板式换热器作为一种高效节能的换热设备在城市集中供热工程中进行间接、集中或连续供热, 起到了节约能源、节省设备维修管理费用、保护环境、保证人民生活安居乐业的重要作用, 是城市集中供热中 不可缺少的设备。而近年来, 随着我国城市集中供热规模的不断扩大, 其运行特点多为冷热侧介质流量或温差不等, 一般为2:1－3:1, 尤其是建筑空调换热, 其典型工况为一次水温度为 95℃→70℃, 二次温度为50℃→60℃或55℃→60℃, 温差或流量比达 2.5－5, 针对此种非对称工况, 我国的几个主要板式换热器生产厂商相继开发了非对称型板式换热器, 现介绍有关情况。
一、 结构特点
1. 两流体流经的板片角孔尺寸大小 不同。大流量流体走大角孔, 小流 量流体走小角孔, 两流体流经接管和角孔的阻力损失相近。
2. 导流区呈非对称结构, 即大、小流 量侧流体的流道几何尺寸不同, 小流量侧流道的宽度比大流量侧流道宽度窄, 流道的深度则比大流量侧浅, 流道的总长度则比大流量侧长。因而, 板片两侧的导流区具有很大的非对称性, 可使两流体沿导流区的压力降更均衡, 沿板片的 分布更均匀。
3. 传热区两侧流道分别由截面积不等( 截面积之比为 2:1 或更大) 、尺寸和形状不同的人字形波纹构成。波纹的夹角可为钝角,也可为锐角; 由于两流体的流道截面积不等,当两流体的流量不等时, 可使两流体板间流速接近或相等。因而,大大提高了小流量侧的给热系数, 从而使总传热系数大大提高,强化了传热,节省了换热面积。
4. 仅以同一种板片( 1 套模具) 采用特殊的密封结构, 即可组成传热性能与压力降合理匹配的两种流道, 流动特性为单边流; 较之常规的以两种板片( 两套模具) 实现的非对称流道, 大大地节省了模具投资和生产费用。
5. 一般为单流程布置, 接管均位于固定压紧板一侧, 安装维修方便。
二、 工作原理
众所周知,对于板式换热器而言,仅当两种流体的板间流速接近时性能最佳。然而,对于流量比或温差比大于2 的工况, 若选用对称型板式换热器采用单流程布置, 由于流量不等, 两流体的板间流速不等,因而总有一侧流体的允许压力降不能充分利用, 板间流速低的一侧, 给热系数低,易结垢; 流速高的一侧, 压力降往往过大,因而使板片长时间承受较高的压差而发生变形。所以板片两侧 流体的传热不能处于最佳状态。若在小流量一侧采用多流程布置, 以使两流体的板间流速接近。这样, 一是传热性能下降( 因存在顺流) , 造成换热面积过大, 无谓浪费; 二是两个压紧板上均布置接管, 给操作维修带来不便。非对称型板式换热器由于板片的角孔导流区和传热区结构均不对称,可在 两流体的流量不等时, 使板间流速(或压力降) 仍接近或相等。因而,大大提高了小流量侧的给热系数, 从而使总传热系数大大提高 ,强化了传热性能,节省了换热面积。
三、 性能特点
经对该类产品进行质量检验及传热与流体阻力特性测试,检验结果均符合GB16409-1996《板式换热器》的要求,个别项目处于国内外领先水平,并证明具有以下特点: 1. 承压能力较高 ,设计压力可达2.5MPa, 比常规产品提高两个等级以上; 2. 传热性能好, 比压力降低, 标准状况下, K值可达5 000W(/ m2?K) 以上; 3.尤其适用于流体的流量比或热容量比大于2.5 的传热工况; 4. 应用范围广, 既适用于液—液, 也 适用于汽—液( 作为冷凝器) 或含有较小尺寸颗粒状、纤维状杂质的流体。
四、 应用分析
在3种典型空调供热工况下, 非对称型同对称型板式换热器选型计算结果的对比情况。选用非对称型产品 时, 节省换热面积一半, 但热侧阻力降仍未 完全利用, 可见, 若采用“热混合”设计技术 或增大通道截面积比至 2.5:1 或 3:1, 换热 面积还可大大降低。
五、 结论
综上所述, 同常规板式换热器比较, 非对称型板式换热器的结构明显不同, 能与“非对称工况”精确匹配, 具有优良的传热和流体阻力特性。在城市空调供热工程中, 其优越性尤为显著, 可谓“量身定制”。采用这种产品可节省换热面积30%以上。