各種熱回收形式的比較

1、熱管、轉(zhuǎn)輪、板式換熱器熱回收的比較隨著我國經(jīng)濟實力的增長和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高；高層建筑的 迅速發(fā)展，高氣密化、高隔熱化影響到人們的工作和生活環(huán)境，人們對室內(nèi)空氣 品質(zhì)的要求也越來越高，都渴望擁有一個健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境，特別是經(jīng)歷了 SARS的襲擊，人們越來越注重室內(nèi)空氣品質(zhì)，對引進室外新風換氣提出了更高 的要求，但是換氣必然會帶來能量的損失，引入新風需要消耗更多的能量，因此 需要考慮一種有效的節(jié)能方法，通過熱回收裝置使新風和排風進行熱交換。熱交 換器是空氣調(diào)節(jié)和余熱回收的關鍵裝置。一、各類熱交換器的性能與利用分析 目前的熱交換器有顯熱和全熱回收兩種形式。不同形式的性能、效率和利用

2、方式， 設備費的高低、維護保養(yǎng)的難易也各不相同，它們的綜合比較如下表所示：熱回收方式效率設備 費維護保養(yǎng)輔助設備占用空間交叉污染自身耗能接管靈活抗凍能力使用壽命轉(zhuǎn)輪換熱器高高中無大有有差差中熱管換熱器較高中易無中無無中好優(yōu)板式顯熱換熱器低低中無大有無差中良板翅式全熱換熱器較高中中無大有無差中中中間熱媒式低低中有中無多好中良下面介紹幾種常用的熱交換器。1.轉(zhuǎn)輪式全熱換熱器轉(zhuǎn)輪式換熱器的表面為蜂窩狀，涂上一層吸附材料作干燥劑。將轉(zhuǎn)輪置于風道之 間，使其分成兩部分。來自空調(diào)房間的排風從一側(cè)排出，室外空氣以相反的方向 從另一側(cè)進入。為加大換熱面積，輪子緩慢旋轉(zhuǎn)（1012轉(zhuǎn)/分）。輪子的一半 從較熱空氣

3、中吸收存儲熱量，旋轉(zhuǎn)到另一側(cè)時，釋放熱量，使熱量發(fā)生轉(zhuǎn)移。附 著表面的干燥劑將來自高濕度的空氣流里的濕氣冷凝后，通過干燥劑吸收，旋轉(zhuǎn) 到另一側(cè)時，將濕氣釋放到低濕度的氣流里，這個過程將潛熱轉(zhuǎn)移。換熱器旋轉(zhuǎn)體的兩側(cè)設有隔板，使新風與排風逆向流動。轉(zhuǎn)輪芯片用特殊的紙或 鋁箔制成，其表面涂上吸濕性涂層，形成熱、濕交換的載體，它以10-12r/min 的速度旋轉(zhuǎn)，先把排風中的冷熱量收集在蓄熱體（轉(zhuǎn)輪芯）里，然后傳遞給新風， 空氣以2.5-3.5m/s的流速通過蓄熱體，靠新風與排風的溫差和蒸汽分壓差來進 行熱濕交換。所以，既能回收顯熱，又能回收潛熱。1）轉(zhuǎn)輪換熱器的功能與適用范圍功能適用范圍有優(yōu)良的吸濕

4、性能，可回收顯熱與潛熱，效率可達70% （有覆有吸濕性涂層的輪體）有濕度要求的空調(diào)系統(tǒng)，如紡織廠、造紙廠和一些生產(chǎn)車間無吸濕性性要求，主要回收顯熱時，應使 用顯熱回收器，表面無涂層。當排風溫度 低于露點時，有吸濕可能，也回收潛熱。體育館、百貨商店，工業(yè)通風系統(tǒng)2）轉(zhuǎn)輪換熱器的主要優(yōu)缺點:優(yōu)點缺點1.能回收顯熱和潛熱1.裝置較大，占用建筑面積和空間多2.排風與新風逆向交替過程中具有一定的自凈作用2.接管位置固定，配管靈活性差3.通過轉(zhuǎn)速控制，能適應不同的室內(nèi)外空氣參數(shù)3.有傳動設備，自身需要消耗動力4.回收效率高，可達到7080%4.壓力損失較大，易臟堵5.能應用于較高溫度的排風系統(tǒng)5.有滲漏，

5、無法兀全避免交叉污染3）影響轉(zhuǎn)輪換熱器效率的因素：空氣流速：空氣流過轉(zhuǎn)輪時的迎風面流速越大，效率越低，反之效率 則高，推薦風速24m/s。轉(zhuǎn)輪兩側(cè)氣流入口處，需要加裝空氣過濾器。設計時，必須計算校核轉(zhuǎn)輪上是否會出現(xiàn)結(jié)霜、結(jié)冰現(xiàn)象；必要時應 在新風管上設空氣預熱器，或在熱回收器后設溫度自控裝置，當溫度達霜點，就 發(fā)出信號關閉新風閥門或開啟預熱器。d.由于全熱交換器轉(zhuǎn)輪需要動力，并且增加了阻力，從而增加輸送動力和增加投資，因此，必須計算回收效應，當總能耗節(jié)約顯著時，方可選用。 e.適用于排風不帶有害物或有毒物質(zhì)的場所。2.低溫熱管換熱器1942年，美國工程師提出了熱管原理，20世紀60年代初，開始

6、研 究和試制，最早被用于航天器與核反應堆，20世紀70年代，熱管換熱器作為全 新風系統(tǒng)中的熱能回收裝置而最終在暖通行業(yè)中體現(xiàn)出卓越的優(yōu)越性。熱管是靠 自身內(nèi)部液體的相變來實現(xiàn)熱量傳遞的傳熱元件，它有以下特點：每根熱管都 是永久性密封的，傳熱時沒有額外的能量損耗，無運行部件，運行可靠性高。 熱管換熱器的結(jié)構(gòu)決定了它是典型的逆流換熱，熱管又幾乎是等溫運行，因此熱 管換熱器具有很高的效率。因冷熱氣體的換熱在熱管的外表面進行容易擴展受 熱面積。冷熱氣體中間用隔板隔開，沒有泄漏，因此沒有交叉污染問題。由 于流體流動通道寬敞，阻力損失小。每根熱管完全獨立，維修方便。從環(huán)境 的適應性，余熱回收效率、壓力損失

7、、防止堵塞、清洗、壽命等綜合指標看，熱 管換熱器占據(jù)優(yōu)勢。工作原理：熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，在抽成真空的管子里充以適當?shù)?工作液，再將其兩端密封。熱管既是蒸發(fā)器又是冷凝器。熱流吸熱的一端是蒸發(fā) 段，工質(zhì)吸收熱后蒸發(fā)汽化，流動至另一端即冷凝段放熱液化，并依靠毛細力作 用流回蒸發(fā)段，自動完成循環(huán)。熱管換熱器由單根熱管集裝在一起，中間用隔板將蒸發(fā)段與冷凝段分開，熱管換 熱器靠熱管內(nèi)工質(zhì)的相變完成熱量傳遞。每一根熱管就是一個無動力的制冷循環(huán) 系統(tǒng)，傳熱速度是相同金屬的數(shù)千倍至萬倍，0.1C的溫差即有熱響應，它最初 用于人造衛(wèi)星上解決向陽面和背陰面的受熱不均勻，是人造衛(wèi)星上必備設備之 一?，F(xiàn)在，越

8、來越廣泛的用于空氣調(diào)節(jié)和余熱回收領域，日本早稻田大學的一位 專家說：“日本特別重視節(jié)能和環(huán)保，而熱管技術(shù)以其高效的傳熱性，為節(jié)能環(huán) 保找到了一條新路”。熱管換熱器在暖通空調(diào)設計手冊中均有介紹和選用方法。1）低溫熱管換熱器的主要優(yōu)缺點：優(yōu)點缺點1.結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積的傳熱面積大1.只能回收顯熱，不能回收潛熱2.沒有轉(zhuǎn)動部件，不額外消耗能源2.接管位置固定，缺管配管的靈活性3.每根熱管自成換熱體系，不易臟堵，便于更換4.熱管的傳熱是可逆的，冷熱流體可以 變換5.冷、熱氣流之間的溫差較小時，也能得到一定的回收效率6.本身的溫降很小，接近于等溫運行，換熱效率高，6070%7.使用壽命長，12年以上2）

9、設計注意事項：低溫熱管適用于溫度-40C80C，全年可使用，回收冷量時，角度與熱 量相反。迎面風速宜采用1.53.5 m/s。冷、熱端之間的間隔板，采用雙層結(jié)構(gòu)，可杜絕因漏風而造成交叉污染。換熱器可垂直或水平安裝，既可以幾個并聯(lián)，也可以幾個串聯(lián)。當氣流的含濕量較大時，（此時有潛熱回收，可作為余量）應設計凝水排除裝置。啟動換熱器時，應使冷、熱氣流同時流動，或使冷氣流先流動，停止時， 應使冷、熱氣流同時停止，或先停止熱氣流。二、低溫熱管換熱器節(jié)能與經(jīng)濟效益分析：按沈陽地區(qū)冬季室外-19C，室內(nèi)20C計算如果排風量為30 000立方米/時， 能量損失為37萬Kal/h,相當于0.7噸的鍋爐每小時產(chǎn)生

10、的熱量。熱管換熱器每 小時可回收的的熱量按效率60%計算為22.2萬Kal/h。1.板式熱交換器的工作原理：利用特殊的紙質(zhì)材料或鋁泊裝配成上下各層間隔而成的通道，進風通過單數(shù)層通 道，排風通過雙數(shù)層通道，通過空氣與層板的接觸傳遞熱量，送風與排風逆流時 效率最高，但逆流運動時，材料受力最大，容易吹破交換器，所以常采用叉流結(jié) 構(gòu)，作成全熱時，表面應涂上吸濕性材料。板式換熱器的優(yōu)缺點:優(yōu)點缺點1.構(gòu)造簡單，運行安全1.設備體積較大，需占用較多建筑空間2.沒有傳動設備，不消耗電力2.易臟堵，不易清洗，阻力大。3.不需要中間熱媒3.大風量時，選用有局限性4.設備費低板式換熱器設計選用時應注意：僅適用一般

11、空調(diào)工程，當排風中含有有害成份時，不宜選用。因阻力損失較大，為了在過渡季節(jié)能利用新風，減少能耗，在換熱器旁 應設計旁通風管，以便讓新風從旁通通過。與換熱器連接的風管和旁通風管上，必須安裝密閉性較好的風閥。安裝的位置應便于芯體更換本文來源：中國熱回收網(wǎng)熱管換熱器應用技術(shù)點擊次數(shù):24更新時間:2012-11-29 13:17:00【打印此頁】【關閉】熱管換熱器的核心元件是熱管。熱管是一種新型相變高效傳熱元件，其獨特的傳熱特性引起了人們的極大 興趣,應用領域從空間擴大到地面，從工業(yè)擴展到民用。然而，在熱管技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，其在工業(yè)應用中仍 然存在一些問題,會限制熱管技術(shù)的使用和深入發(fā)展。筆者對這

12、些問題進行了研究，并提出了合理的解決辦 法。1熱管相容性早期的熱管研究人員就注意到了管殼材料與工質(zhì)的化學相容性問題,早期工業(yè)應用的熱管一般采用銅材 管壁或鋼銅復合管,產(chǎn)品成本很高，限制了熱管技術(shù)在工業(yè)上的廣泛應用。鋼水熱管以其成本低、強度高、制 造工藝簡單及適應溫度范圍廣得到了大家的認同,在工業(yè)上得到廣泛的應用,然而鋼水熱管的使用壽命不足 0.5 a ,無法滿足工業(yè)應用的要求。通過多年的研究人們認識到,鋼水熱管中存在著化學反應和電化學反應，這 是一種不可避免也不可能消除的金屬腐蝕過程，只能抑制或延緩，因此，鋼水熱管相容性問題的對策只能是延 長熱管的使用壽命。1.1腐蝕機理由于管材與工質(zhì)的化學不

13、相容性,使得鋼水熱管內(nèi)部發(fā)生腐蝕產(chǎn)生不凝氣體氫氣。氫氣越多，換熱效果 越不好，氫氣積聚到一定程度可以使熱管完全喪失傳熱功能。1.1.1 化學反應腐蝕熱管長時間在較高的溫度下工作，鋼水會發(fā)生化學反應，在管內(nèi)產(chǎn)生變化，其主要的化學反應過程如下：Fe +H2O = FeO+H2f2Fe+3H2O = Fe 2O3+3H2T3Fe+4H2O = Fe 3O4+4H2T上述反應的結(jié)果使管壁發(fā)生腐蝕，產(chǎn)生FeO、Fe2O3和Fe3O4,同時產(chǎn)生一定量的不凝氣體氫氣。除Fe3O4外，其余兩種氧化層(FeO和Fe2O3 )不能阻止水的侵入，仍要與鐵繼續(xù)反應生成氫氣。1.1.2電化學反應在鋼水熱管內(nèi)，鐵、雜質(zhì)和

14、水構(gòu)成一種原電池。其中鐵為陽極，雜質(zhì)為陰極。雜質(zhì)一般為FeC3、石墨 等，為碳鋼與水中所含。水的電離度雖小,但仍有少量的OH-和H+生成。管內(nèi)主要的電化學反應過程如下：2H+2 e =H2fFe -2 e = Fe 2+Fe 2+2OH-=Fe(OH) 213Fe(OH) 2=Fe 3O4+2H2O + H2T在高溫有水的條件下上述反應進行得很快，普遍認為這是導致碳鋼與水不相容的主要原因。1.2對策1.2.1碳鋼管材表面鈍化高溫蒸汽表面鈍化 采用該辦法的目的是使管壁凈化且生成致密的蘭色Fe 3O4氧化膜鈍化層, 這是一種穩(wěn)定性極好的保護膜。具體的做法是將凈化后的碳鋼管加熱至500600C,然后

15、沖以水蒸氣進行表 面鈍化，此時碳鋼管內(nèi)表面會生成致密而均勻的Fe3O4氧化層?；瘜W液鈍化 該方法也是使管壁生成Fe3O4氧化膜鈍化層，所不同的是采用氧化性化學試劑的 方法。目前鈍化液主要采用的試劑是重銘酸鉀，具體做法是將酸洗凈化后的碳鋼管放入鈍化槽內(nèi)，在一定溫度 下浸泡一定的時間，使管壁內(nèi)生成一層致密的Fe3O4氧化膜。1.2.2工質(zhì)內(nèi)添加緩蝕劑在工質(zhì)中添加緩蝕劑是為了使管壁表面產(chǎn)生更為均勻與密集的Fe3O4鈍化層。緩蝕劑與化學鈍化一 般聯(lián)合使用，由于制造工藝過程中不可避免會產(chǎn)生對局部鈍化膜的破壞，這時緩蝕劑就可以起到修補的作用。 緩蝕劑品種很多，一般采用陽極型緩蝕劑,其管壁緩蝕效果較好。具體

16、做法是在工質(zhì)內(nèi)添加質(zhì)量分數(shù)為1%3%的重銘酸鉀。1.2.3排放法和滲透法在熱管冷凝端部裝上排氣閥，必要時打開閥將積累的氫氣排放出去。也可在熱管冷凝端部裝上鈀管，讓產(chǎn) 生的氫氣隨時滲透出去。1.2.4氧化除氫法根據(jù)化學理論，標準電極電位為正值的元素的氧化物都能被氫還原出來。常見的銅、鎳、鋅、鉆等元素 的氧化物都能與氫進行氧化還原反應，只是要求的反應溫度不同，反應速度不一樣。氧化除氫技術(shù)在20世紀 90年代初就開始了推廣應用,但要求的反應溫度一般超過150C,使其在工業(yè)中的應用受到一定限制。目前, 一種新型高效復合配方的氧化除氫技術(shù)巳研制成功并進行了工業(yè)應用，在常溫下就可快速地進行除氫反應。 這一

17、技術(shù)的推廣應用，必將極大地提高熱管的使用壽命。針對化學鈍化膜不穩(wěn)定、排放法和滲透法不易操作、高溫蒸汽鈍化所需場地設備及投資較大的問題，我 們認為最好的延長熱管壽命的方法應為化學鈍化、緩蝕劑及氧化除氫技術(shù)的配合使用。2熱管積灰在熱管余熱回收設備中,熱管積灰是普遍存在的問題，積灰增加了受熱面熱阻，降低了設備的傳熱能力，還 可以減少流體的通道面積,增加流動阻力，降低換熱表面溫度，造成低溫露點腐蝕。不少的余熱回收設備由于 積灰嚴重不能正常運行,甚至被迫停用，因此積灰巳成為節(jié)能設備能否正常運行的一個主要問題。2.1形成機理積灰按溫度可劃分為高溫區(qū)積灰、過渡區(qū)積灰和低溫區(qū)積灰，熱管換熱設備的積灰主要是低溫

18、區(qū)積灰。 低溫區(qū)積灰一般為疏松式積灰，主要發(fā)生在下游溫度較低的換熱設備上。積灰形成的機理較復雜，一般認為疏 松式積灰是由分子引力和靜電引力的作用而形成。資料表明，當灰粒的當量直徑小于3四m時,灰粒與金屬管 壁間、灰粒與灰粒間的萬有引力超過灰粒本身的重量，煙氣中所含的微小灰粒沖刷到管壁時，就吸附在金屬表 面或積灰表面上。另外，煙氣流動時，因煙氣中灰粒的電阻較大會發(fā)生靜電感應,雖然受熱面的材質(zhì)是良導體, 但當受熱面積灰后,其表面就變成了絕緣體,很容易將因靜電感應而產(chǎn)生的帶異種電荷的灰粒（當量直徑小于10四m ）吸附在其表面上，形成疏松式積灰。疏松式積灰在以下條件下均可形成低溫粘結(jié)性積灰:燃料燃燒不

19、充分而形成高粘度聚合物，此種聚合 物極易吸附于管壁上，不容易脫落而形成粘結(jié)性積灰。當灰垢吸收煙氣中的so 3和水蒸氣后轉(zhuǎn)化成硫酸 鹽，形成粘結(jié)性積灰。2.2對策2.2.1熱管管外翅片結(jié)構(gòu)選擇氣相換熱的熱管換熱器熱管外都采用加肋強化傳熱，翅片形式多選用穿片或螺旋形纏繞片，這些翅片結(jié) 構(gòu)緊湊，肋化比高，效果明顯，但缺點是極易積灰結(jié)垢。對于高粉塵流體，即使翅片間距取1220mm,在某些情 況下也會出現(xiàn)嚴重積灰。對于高含塵流體,目前趨向于選擇以下2種結(jié)構(gòu)。軸對稱單列縱向直肋翅片該翅片結(jié)構(gòu)簡單，制作方便,相對肋化比低，不易積灰。如果將翅片做成 不等高，即降低背后翅片高度,可進一步減少積灰。目前此結(jié)構(gòu)的熱

20、管換熱器巳投入工業(yè)應用效果較好。釘頭管釘頭管作為換熱設備的傳熱元件一般多用于粘結(jié)性積灰部位。例如，在燃油加熱爐的對 流室中，為了減少熱管換熱器的積灰堵塞，將釘頭管制成的熱管空氣預熱器用于以高含硫油為燃料的常減壓 加熱爐中,投用多年無積灰堵塞現(xiàn)象。2.2.2流體速度及結(jié)構(gòu)選擇換熱設備內(nèi)流體速度是一個重要的設計參數(shù)，它影響換熱設備的的傳熱、流動阻力、磨損及自清灰能力 等。目前設計熱管換熱設備時多采用等質(zhì)量流速法，這種方法的嚴重不足之處就是隨著設備內(nèi)溫度的下降, 進出口處的密度、動力粘度和導熱系數(shù)明顯變化，從而引起出口處流體的速度大幅下降,其結(jié)果是傳熱系數(shù)和 自清灰能力下降，造成換熱設備后排的積灰。

21、可采用變截面設計法解決該問題，以等體積流速法代替等質(zhì)量流 速法。對于某一參數(shù)一定的換熱設備,質(zhì)量流量是一個常數(shù)，如要維持體積流速不變，只有改變換熱面積來抵 消密度的變化。隨著煙氣溫度的降低，密度將增大，要維持流速一定,換熱設備的流通面積將減小，所以以等體 積流速設計的換熱設備的截面為一等邊梯形。變截面換熱設備的進、出口具有相同的自清灰能力，一般認為，換熱設備內(nèi)介質(zhì)的實際流速達到8m/ s便 可起到自清灰的作用,設計時可取流體流速為812m/s。對于可能引起嚴重磨損的部位,流體流速可取68 m/ s，以免引起管子快速磨損而導致穿孔。2.2.3清灰采用化學清灰劑清灰或采用吹掃和用機械方法清除管子表面積灰3。這兩種方法是在積灰生成以后才 進行，有滯后性。3熱管露點腐蝕3.1產(chǎn)生機理當熱管