节能设计在板式换热器供热系统中的应用分析

板式换热器在化工、石油和供热等行业中的应用较为广泛。但板式换热器的选择过程十分复杂，且需要优化供热系统。因此，本文主要分析了节能设计在板式换热器供热系统中的具体应用方法，并分别对供热系统的工作原理、系统设计中存在的问题和供热系统优化设计的方法等进行了分析。

一、板式换热器供热系统的工作原理分析

板式换热器主要由多个板片组装而成，且各个板片间均留有一定的空隙。当流体经过板片时，板片之间的间隙能起到冷热交换的作用。由于流道空间非常小，流体在流经板片时的速度较快，易形成湍流，湍流间会形成较大的波纹。湍流波纹的影响大大提升了板式换热器的换热性能。与一般的换热器相比，其换热性能优于一般的换热器，这是板式换热器可代替一般换热器的重要原因之一。

此外，湍流波纹还会增强板片的刚度，当两种流体流过板片四个角的孔洞后会在板式换热器中形成流道，最后形成顺向或逆向流动。此时，可将板片当作流通介质实现热量的交换，进而完成板式换热器的供热环节。分析板式换热器供热系统可进一步了解其存在的问题，比如板片的承受能力、流程安排能否改变、湍流波纹能否得到有效应用等。根据以上分析，我们应不断优化与板式换热器结构有关的设计，从而提升换热器供热系统的换热性能。

二、在供热及空调制冷系统的应用

1、水--水换热系统的应用

我国供热系统中供暖热源方式主要有蒸汽和热水，采用热水供热是节约能源和投资，保证工艺条件的首选。随着城镇建设的发展，供热技术、设备水平的不断提高，越来越多的地区采用板式换热器作为水-水新型换热设备进行供热，特别在集中供热工程系统中，显示出了巨大的节能经济效益和社会效益，保护环境，稳定室温，给人们提供了舒适的生活环境。

2、汽--水换热系统的应用

汽-水换热系统的热源蒸汽主要来自热电厂或区域锅炉房，一般饱和蒸汽压在0.4~1.0Mpa之间，温度在143~179℃之间，温度超过150℃时需加减温器。

板式换热器是汽-水换热的优选设备，换热效率高，运行可靠，被加热水的水温比较稳定，符合工艺生产及供暖生活用热的需求，并可节约能源和用材。

3、板式换热机组在供热系统的应用

随着城市集中供热的迅速发展，许多国家在集中供热的热力站和生活热水供应中广泛采用板式换热器组成的换热机组。

换热机组是主要由板式换热器、二次水循环泵、管道、仪表、阀门及电控系统组成。可根据不同的换热需求及维修管理方便采用双泵、双换热器方案，满足用热单位的各种需求。

4、生活热水供应中的应用

生活热水是满足城乡和厂矿职工生活用热和保证淋浴、洗涤之用，其特点是量大面广，要求安全供应、连续不断、使用方便。生活热水使用温度一般在25~60℃之间，属于低温热能利用。

板式换热器对生活热水换热供应是很适用的，能达到节能、安全可靠和高效益的要求。

5、地热集中供热系统的应用

我国地热资源丰富，由于地热温度、水质不同，形成了地热能源多种多样的利用项目，如供暖、水产养殖、农业温室、工业烘干、医疗、饮食等行业。采用地热集中供暖在技术上可行，经济上合理，有利于改善环境，有显著的经济和社会效益。

地热资源单井水量不大（100t/h左右），水温不高（100℃以下），但矿化程度高、腐蚀性介质含量多，因此选用的换热器要具有耐腐蚀，抗结垢性能好，传热效率高，结构紧凑，易于清洗、维护和拆修，设备耐用等性能。

板式换热器是在地热利用中最理想的换热设备。

6、空调制冷系统中的应用

对生产工艺中要求恒温、恒湿的工作条件和质量保证环境时，都要求集中或分散的空调制冷系统。公用建筑大型商厦、饭店、宾馆的高层建筑空调制冷系统设计时，空调水系统合理划分和安全保障极为重要，也关系到设备投资运行费用和管理的安全可靠性。

制冷系统要求换热设备热效率高、结构紧凑、密封性好、清洗检修方便、防腐防垢性好，板式换热器比较全面的满足上述要求，从而得到了广泛应用。

7、除氧系统中的应用

工业锅炉给水及工业用水中若存在溶解氧，对锅炉、用汽、用水设备、热力管网管路设备等的使用寿命均有影响，并造成材料的巨大浪费，严重时会直接影响生产和生活用热的正常秩序，为此，需先进行给水除氧。

我国工业蒸汽锅炉及2t/h以上的热水锅炉及热力网都要求除氧，并作出了有关规定。GB1576《低压锅炉水质标准》中指出，供水温度大于95℃时必须除氧。

热力除氧和真空除氧都需要板式换热器获取高温（95℃以上）或低温（40~50℃）的水，达到除氧沸腾温度，提高水质。

三、板式换热器供热系统存在的问题

1.换热与降压的匹配问题

对于板式换热器而言，换热系数与通道中流体的流速成正比，即当通道内流体的速度较快时，换热系数会增大，且流速加快会导致流体受到的阻力不断增加，进而加大了流体压力的损耗。因此，应选取适当的流速或寻求压力损耗与换热系数的平衡，从而不断提升板式换热器供热系统的综合性能。

2.研究不够完善

板式换热器在我国的起步较晚、研究时间较短，这在一定程度上限制了供热系统的发展，进而对供热系统的节能设计造成了影响。此外，我国对板式换热器的研究不够深入，缺乏一定的技术专利。因此，相关部门应加大资金投入，购买相应的专利。

3.应用场合受到限制

板式换热器具有独特的优势，但也存在一些问题。就当前供热系统的设计而言，存在很多缺陷，比如节能设计在供热系统中的应用受到了限制，主要表现在换热器难以在高温、高压的环境中运行。这是因为板式换热器中的核心元件为较薄的金属片，其承受压力的能力有限，而板式换热器常用于重工业生产中，这就需要板式换热器具备较强的承受压力的能力。由此可见，对于板式换热器供热系统而言，突破以往应用场合的限制是其应用节能设计的基本条件之一。

供热系统节能设计的优化方法

在分析了板式换热器的工作原理后，深入了解了影响其换热性能的因素，比如板片的波纹、流速、换热系数、流道的安排等。对于板式换热器供热系统的节能设计而言，应充分考虑其影响因素，不断优化供热设计中的各个子系统，具体方法如图2所示。

1.不断优化整体设计

对于整个板式换热器供热系统而言，节能设计不只是在供热系统的设计环节中需要考虑的问题，在换热器方面也需考虑该问题。因此，在优化供热系统板片的同时，还应优化板式换热器的结构和功能，从整体上实现供热系统的节能优化，从而实现供热系统的节能设计。此外，对于不同的应用要求和场合，应合理选择优化的方法和系数。　　

2.不断优化板片设计

在板式换热器供热系统中，优化板片是非常关键的环节，主要包括以下2步：①板片承受压力的能力对板式换热器供热系统的性能影响很大，因此，需要研制一些性能良好的制作材料，这也属于研发换热器的主要研究方向之一。②优化板片强度及其表面的波纹。应仔细分析板片波纹的类型、高度和波纹角等。只有合理优化板片设计，才有可能实现板式换热器供热系统的节能设计。 　

3.匹配换热系数与压降

换热系数与压降的匹配主要指平衡流体所受压力的损耗和换热系数。通常情况下，可采用传热的单元数法、对数的平均温差法和单侧的压降最大化的利用法等。这样做的主要目的是有效分析板片可承受的最大压降或最适宜的压降，从而准确推算出流体在流经通道时的压降和流速，从而找到一种压降值最大的设计方法，并找到比较合适的换热系数与降压匹配，从而增强板片承受压力的能力。 　

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