Смесительные теплообменные аппараты кратко

Обновлено: 02.07.2024

Чтобы системно и эффективно отапливать помещение, необходимо продумать всю систему целиком. В структуру системы обязательно будет входить теплообменник, помогающий рационально и экономно использовать тепло, экономя при этом топливо. Одним из эффективных разновидностей таких устройств является именно смесительный теплообменник. Его особенность заключается в смешивании разнотемпературных сред прямым контактным образом. Существуют разные модели, отличающиеся по мощности и стоимости.

Смесительный теплообменник (далее – СТО) – это приспособление, позволяющее предавать тепло через обмен между определенными средами, агентами, массами (водой и газом, например), системе теплоснабжения. Получается, что теплообменник является неотъемлемым элементом целой отопительной системы. Но бывают и такие экземпляры, которые работают целиком автономно, теплообменник служит как отдельный агрегат, отапливающий воздух вокруг себя.

Принцип работы и устройство смесительных теплообменников

Прямое контактирование с агентами-теплоносителями происходит путем распыления нагретого газа, подающегося в камеру, где распрыскивается из специальной форсунки еще не нагретая вода. В основу такого приспособления положен струйный инжектор. Благодаря нему установку определяют как теплообменник контактного смесительно-струйного типа.

Основные элементы конструкции:

корпус (обычно цилиндрической формы);
плёночный аппарат;
сопловый аппарат;
струйный инжектор;
ёмкость конденсатора;
цилиндры концентрические;
тарелка отражателя;
тарелки перфорированные;
сепаратор;
насос вакуумный;
диффузор;
труба-барометр;
ёмкость где конденсат смешивается с водой.

Использовать можно такие СТО только лишь там, где допустим прямой контакт с массами, одна из которых будет нести дальше тепло в систему. Они отлично утилизируют дымный газ, либо отработанный пар в качестве теплопередатчика основному носителю тепловой энергии в отопительной системе. Среди этих агрегатов рынок представляет в основном пароводяные их виды.

Ведущие производители

Смесительные агрегаты выпускаются следующими промышленными предприятиями:

К многочисленным особенностям смесительных теплогенераторов, следует отнести также и то, что производители называют их по-разному – теплогенераторы контактные, контактные теплообменники, пароутилизаторы, газоутилизаторы, подогреватели смесительные и другие названия.

Самые поплярные

На рынке чаще всего продукция промышленного масштаба представлена без типовых цен. Для приобретения смесительного теплообменника придется делать предварительные расчеты и узнавать цену индивидуально у торгового представителя. Представляем обзор, ТОП-3 смесительных теплообменников.

Материал корпуса – сталь.
На 10% меньше веса, чем в кожухотрубных ТО.
Замена сетевых насосов – не требуется.
Давление звуковое – не выше, чем работа насосов.
Диапазон изменений давления, расхода пара/воды – 0-100%.
Теплоноситель – может быть неочищенная природная вода.
Периодическая чистка труб, пучков, узлов – не требуется.
Система сбора конденсата или накипи – не нужна.
Безремонтный срок эксплуатации т производителя – 8 лет.
Мощность теплопередачи – 1,75-16,2 МВт/ч.
Альтернатива – пластинчатым и кожухотрубным ТО.
Цена – договорная.

Материал корпус и деталей – нержавеющая жаропрочная сталь.
Условный проход трубы (Ду) – 200 мм.
Производительность теплообмена – 250-500 т/ч.
Расход пара – 9,7-60,6 т/ч.
Мощность теплопередачи – 6,25-40 Гкал/ч.
Длина установки – 1850 мм.
Диаметр всей конструкции (наружный) – 310 мм.
Масса – 210 кг.
Температура теплоносителя на выходе – 80-150˚С, в зависимости от регулировки.
Давление пара – 0,4-7,6 кгс/см.
Давление воды на входе в ПСА – 0,2-4,5 кгс/см.
Стоимость – расчет индивидуальный.

Материал корпус и деталей – нержавеющая жаропрочная сталь.
Условный проход трубы (Ду) – 65 мм.
Производительность теплообмена – 15-30 т/ч.
Расход пара – 0,61-3,64 т/ч.
Мощность теплопередачи – 0,4-2,4 Гкал/ч.
Длина установки – 850 мм.
Диаметр всей конструкции (наружный) – 160 мм.
Масса – 50 кг.
Температура теплоносителя на выходе – 80-150˚С, в зависимости от регулировки.
Давление пара – 0,4-7,6 кгс/см.
Давление воды на входе в ПСА – 0,2-4,5 кгс/см.
Стоимость – договорная.

Тип смешивания сред в смесительном оборудовании происходит контактным способом – причем прямого контакта. Это и отличает такие установки от проточных, либо противоточных теплогенераторов, где среды помещаются в специальные емкости, отсеки или трубы. Разница смесительных от поверхностных (где нагреваются поверхности пластин или перегородок, например) заключается еще и в более полном использовании тепла установок первого варианта.

Работа теплообменников строится на взаимодействии греющей и нагреваемой среды с разными температурами. Существуют устройства, в которых одновременно с теплообменом происходит изменение состояния вещества, например, конденсация, испарение, смешение. Для разделения сложных смесей фазы меняются для обеих сред.

По принципу работы аппараты делятся на:

смесительные;
регенеративные;
рекуперативные.

Контактные теплообменники (КТ) предназначены для нагрева и охлаждения различного рода жидких, газовых, твердых рабочих тел, конденсации паров, испарения (выпаривания) и кристаллизации. Их широко используют в промышленности. Например, их применяют для нагрева (охлаждения) воды газами и растворами; для нагрева (охлаждения) растворов с целью последующей кристаллизации растворенного компонента; для нагрева и охлаждения агрессивных растворов промежуточными теплоносителями, а также твердых частиц и тел газами и жидкостями. Контактные теплообменники используют в энергетических установках различных типов (для нагре-ва воды перед деаэрацией, в системах регенерации энергии в паротурбинных блоках и др.); в установках деминерализации и очистки сточных промышленных вод; в коммунальном хозяйстве для нагрева воды продуктами сгорания.

По функциональному назначению КТ можно разделить – на нагреватели, охладители, испарители (выпарные аппараты), конденсаторы, плавители, кристаллизаторы и др. В контактных теплообменниках процессы протекают как без изменения агрегатного состояния сред, так и с изменением его (испарители, конденсаторы, плавители).По принципу разделения жидкости смесительные аппараты бывают насадочные, каскадные, полые с разбрызгивателями и струйные.

Пример: Градирни (башни-”трубы” на ТЭС), охлаждающие большие объемы жидкости воздухом атмосферы

Преимущества: За счет простого устройства задействуется больше количества теплоты, чем в поверхностных теплообменниках

Недостатки: Технологический процесс должен разрешать смешения сред.

В последнее время возрос интерес к применению струйных теплообменников на объектах промышленной и гражданской энергетики. Эти аппараты привлекательны прежде всего низкими капитальными и эксплуатационными затратами по сравнению с кожухотрубнымими подогревателями. Это различного рода пароводяные струйные аппараты (ПСА) или пароводяные инжекторы и струйные подогреватели воды.Рабочим телом в ПСА является пар, а инжектируемым - вода. В таких аппаратах используется явление возникновения скачка давления при торможении сверхзвукового потока пароводяной смеси, а конденсация пара происходит в скачке давления. В отличие от теплообменников рекуперативного типа, в которых теплообмен между теплоносителем и нагреваемой водой происходит через стенку, в ПСА передача тепла от пара к воде происходит при смешении пара и воды, т.е. при конденсации пара его теплосодержание передается воде практически без потерь.

На сегодняшний день вопрос выбора теплообменника стоит достаточно остро, и неспроста. На рынке предложен целый ряд устройств, каждое из которых имеет свои преимущества и недостатки. Можно выделить три основные группы теплообменников: кожухотрубные, пластинчатые, а также смесительные. О последних мы сегодня и поговорим.

Принцип действия смесительных теплообменников

Смесительные, или, как их еще называют, струйные теплообменники работают благодаря принципу смешивания потоков. В специализированной камере происходит смешивание воды и пара, разогнанного до сверхзвуковой скорости при помощи специализированного расчетного сопла. В результате происходит нагрев воды, а также конденсация пара,при этом жидкость заданной температуры подается потребителю. Стоит отметить, что в процессе работы в камере теплообменника образуется конденсационный вакуум. Благодаря данному явлению устройство может функционировать даже при незначительном давлении пара.

Основные преимущества систем, основанных на решениях смесительного типа

По сравнению с классическими моделями теплообменников (кожухотрубные и пластинчатые), смесительные обладают внушительным списком преимуществ. Основные из них мы приводим ниже:

Массогабаритные характеристики. Габариты и масса струйных теплообменников на порядок ниже, чем у прочих моделей, благодаря чему обеспечивается простота монтажа. Также, для установки и обслуживания оборудования требуется значительно меньше свободного места, что немаловажно при отсутствии свободной площади котельной. Следует отметить, что хотя монтаж устройства и не является технически сложно процедурой, он должен проводиться исключительно компетентными специалистами, имеющих производственный опыт выполнения сантехнических работ.
Долговечность и надежность. Благодаря использованию современных высококачественных материалов абсолютное большинство струйных теплообменников обладают значительным сроком службы (более 25 лет). Все узлы и компоненты изделия просты и надежны, благодаря чему возможность выхода из строя каких-либо деталей сведена к минимуму.
Простота в проведении обслуживания и ремонта. Оборудование требует минимального обслуживания, так что поддерживать его в работоспособном состоянии не составит труда. Если же внештатная ситуация все-таки возникнет и теплообменнику понадобится ремонт, можете быть уверены, он будет проведен с минимальными затратами для бюджета.
Низкие требования к качеству исходной воды. Технически, смесительные теплообменники устроены таким образом, что они могут работать даже на химически неподготовленной воде, данный факт позволит предприятию сэкономить значительные средства на водоочистке, не боясь при этом, что нагревательное устройство выйдет из строя. Для нашей страны это свойство теплообменника особенно актуально, сложно найти регион, в котором бы не требовалась дополнительная обработка теплоносителя.
Высокая окупаемость. Благодаря тому, что теплообменник позволяет предприятию экономить по целому ряду пунктов, оборудование окупается уже в течение первого отопительного сезона.
Возможность быстрого ввода в эксплуатацию. Все пусконаладочные работы могут быть произведены в кратчайшие сроки. Струйное оборудование не нуждается в каких-либо дополнительных калибровках либо настройках. Если обеспечен стабильный подвод пара, а также основного теплоносителя (воды), подготовка к запуску займет всего несколько десятков минут. Тоже касается и отключения устройства. При необходимости, работа теплообменника может быть прекращена в кратчайшее время, закрытием клапана по пару.
Тишина в работе. Струйный теплообменник – достаточно тихое оборудование, шум при его работе не превышает звуковые колебания, вызываемые обычным сетевым насосом.
Отсутствие дополнительного гидравлического сопротивления в системе. Одна из важных особенностей. При установке агрегата смесительного типа вам не потребуется замена насосов, кроме того, нагрузка на гидравлическую систему останется на прежнем уровне, таким образом, вы предотвратите повышенный износ трубопроводов и прочих элементов системы отопления.

Как можно видеть из вышеперечисленного, у струйных теплообменников множество преимуществ. Они станут выгодным приобретением для любого предприятия и позволят сэкономить значительные средства не только на подогреве воды, но и на большинстве сопутствующих процессов. Устройство долговечно, и позволит вам забыть о проблемах с отоплением на долгие годы, а благодаря его простоте и надежности, производить периодическое обслуживание можно с минимальными затратами.

В заключении хотелось бы добавить, что делая выбор в пользу установок смесительного типа, вы получаете наиболее прогрессивное оборудование, которое не только быстро окупится, но и позволит использовать тепловые ресурсы вашего предприятия максимально эффективно.

В тепломассообменных аппаратах и установках контактного (смесительного) типа процессы тепло- и массообмена протекают при непосредственном соприкосновении двух и более теплоносителей.

Тепловая производительность контактных аппаратов определяется поверхностью соприкосновения теплоносителей. Поэтому в конструкции аппарата предусматривается разделение потока жидкости на мелкие капли, струи, пленки, а газового потока — на мелкие пузырьки. Передача теплоты в них происходит не только путем кондуктивной теплопередачи, но и путем обмена массой, причем при массопередаче возможен даже переход теплоты от холодного теплоносителя к горячему. Например, при испарении холодной воды в горячем газе теплота испарения переносится от жидкости к газу.

Контактные теплообменники нашли широкое применение для конденсации паров, охлаждения газов водой, нагревания воды газами, охлаждения воды воздухом, мокрой очистки газов и т. п.

По направлению потока массы контактные теплообменники могут быть разделены на две группы:

1) аппараты с конденсацией пара из газовой фазы. При этом происходят осушка и охлаждение газа и нагревание жидкости (конденсаторы, камеры кондиционеров, скрубберы);

2) аппараты с испарением жидкости в потоке газа. При этом увлажнение газа сопровождается его охлаждением и нагреванием жидкости или его нагреванием и охлаждением жидкости (градирни, камеры кондиционеров, скрубберы, распылительные сушилки).

По принципу диспергирования жидкости контактные аппараты могут быть насадочными, каскадными, барботажными, полыми с разбрызгивателями и струйными (рис. 8).

Каскадные (полочные) аппараты применяются преимущественно в качестве конденсаторов смещения (рис. 8, а). В полом вертикальном цилиндре установлены на определенном расстоянии одна от другой (350. 550 мм) плоские перфорированные полки в виде сегментов. Охлаждающая жидкость подается в аппарат на верхнюю полку. Основная масса жидкости вытекает через отверстия в полке тонкими струями, меньшая ее часть переливается через борт на нижележащую полку.

Пар для конденсации подается через патрубок в нижней части конденсатора и движется в аппарате противотоком к охлаждающей жидкости. Жидкость вместе с конденсатом выводится через нижний патрубок аппарата и барометрическую трубу, а воздух отсасывается через верхний патрубок вакуум-насосом. Кроме сегментных полок в барометрических конденсаторах применяются кольцевые, конические и иной формы полки.

Барботажные аппараты (рис. 8, б) отличаются простотой конструкции, их применяют для нагревания воды паром, выпаривания агрессивных жидкостей и растворов, содержащих шламы, взвеси и кристаллизующиеся соли, горячими газами и продуктами сгорания топлива. Принцип работы барботажных подогревателей и испарителей состоит в том, что перегретый паp или горячие газы, поступающие в погруженные барботеры, диспергируются в пузырьки, которые при всплытии отдают теплоту жидкости и одновременно насыщаются водяным паром. чем больше пузырьков образуется в растворе, тем лучше структура барботажного слоя и тем больше межфазная поверхность. Структура барботажного слоя зависит от размеров газовых пузырьков и режима их движения.

Рис. 8. Виды смесительных теплообменников: а — каскадный теплообменник; б —барботажный; в — полый с разбрызгивателем; г — струйный; д — насадочная колонна: 1 — контактная камера; 2 — насадка; 3 — штуцер для входа газа; 4 — патрубок для подачи жидкости; 5 — штуцер для удаления газа; 6 — спускной штуцер для жидкости; 7 — распылительное устройство; 8 — распределительная тарелка; 9 — решетка

Полые контактные теплообменники (с разбрызгивателями) нашли применение при конденсации паров, охлаждении, сушке и увлажнении газов, упаривании и сушке растворов, нагревании воды и др. На рис. 8, в показана схема контактного водонагревательного теплообменника.

Струйные (эжекторные аппараты) применяются редко и только для конденсации паров. На рис. 8, г показана схема такого конденсатора.

Конструктивно смесительные теплообменные аппараты выполняются в виде колонн из материалов, устойчивых к воздействию обрабатываемых веществ, и рассчитываются на соответствующее рабочее давление. Насадочные и полые аппараты чаще всего изготовляются железобетонными или кирпичными. Каскадные, барботажные и струйные аппараты выполняются из металла. Высота колонн обычно в несколько раз превышает их поперечное сечение.

Каждому типу контактного устройства свойственны особенности, которые следует учитывать при выборе аппарата.

По направлению потока массы контактные теплообменники могут быть разделены на две группы:

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Читайте также: