著重比較了不同型式冷凝器的相關應用參數;對蒸發式換熱器國內外研究進展和國內應用狀況進行了介紹;分析總結了蒸發式冷凝器在應用中存在的問題,并針對相關問題提出了相應對策;最后,指明了蒸發式冷凝器的應用前景和發展方向,并通過實踐證明了節能型的產品在國內外具有良好的市場。
1引言
由于人口膨脹和經濟發展,水資源短缺的現象正在世界許多地方相繼出現,尤其是城市缺水狀況,越來越加劇。我國的水力資源可開發量雖達3·79億千瓦,但人均不到0·3千瓦。《中國節水技術政策大綱》中指出:“大力發展和推廣工業用水重復利用技術,提高水的重復利用率是工業節水的首要途徑,發展高效冷卻節水技術是工業節約用水的重點。”冷凝冷卻設備是工業耗能耗水大戶,制冷冷卻耗能量占工業用能的13%~15%,耗水占工業用水的70%~80%,而間接冷卻用水又占冷卻用水的70%~80%[1]。也正是在這樣的情況下,蒸發式冷凝技術應運而生,成為水循環重復利用的重要技術之一。蒸發式冷凝技術在航空、電力、機械、紡織等工業領域中起著重要作用。同時,冷卻塔、噴淋塔、蒸發式冷凝器等就是冷卻水重復利用的關鍵設備,蒸發式冷凝器的節能、節水效果不僅在理論上是明顯的,在實際應用中也得到很好的證明[2]。所以,研究和發展蒸發式冷凝冷卻設備,極具現實意義。
2蒸發式冷凝器
根據蒸發式冷凝器的工作原理可知,由于蒸發式冷凝器主要利用水的汽化潛熱帶走制冷劑冷凝過程中放出的冷凝熱量,所以冷卻水的用量要比水冷式冷凝器少得多。實際補充水量為水冷式的1/25-1/50,其特別適用于缺水地區。 文獻[3]和文獻[4]對各種冷凝器的性能與耗水情況分別進行了比較。據計算,以氨為制冷劑,產冷量在3·8×106kJ/h時,蒸發冷凝器比殼管式冷凝器平均每年節電3·4×105kWh[5]。
3蒸發式換熱器的理論研究進展
3·1國外理論研究進展
國外的蒸發冷凝技術發展比較早,所取得的理論和研究成果也比較高。蒸發式冷凝設備基本傳熱傳質理論是在1925年由merkel所提出并發展起來的,為以后的理論研究奠定了基礎。之后在二十世紀中期,S·G·Chuklin、尾花英郎等提出了關于蒸發式冷凝器設計的普遍化方法。Parker和Treyball研究了蒸發式冷卻器的傳熱、傳質性能,闡明了蒸發式冷卻器的傳熱、傳質機理。文獻[6]對蒸發式冷凝器與涼水塔混合系統的實驗表明此系統能顯著降低冷凝溫度,并節約換熱面積。開發了一套用于設計水平或豎直放置的光管、翅片管蒸發式冷凝器與涼水塔混合系統的計算機程序。文獻[7]對豎直管蒸發式冷卻器做了傳熱傳質試驗研究,結果表明控制熱阻發生在空氣與水的交界面,并建立了適用于光滑豎直管蒸發式冷凝器性能計算的經驗關聯式。文獻[8]對蒸發式換熱器(涼水塔、流體冷卻器、冷凝器)做了性能模擬,其模擬算法與制造廠家(美國巴爾的摩)提供的數據差別在±3%以內。文獻[9]對幾種蒸發式冷卻器芯體的設計方案做了模擬計算探討,發現添加的塑料材料(Munter)可以顯著地增強光滑管冷卻器的傳熱性能,而不需要使用成本很高的翅片管以增加傳熱面積。文獻[10]給出了蒸發式冷凝器一種新傳熱傳質數學模型,該模型準確的描述了傳熱傳質過程;編制了適用于光管蒸發式冷凝器的計算機仿真模擬程序,通過試驗驗證,其計算結果同試驗結果相比較平均誤差為3%,其中最大誤差也不超過20%;并且計算結果具有很高的精度,驗證了計算機程序的合理性。文獻[11]研究了在負的大氣壓下蒸汽混合物對DCXs型換熱器的性能影響,通過試驗測試研究了DCXs型換熱器中入口處不凝性氣體的影響,給出了數學計算模型,并指出該模型可為冷凝器設計提供依據。文獻[12]和[13]對兩步式蒸發冷卻器的性能做了實驗研究,分析比對了直接蒸發式冷卻器和間接蒸發式冷卻器的性能,結果表明帶有涼水塔的兩步式蒸發冷卻器比沒有涼水塔的系統具有更高的換熱效率,也優于一步式、直接接觸式蒸發冷卻器。文獻[14]討論了蒸發式流體冷卻器的傳熱傳質過程,建立了逆流蒸發式流體冷卻器的數學模型。研究了管束的分列排布對光管式流體冷卻器的熱性能影響。結果表明,對于蒸發式水冷卻器,模擬計算值和試驗值具有很好的吻合性,相對誤差不超過6%,通過試驗數據回歸,總結出傳質效率的關聯式。文獻[15]介紹了一種描述蒸發式冷凝冷卻設備通用的無量綱數學模型,該數學模型給出了水、空氣和被冷卻流體在系統中非絕熱蒸發的換熱過程。
應用無量綱微分方程建立的數學模型極大的降低了計算的參數量并且簡化了計算。分析表明,該無量綱因次的數學模型具有廣泛的應用性。文獻[16]對蒸發式冷凝器(采用兩組翅片管+填料的結構型式)的性能進行實驗研究,同時和風冷式冷凝器進行比較,結果表明蒸發式冷凝器的系統效率介于97%~99%之間,而風冷式冷凝器系統效率介于88%~92%之間。文獻[17]在相同的實驗條件下,對光管和翅片套管蒸發式冷卻器的傳熱性能進行分析研究。通過試驗證明,當空氣的迎面風速從1·66~3
