供熱電廠熱網(wǎng)首站系統(tǒng)最主要的設(shè)備就是熱網(wǎng)加熱器，加熱器選型直接關(guān)系到供熱系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性，同時(shí)也關(guān)系到供熱的質(zhì)量、工程造價(jià)，為此在熱網(wǎng)加熱器的選擇應(yīng)慎之又慎，把好選型這一關(guān)。

工程中大多數(shù)熱網(wǎng)首站，均布置在汽機(jī)房A列外的偏屋內(nèi)，蒸汽采用單元式布置方式。汽水熱交換器一般布置運(yùn)轉(zhuǎn)層，熱網(wǎng)供水多為110-130℃、回水一般為70℃，采暖加熱蒸汽隊(duì)為0.4MPa、260℃左右。

1、汽水換熱器選型

1.1 汽水換熱器的傳熱過(guò)程及強(qiáng)化

現(xiàn)在的汽水熱交換器均按飽和蒸汽設(shè)計(jì)，若不考慮過(guò)熱蒸汽的特點(diǎn)，直接采用現(xiàn)有汽水熱交換器，將會(huì)使得換熱器的出力嚴(yán)重不足。若將過(guò)熱蒸汽通過(guò)減壓減溫裝置變?yōu)轱柡驼羝�使用，則既增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，又增加了整個(gè)系統(tǒng)的投資。

過(guò)熱蒸汽在放熱過(guò)程中經(jīng)歷了三個(gè)階段：過(guò)熱蒸汽冷卻變?yōu)轱柡驼羝?飽和蒸汽凝結(jié)放熱變?yōu)轱柡退?飽和水進(jìn)一步冷卻變?yōu)槔渌�。這三個(gè)階段的換熱特點(diǎn)是各不相同。在過(guò)熱蒸汽冷卻階段，過(guò)熱蒸汽側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)很小，是傳熱的主要阻力所在;在飽和蒸汽冷卻階段，被加熱水側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)要小于蒸汽的凝結(jié)換熱系數(shù)，傳熱的阻力主要在水側(cè)。

換熱器傳熱過(guò)程的強(qiáng)化就是力求使換熱器在單位時(shí)間內(nèi)、單位傳熱面積傳遞的熱量盡可能增多。其意義在于：在設(shè)備投資及輸送功耗一定的條件下，獲得較大的傳熱量，從而增大設(shè)備容量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率;在保證設(shè)備容量不變情況下使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，減少占有空間，節(jié)約材料，降低成本;在某種特定技術(shù)過(guò)程使某些工藝特殊要求得以實(shí)施等。傳熱過(guò)程的強(qiáng)化有以下幾條途徑：

(1)增大傳熱面積：可以提高換熱器的傳熱速率。但增大傳熱面積不能靠增大換熱器的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是要從設(shè)備的結(jié)構(gòu)入手，提高單位體積的傳熱面積，往往通過(guò)改進(jìn)傳熱面的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前已研制出并成功使用了多種高效能傳熱面，它不僅使傳熱面得到充分的擴(kuò)展，而且還使流體的流動(dòng)和換熱器的性能得到相應(yīng)的改善。例如用翅(肋)片，用軋制、沖壓、打扁或爆炸成型等方法將傳熱面制造成各種凹凸形、波紋型、扁平狀等，將細(xì)小的金屬顆粒燒結(jié)或涂敷于傳熱表面或填充于傳熱表面間，以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大傳熱面積的目的，減少管子直徑，增加單位體積的傳熱面積。

(2)增大平均溫度差：可以提高換熱器的傳熱效率。平均溫度差的大小主要取決于兩流體的溫度條件和兩流體在換熱器中的流動(dòng)型式。一般來(lái)說(shuō)，物料的溫度由生產(chǎn)工藝來(lái)決定，不能隨意變動(dòng)，而加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的溫度由于所選介質(zhì)不同，可以有很大的差異。例如，在化工中常用的加熱介質(zhì)是飽和水蒸汽，若提高蒸汽的壓力就可以提高蒸汽的溫度，從而提高平均溫度差。但需指出的是，提高介質(zhì)的溫度必須考慮到技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。

(3)增大總傳熱系數(shù)：可以提高換熱器的傳熱效率。由總傳熱系數(shù)的計(jì)算公式可見(jiàn)，要提高值，就必須減少各項(xiàng)熱阻。但因各項(xiàng)熱阻所占比例不同，故應(yīng)設(shè)法減少對(duì)值影響較大的熱阻。一般來(lái)說(shuō)，在金屬材料換熱器中，金屬材料壁面較薄且導(dǎo)熱系數(shù)高，不會(huì)成為主要熱阻;污垢熱阻是一個(gè)可變因素，在換熱器剛投入使用時(shí)，污垢熱阻很小，不會(huì)成為主要矛盾，但隨著使用時(shí)間的加長(zhǎng)，污垢逐漸增加，便可成為障礙傳熱的主要因素;對(duì)流傳熱熱阻經(jīng)常是傳熱過(guò)程的主要矛盾，也應(yīng)是著重研究的內(nèi)容。減少熱阻的主要方法有：提高流體的速度;增強(qiáng)流體的擾動(dòng);在流體中加固體顆粒;在氣流中噴入液滴;采用短管換熱器;防止結(jié)垢和及時(shí)清除垢層。

1.2 汽水換熱器的選型

近年來(lái)出現(xiàn)的波紋管換熱器，是在原管殼式換熱器的基礎(chǔ)上，采用強(qiáng)化傳熱原理而研制開(kāi)發(fā)的一種新型傳熱設(shè)備，它繼承了管殼式換熱器的優(yōu)點(diǎn)，克服了其缺點(diǎn)，因而具有很強(qiáng)的實(shí)用性和更為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。波節(jié)管管殼式換熱器采用的換熱管為波節(jié)管，是強(qiáng)化傳熱換熱管。波節(jié)管不僅壁薄，而且形狀獨(dú)特。一般波節(jié)管壁厚為0.5～1.2mm，形狀為直管段與弧形段交替。流體在波節(jié)管內(nèi)外流動(dòng)中，由于斷面周期性變化所引起的壓力與流速的周期性變化，使流體邊界層發(fā)生分離、破壞了邊界層熱阻，使管內(nèi)外的流體與管壁的換熱系數(shù)可提高2～5倍，同時(shí)從根本上破壞了在管壁上有結(jié)垢的可能。另外，波節(jié)管為直管段與弧形段交替的形狀，使流體有前噴射與后節(jié)流的雙重作用。噴射使弧形段內(nèi)流體向管壁產(chǎn)生橫向沖刷破壞了邊界層，節(jié)流使直管段內(nèi)流體產(chǎn)生整流，流體的流向、密度、壓力趨于一致，且不造成能量損失。波節(jié)管即波節(jié)強(qiáng)化傳熱換熱管不同于其它換熱管，由于管內(nèi)外的流體與管壁的換熱系數(shù)大幅度提高，使得用波節(jié)管作換熱管的換熱器—波節(jié)管換熱器的綜合傳熱系數(shù)得以大大提高，保證了換熱器的使用性能。在相同熱負(fù)荷情況下比其它換熱器換熱面積可以選得更小。換句話說(shuō)，在工況條件相同的情況下，比其它換熱器換熱效率高，更能發(fā)揮出換熱的潛力，可保證本設(shè)計(jì)110-130℃的供水溫度。與傳統(tǒng)管殼式換熱器相比，波紋管式換熱器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)傳熱效率高：對(duì)于水—水換熱，流速1.5m/s時(shí)，傳熱系數(shù)達(dá)2000～3500W/m2·℃，是傳統(tǒng)管式換熱器的2～3倍，并已接近板式換熱器水平。這一數(shù)據(jù)在實(shí)踐中也得到了驗(yàn)證。

(2)不污、不堵、不結(jié)垢：傳熱元件通徑最小為φ32，比傳統(tǒng)管式(一般為φ19、φ25)及板式通道大，故防堵性能好。由于換熱管為不銹鋼材料，故管程耐蝕性好(在氯離子含量不超標(biāo)條件下)。首臺(tái)換熱器在某供熱所已使用五個(gè)供暖期仍不結(jié)垢，這足已證實(shí)新產(chǎn)品有很強(qiáng)的防結(jié)垢能力，從而也保證了換熱器的穩(wěn)定運(yùn)行(換熱效率不降低)。

(3)防泄漏能力強(qiáng)：密封周期長(zhǎng)(這是管殼式換熱器固有的優(yōu)點(diǎn))，不易泄漏，另外由于換熱管為波紋管，本身具有自身補(bǔ)償功能，管板熱應(yīng)力很小，因而不會(huì)因管口破裂而泄漏。這一點(diǎn)，比板式換熱器有明顯的優(yōu)越性。

(4)節(jié)能：由于傳熱效率高，可以回收低溫?zé)嵩�。同時(shí)因傳熱元件口徑大，波行呈流線狀，壓力損失小。因此，我們可以稱該產(chǎn)品是節(jié)能型設(shè)備。

(5)維修方便：由于該產(chǎn)品不污、不堵、不腐蝕、不結(jié)垢，因此，不必年年維修。一旦需維修，工作量也很小。

(6)價(jià)格合理：由于換熱元件采用不銹鋼材料，成本比傳統(tǒng)列管式換熱器相對(duì)提高。因此其銷售價(jià)高于傳統(tǒng)產(chǎn)品，比板式換熱器也高許多。但按照換熱能力計(jì)算，總造價(jià)并不高。與板式換熱器比，由于二者結(jié)構(gòu)不同其優(yōu)劣因素各有所長(zhǎng)，只能根據(jù)實(shí)際情況，由用戶決定選型。

波紋管換熱器在熱電領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在凝汽器或加熱器上，利用熱電廠的蒸汽，把循環(huán)水加熱至一定溫度，然后把循環(huán)水供給千家萬(wàn)戶，解決居民的冬季供暖問(wèn)題。特別是近十年來(lái)，我國(guó)城市建設(shè)發(fā)展迅速，人民的居住水平也在不斷改善，而居住面積的大幅度增加，使電廠原有的加熱器的供熱能力顯得不足，這就需要增加換熱器的換熱面積，或增加新的加熱器。然而熱廠內(nèi)的廠房的空間又是有限的，增加加熱器的換熱面積勢(shì)必增大加熱器的體積，而增加新的加熱器又需要新的安裝空間，因此都難以實(shí)現(xiàn)。如果用波紋管換熱器取代原有的加熱器，在安裝空間不變的條件下，可以使換熱能力得到較大幅度的提高，滿足居民的供暖需要。

在節(jié)能方面，可以利用波紋管換熱器回收工業(yè)過(guò)程中的廢熱，如熱電廠排放的廢污水一般溫度均在70℃以上，可以把這些熱量加以回收用于居民的生活熱水。鍋爐排放的煙氣一般都在200℃以上，可以用這些煙氣的余熱，加熱空氣作為鍋爐的預(yù)熱器，或用這些煙氣的余熱加熱鍋爐的補(bǔ)給水作為鍋爐的省煤器。還可以采用波紋管換熱器來(lái)給居民用的液化氣加熱，使液化氣能夠充分氣化，達(dá)到節(jié)能的目的。總而言之，正是利用了波紋管換熱器的高效傳熱的特點(diǎn)，吸收廢棄介質(zhì)中的熱能，變廢為寶的。

2、結(jié)語(yǔ)

由于波節(jié)管型汽水熱交換器具有傳熱系數(shù)高、不易結(jié)垢、設(shè)備體積小、節(jié)能、便于維修等特點(diǎn)，建議大型熱電廠供熱參數(shù)與本文相近時(shí)優(yōu)先選用波節(jié)管換熱器。