями теплообменные аппараты разделяются на поверхностные и контактные. В поверхностных теплообменных аппаратах теплообмен между теплоносителями осуществляются с участием теплообменной поверхности. В контактных теплообменниках теплообменная поверхность отсутствует, и перенос тепла между теплоносителями осуществляется при их смешении. Типичным примером таких теплообменников являются градирни тепловых электрических стаций. Здесь вода охлаждается атмосферным воздухом при их непосредственном соприкосновении. Поверхностные теплообменники разделяются на: Рекуперативные (рекуператоры); Регенеративные (регенераторы). (recuperatio – лат. обратное получение); (regeneration – восстановление, возобновление, возрождение). В рекуперативных теплообменниках по одну сторону разделяющей поверхности постоянно движется горячий теплоноситель, а по другую – холодный. При этом через разделяющую поверхность осуществляется непрерывная передача тепла от горячего теплоносителя к холодному. Рекуператоры, как правило, действуют в стационарном режиме. Схема рекуперативного теплообменника В регенеративных теплообменниках одна и та же поверхность теплообмена попеременно омывается то горячим, то холодным теплоносителем. В этом случае аккумулирующая способность поверхности теплообмена должна быть достаточно большой. Обычно для этой цели используются заполнения (насадки) в виде фарфоровых колец, кусочков каменного угля, гофрированных металлических лент, металлических опилок и т.д.

а) В период нагрева, когда теплообменная поверхность омывается горячим теплоносителем, она аккумулирует определенное количество теплоты.

б) В период охлаждения, когда теплообменная поверхность омывается холодным теплоносителем, количество теплоты, ранее аккумулированное насадкой, отдается холодному теплоносителю. Режим работы регенеративных аппаратов является нестационарным. Учитывая периодичность действия, для непрерывной передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному, регенераторы обычно компонуются из двух аппаратов. При этом в первом аппарате насадка омывается горячим теплоносителем, во втором – холодным теплоносителем. По истечении определенного промежутка времени осуществляется переключение потоков теплоносителей. Непрерывный теплообмен между теплоносителями можно осуществить в одном регенераторе специальной конструкции, например, в регенераторе системы Юнгстрема. Принципиальная схема этого регенератора заключается в следующем. Насадка регенератора выполнена в виде гофрированных металлических листов. Конструктивно регенератор Юнгстрема выполнен в виде периодически вращающегося барабана с перегородкой. Регенераторы выполняются исключительно для газовых теплоносителей. Примерами регенеративных аппаратов могут служить воздухоподогреватели доменных печей. Особо отметим, что нельзя путать термин «регенеративный теплообменный аппарат» с термином «регенератор», употребляемым, например, в ГТУ. В последнем случае под регенератором понимается элемент ГТУ, где воздух, поступающий в камеру сгорания, предварительно подогревается газами из турбины. Регенератор газовой турбины по способу действия как теплообменный аппарат может быть как рекуперативным, так и регенеративным. Помимо указанных теплообменных аппаратов существуют также теплообменники с внутренними источниками энергии. Здесь применяются не два, как обычно, а один теплоноситель, который отводит тепло, выделяемое в самом аппарате. Примерами таких аппаратов могут служить ядерные реакторы, электронагреватели и другие устройства. В зависимости от взаимного направления движения теплоносителей различают такие схемы движения теплоносителей:

а) прямоточная схема (прямоток), когда горячий и холодный теплоноситель движутся вдоль поверхности теплообмена в одном направлении

б) противоточная схема (противоток), когда горячий и холодный теплоноситель движутся вдоль поверхности теплообмена в противоположных направлениях

в) перекрестный ток, когда горячий и холодный теплоноситель движутся в перекрещивающихся направлениях

г) смешанный ток, представляющий собой комбинации 3-х предыдущих схем. Например: Одновременно прямоток Многократно перекрестный и противоток ток Рекуперативных теплообменники с точки зрения признаков, существенных для теплового расчета, можно классифицировать следующим образом:

а) по роду теплоносителей:

- жидкостно- жидкостные;

- парожидкостные;

- газожидкостные;

- газогазовые;

- парогазовые.

б) По конструктивным особенностям теплообменных поверхностей:

- трубчатые аппараты с прямыми трубами;

- трубчатые аппараты с U-образным трубным пучком;

- змеевиковые;

- спиральные;

- ребристые;

- пластинчатые.

в) По наличию или отсутствию изменения агрегатного состояния теплоносителей:

- теплообменники без изменения агрегатного состояния теплоносителей;

- теплообменники с изменением агрегатного состояния одного из теплоносителей;

- теплообменники с изменения агрегатного состояния обоих теплоносителей.

Теплообме́нник пласти́нчатый — устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодной (нагреваемой) среде через стальные, медные, графитовые, титановые гофрированные пластины, которые стянуты в пакет. Горячие и холодные слои перемежаются друг с другом.