Теплообменные аппараты. 
Теплотехника в 2 т. Том 1. Термодинамика и теория теплообмена

Типы теплообменных аппаратов

Теплообменными аппаратами (ТА) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от среды с более высокой температурой (теплоотдающей) к среде с более низкой температурой (тепловоспринимающей). Движущиеся среды, участвующие в процессе теплообмена, называются теплоносителями.

По способу передачи теплоты ТА делятся на рекуперативные, регенеративные и контактные.

Рекуперативными аппаратами (рекуператорами) называют такие ТА, в которых теплота от одного теплоносителя другому передается через разделяющую их стенку (поверхность теплообмена). Такие аппараты являются наиболее распространенными.

В регенеративных аппаратах (регенераторах) одна и та же теплообменная поверхность поочередно омывается теплоотдающим и тепловоспринимающим теплоносителями.

Обе группы указанных теплообменных аппаратов относятся к категории поверхностных теплообменников, так как в них имеются поверхности теплообмена, отдающие или воспринимающие теплоту. В рекуператорах это поверхность, разделяющая теплоносители, а в регенераторах — поверхность тех тел (насадки), которые аккумулируют тепловую энергию, а затем отдают ее.

В контактных теплообменных аппаратах (градирнях, скрубберах, смесительных, барбогажных и других аппаратах) перенос теплоты осуществляется при непосредственном контакте теплоносителей. При этом процесс теплопереноса сопровождается частичным или полным смешением теплоносителей (массонереносом). Принцип действия контактных (смесительных) ТА наглядно иллюстрирует бытовой кран-смеситель холодной и горячей воды.

По характеру теплового режима различают аппараты со стационарными и нестационарными процессами переноса теплоты. В регенераторах происходят нестационарные процессы аккумуляции теплоты насадкой при омывании ее теплоотдающим теплоносителем с последующей передачей теплоты от насадки к тепловоспринимающему теплоносителю.

Наиболее распространенными являются рекуперативные ТА, которые работают в установившемся тепловом режиме. Ограничимся их рассмотрением, опуская в дальнейшем признаки способа передачи теплоты и характера теплового режима.

По назначению рекуперативные ТА подразделяют на охладители, нагреватели, конденсаторы, испарители, выпарные аппараты и кристаллизаторы и пр.

По характеру движения теплоносителей выделяют ТА с естественной и принудительной циркуляцией, а также с движением теплоносителя под действием полей массовых сил, например, силы тяжести. Аппаратами с естественной циркуляцией являются некоторые конструкции паровых и водогрейных котлов, аппараты со свободным движением теплоносителя — это конденсаторы, паровые подогреватели нефтепродуктов и некоторые виды контактных теплообменников. К теплообменным аппаратам с принудительной циркуляцией относятся аппараты с вынужденным движением теплоносителей в каналах.

По роду теплоносителя ТА различают газовые, газожидкостные и жидкостные аппараты.

По типу поверхности выделяют трубчатые ТА и аппараты, теплопередающая поверхность которых выполнена из листового материала или металлической ленты. В трубчатых ТА используют гладкие прямые и змеевиковые трубы, а также трубы с оребрением. К теплообменным аппаратам с поверхностью из листового материала относят спиральные, пластинчатые и пластинчато-ребристые теплообменники.

Трубчатые ТА являются традиционными для энергетических установок, широко распространенных в энергетической отрасли. Тем не менее в последнее время все более широкое применение стали находить пластинчатые и пластинчато-ребристые теплообменники. Все приведенные ниже теоретические положения справедливы для ТА с любым типом теплообменной поверхности, однако ограничимся рассмотрением только трубчатых ТА как наиболее распространенных.

По типу кожуха различают коробчатые и кожухотрубные аппараты. У первых из них вертикально или горизонтально ориентированный трубный пучок расположен в кожухе (корпусе) коробчатого типа. В кожухотрубных аппаратах кожух выполнен в виде цилиндрической обечайки. Кроме того, существуют теплообмеппые аппараты, не имеющие кожуха.

Кожухотрубные аппараты монтируют вертикально, горизонтально или с наклоном к горизонтальной плоскости, и это необходимо учитывать при расчете теплоотдачи в трубах и каналах ТА.

Схемы теплообменных аппаратов некоторых типов представлены на рис. 12.1.