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1、蒸发式冷凝器分析第1页，本讲稿共16页蒸发式冷凝器蒸发式冷凝是效率最高的冷凝方式-美国ASHARE系统与设备手册，第35章第2页，本讲稿共16页1蒸发冷凝技术的研究状况2蒸发式冷凝器的分类3 板式蒸发式冷凝器传热性能分析4 蒸发式冷凝器与风冷、水冷机组及蒸发冷却对比5 蒸发式冷凝在实际中的应用6 总结第3页，本讲稿共16页蒸发冷凝技术的发展自上世纪70年代板式换热器在制冷装置中得到应用以来,已经日益受到人们的重视,特别是许多发达国家,如澳大利亚、美国、日本以及欧洲各国等都非常重视制冷用板式换热器的研究和应用,世界上一些著名的制冷公司如约克、开利及日立等也相继在制冷装置中采用板式换热器。在我国,
2、制冷用板式换热器的研究及应用尚处于起步阶段,与国外相比,我国在这一领域的研究相对比较滞后。第4页，本讲稿共16页蒸发式冷凝器的分类 蒸发式冷凝器按风机的操作不同可分为鼓风式和吸风式(目前大多数采用此类风机),从其换热的核心部件的结构分为管式蒸发式冷凝器和板式蒸发式冷凝器两大类。管式蒸发式冷凝器又可以分为水平管式与立管式两类,目前工业上应用最多是水平管式蒸发式冷凝器,通过改变换热盘管管型结构以达到强化传热的蒸发式冷凝器称之为异型管蒸发式冷凝器;将换热盘管与其他换热单元体结合起来构成的蒸发式冷凝器还有填料蒸发式冷凝器与鼓泡蒸发式冷凝器。目前,在传统的换热器研究及应用中,已形成了一种“以板代管”的趋
3、势。第5页，本讲稿共16页蒸发式冷凝器板管蒸发式冷凝技术示意图及工作原理（1）蒸发式冷凝器是以水和空气作冷却介质，利用水的蒸发带走汽态制冷剂的冷凝热。（2）工作时冷却水由水泵送至冷凝管组上部喷嘴，均匀地喷淋在冷凝排管外表面，形成一层很薄的水膜，高温汽态制冷剂由冷凝排管组上部进入，被管外的冷却水吸收热量冷凝成液体从下部流出，吸收热量的水一部分蒸发为水蒸汽，其余落在下部集水盘内，供水泵循环使用，风机强迫空气以3-5m/s的速度掠过冷凝排管促使水膜蒸发，强化冷凝管外放热，并使吸热后的水滴在下落的进程中被空气冷却，蒸发的水蒸汽随从空气被风机排出，未被蒸发的水滴被脱水器阻挡猪落回水盘。（3）水盘中设浮球
4、阀，自动补充冷却水量。第6页，本讲稿共16页 冷却水用循环水泵压送到竖直排列的冷凝板束的上方,经喷嘴或其他喷淋装置喷洒到板束上,当制冷压缩机排出的过热蒸汽进入冷凝换热板内时,冷却循环水连续不断地喷淋在换热板外侧,在冷凝板片的外表面形成水膜而流下,水膜从冷凝板壁吸取制冷剂的热量后,在蒸发作用下,部分水蒸发为蒸汽,被快速流动的空气带走,这样就有效地利用水的蒸发潜热,以较少的水达到板内制冷剂气体冷凝冷却的目的,增强传热效果。空气的作用主要是将冷凝板片外面受热蒸发的水蒸汽带走,当空气的温度低于水温时,它还可以起一定的冷却作用,空气自下而上或者与喷淋水成交叉流动从水膜表面吹过时,除把水蒸气带走外,还夹带
5、一部分小水滴。为了减少水的吹散损失,在冷凝板束与风机之间加装挡水板,它的作用是尽量把空气中夹带的水滴分离下来。第7页，本讲稿共16页板式蒸发式冷凝器传热性能分析 液体在重力作用下薄层形式沿壁面向下流动，称为液体薄膜流。它具有小流量、小温差、高传热、传质系数、高热流密度、结构简单、动力消耗小等优点，其传热传质的特点：效率高，强度大，温度或浓度梯度小；流量小，消耗功率少；液-固、气-液相之间的接触面积大，传热传质充分，过程时间短等。利用液膜进行传热传质已经成为动力、化工、食品等工业中最重要的单元操作之一。板式蒸发式冷凝器是基于液体薄膜流传热传质理论和蒸发冷凝换热机理开发出来的一种高效节能节水冷却设
6、备,其工作过程可分为:板内工艺流体冷凝后通过板壁将热量传至薄水膜所覆盖的板外,板外水膜经过蒸发将热量传给空气,最后空气将这部分热量和水汽排出,这是一次典型的以传质带动传热的过程。影响板式蒸发式冷凝器传热性能的主要因素：喷淋水流量、风速、汽液流向以及工艺流体进出口位置。第8页，本讲稿共16页 就其中一个影响因素喷淋水流量来分析板式换热器的传热性能。为了研究各项因素的影响实验装置主要包括蒸汽发生器、冷凝器(换热板束)、水循环系统及风机四部分,其中冷凝器板束间装有PVC填料,板内工艺流体是水蒸汽。冷却水用循环水泵压送到竖直排列的冷凝板束的上方,经喷嘴喷洒到板束上,当蒸汽发生器排出的片外受热蒸发的水蒸
7、气被快速流动的空气带走,这样就有效的利用水的蒸发潜热,以较少的水达到板内蒸汽冷凝冷却的目的,增强传热效果。第9页，本讲稿共16页图2为在风速u为3.5m/s下板外空气-水两相逆流、并流、错流时热流密度qf随冷却水喷淋密度变化的情况。如图可以看出,3种不同的汽液流向操作,冷凝器板间的热流密度均是随冷却喷淋密度的增大而先增大后减小,且都有一个最高点,这说明在板式蒸发式冷凝器中存在一个最佳的喷淋密度。在喷淋密度较小时,传热板表面没有被喷淋水完全覆盖,局部板表面温度较高而形成干斑”,这一局部表面的传热过程由“蒸发冷”变成“风冷”,传热效果稍差,随着喷淋密度的增大,直至板表面刚好被喷淋水完全覆盖,并形成
8、一层非常薄的水膜,板的传热表面利用率也达到最大,此时的热流密度也达到最大值,即并流与逆流情况下,在为0.196kg/(ms)时,热流密度同时达最大值,分别为7.23kW/与6.52kW/,而错流情况,则在为0.186kg/(ms)时,热流密度达到最大为5.60kW/。随着喷淋密度的进一步增大,板表面的水膜厚度开始变厚,水膜的热阻开始增大,热流密度也开始有所减小。因而,布水量不足时出现的“干斑”与布水量过大时出现的液膜过厚都会使传热效率下降,在板式蒸发式冷凝器设计时应重点考虑这一因素。第10页，本讲稿共16页蒸发式冷凝与风冷、水冷机组对比第11页，本讲稿共16页风冷机组、水冷机组与蒸发冷却机组的
9、区别（1Kg水带走25KJ热量，1Kg水蒸气带走2500KJ热量）传热量：水冷式是风冷式的10倍，蒸发冷却式是水冷式100倍，因此蒸发冷却 式是风冷式的1000倍。（在水冷式冷凝器中冷却水的温升一般为tw=26,每1kg水能带走825kJ的热量,而1kg水吸热蒸发可以带走2 450kJ的潜热量。）由上述可知，在相同的制冷量下，耗水量：与传统水冷式相比，蒸发冷却式是水冷式的1/100 补水量：与传统水冷式相比，蒸发冷却式是水冷式的1/251/50。优点优点 1 节地、美观 不需要配置冷却水塔，节省占地面积约101002 节水、节能 数据显示，蒸发冷凝技术比水冷机组节能35以上缺点缺点 与传统空调
10、相似，仍采用传统制冷剂，并不环保。第12页，本讲稿共16页 蒸发式冷凝器与间接蒸发冷却冷水机组的区别冷凝:冷凝是气体或液体遇冷而凝结，如水蒸气遇冷变成水，水遇冷变 成冰，有相变的过程。冷却:使热物体的温度降低而不发生相变化的过程。第13页，本讲稿共16页 城市轨道交通专用板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组 城市轨道交通专用板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组适用于地铁站公共区、公共区站台、设备管理用房、通风换气房间、变压器和开关室等需冷空间。产品特性：节地 它采用蒸发冷凝技术，不需要配置冷却塔、冷却水泵以及冷却水管网系统，解决了长期以来冷却塔安装位置困难的问题；它适应灵活的安装位置，减少或不需设立冷冻机房的特点
11、，节约地铁车站占地面积。美观 它采用蒸发冷凝技术，不需要配置冷却塔，在城市景观上，解决长起来冷却水塔室外安装影响市容及对噪音及“飞水”周围居民的影响。节能 它采用蒸发式冷凝技术，标准工况小整机能效比高，明显优于冷水机组能源效率国家最新等级指标I级水平，比水冷机组节能15%以上，更比一般风冷机组节能35%。第14页，本讲稿共16页蒸发式冷凝器实际工程 结合吉林火车站的气候环境和使用需求，吉林火车站项目采用了板管蒸发式冷凝全热回收新风空调系统，夏季通过新风处理控制室内温湿度，不设传统的中央空调系统，实现45%的节能效益。同时，减少了中央空调系统5%的投资成本。冬季实现室内22排风的热量回收，冬季供暖供热费用节省35%以上。该项目是铁道部节能减排科研项目之一，吉林火车站是第一个试点，该成果将在铁道部高铁建设中大力推广。第15页，本讲稿共16页 目前，此项技术已应用在很多工程实际中。值得一提的是,由于我国幅员辽阔,各地气候条件有很大差异,而蒸发式冷凝器的冷凝效受气候条件影响较大,应结合这些具体情况来设计和制造蒸发式冷凝器。可以针对每个地区的具体情况,设计出专门适用于该地区的蒸发式冷凝器,也可以根据各地条件改变蒸发式冷凝器的设备技术指标,即实现蒸发式冷凝器设计和制造的智能化。总结第16页，本讲稿共16页