中文名 換熱器 外文名 heat exchanger 別    稱熱交換器 應用領域 化工、石油、動力、食品

發展

換熱器是一種在不同溫度的兩種或兩種以上流體間實現物料之間熱量傳遞的節能設備，是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到流程規定的指標，以滿足工藝條件的需要，同時也是提高能源利用率的主要設備之一。換熱器行業涉及暖通、壓力容器、中水處理設備，化工，石油等近30多種產業，相互形成產業鏈條。數據顯示2010年中國換熱器產業市場規模在500億元左右，主要集中于石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供暖、制冷空調、機械、食品、制藥等領域。其中，石油化工領域仍然是換熱器產業最大的市場，其市場規模為150億元；電力冶金領域換熱器市場規模在80億元左右；船舶工業換熱器市場規模在40億元以上；機械工業換熱器市場規模約為40億元；集中供暖行業換熱器市場規模超過30億元，食品工業也有近30億元的市場。另外，航天飛行器、半導體器件、核電常規島核島、風力發電機組、太陽能光伏發電、多晶硅生產等領域都需要大量的專業換熱器，這些市場約有130億元的規模。國內換熱器行業在節能增效、提高傳熱效率、減少傳熱面積、降低壓降、提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機械、食品、制藥等行業對換熱器穩定的需求增長，我國換熱器行業在未來一段時期內將保持穩定增長，2011年至2020年期間，我國換熱器產業將保持年均10-15%左右的速度增長，到2020年我國換熱器行業規模有望達到1500億元。 

分類

適用于不同介質、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結構型式也不同，換熱器的具體分類如下：

一、按傳熱原理分類

1、間壁式換熱器間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。間壁式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。間壁式換熱器是目前應用最為廣泛的換熱器。2、蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器通過固體物質構成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質先通過加熱固體物質達到一定溫度后，冷介質再通過固體物質被加熱，使之達到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉式、閥門切換式等。3、流體連接間接式換熱器流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。4、直接接觸式換熱器又被稱為混合式換熱器，這種換熱器是兩種流體直接接觸，彼此混合進行換熱的設備例如，冷水塔、氣體冷凝器等。5、復式換熱器兼有汽水面式間接換熱及水水直接混流換熱兩種換熱方式的設備。同汽水面式間接換熱相比，具有更高的換熱效率；同汽水直接混合換熱相比具有較高的穩定性及較低的機組噪音。 

二、按用途分類

1、加熱器加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發生相的變化。2、預熱器預熱器預先加熱流體，為工序操作提供標準的工藝參數。

換熱器

3、過熱器過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態。4、蒸發器蒸發器用于加熱流體，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發，一般有相的變化。  

三、按結構分類

可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。  

金屬換熱

間壁式

夾套式換熱器：

這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結構簡單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數也不高.為提高傳熱系數且使釜內液體受熱均勻，可在釜內安裝攪拌器.當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側的給熱系數.為補充傳熱面的不足，也可在釜內部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應過程的加熱和冷卻。

沉浸式蛇管換熱器：

這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應的形狀，并沉浸在容器內的液體中.蛇管換熱器的優點是結構簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造；其缺點是容器內液體湍動程度低，管外給熱系數小.為提高傳熱系數，容器內可安裝攪拌器。 

噴淋式換熱器：

這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內流動，冷卻水 從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜，管外給熱系數較沉浸式增大很多.另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動力的作用.因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中，一種流體走管內，另一種流體走環隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數較大.另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對數平均推動力較大。套管換熱器結構簡單，能承受高壓，應用亦方便(可根據需要增減管段數目). 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數大，傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優點。 

板式換熱器

最典型的間壁式換熱器，它在工業上的應用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據主導地位。主體結構由換熱板片以及板間的膠條組成。長期在市場占據主導地位，但是其體積大，換熱效率低，更換膠條價格昂貴（膠條的更換費用大約占整個過程的13-12）。主要應用于液體-液體之間的換熱，行業內常稱為水水換熱，其換熱效率在5000wm2.K。為提高管外流體給熱系數，通常在殼體內安裝一定數量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應用更為廣泛.。由于中國新版GMP的推出，板式換熱將逐漸退出食品，飲料，制藥等衛生級別高的行業。  

管殼式換熱器：

管殼式(又稱列管式) 換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，內部裝有平行管束或者螺旋管，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內進行換熱的兩種流體，一種在管內流動，其行程稱為管程；一種在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。管子的型號不一，過程一般為直徑16mm 20mm或者25mm三個型號，管壁厚度一般為1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。進口換熱器，直徑最低可以到8mm，壁厚僅為0.6mm。大大提高了換熱效率，2012年來也在國內市場逐漸推廣開來。管殼式換熱器，螺旋管束設計，可以最大限度的增加湍流效果，加大換熱效率。內部殼層和管層的不對稱設計，最大可以達到4.6倍。這種不對稱設計，決定其在汽-水換熱領域的廣泛應用。最大換熱效率可以達到14000wm2.k，大大提高生產效率，節約成本。同時，由于管殼式換熱器多為金屬結構，隨著中國新版GMP的推出，不銹鋼316L為主體的換熱器，將成為飲料，食品，以及制藥行業的必選。 

雙管板換熱器 也稱P型換熱器：

該熱換器是在管殼式換熱器的兩頭各加一個管板，可以有效防止泄漏造成的污染。市場上國產品牌較少，價格昂貴，一般在10萬元以上，進口可以到幾十萬，符合新版GMP規定，雖價格昂貴，但決定其市場廣闊。  

混合式

混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應用遍及化工和冶金企業、動力工程、空氣調節工程以及其它許多生產部門中。按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：(1)冷卻塔(或稱冷水塔)在這種設備中，用自然通風或機械通風的方法，將生產中已經提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環使用，以提高系統的經濟效益。例如熱力發電廠或核電站的循環水、合成氨生產中的冷卻水等，經過水冷卻塔降溫之后再循環使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)在工業上用這種設備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多。空調工程中廣泛使用的噴淋室，可以認為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設備使用。但是，在以調節濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用！(3)噴射式熱交換器在這種設備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱，并一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度后送給用戶。(4)混合式冷凝器這種設備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。 

蓄熱式

蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設備。內裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進行。**階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用于冶金工業，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學工業，如煤氣爐中的空氣預熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。熱式換熱器一般用于對介質混合要求比較低的場合。 

陶瓷

陶瓷換熱器是一種新型的列管式高溫熱能回收裝置，主要成份為碳化硅，可以廣泛用于冶金、機械、建材、化工等行業，直接回收各種工業窯爐排放的850－1400℃高溫煙氣余熱，以獲得高溫助燃空氣或工藝氣體。

陶瓷換熱器

研制成的這種裝置的換熱元件材料系一種新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高溫和抗熱沖擊的優異性能，從 1000 ℃ 風冷至室溫，反復50 次以上不出現裂紋；導熱系數與不銹鋼等同；在氧化性和酸性介質中具有良好的耐蝕性。在結構上成功地解決了熱補償和較好地解決了氣體密封問題。該裝置傳熱效率高，節能效果顯著，用以預熱助燃空氣或加熱某些過程的工藝氣體，可節約一次能源，燃料節約率可達30 %－55%，并可強化工藝過程，顯著提高生產能力。陶瓷換熱器的生產工藝與窯具的生產工藝基本相同，導熱性與抗氧化性能是材料的主要應用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風及高溫保護，當窯爐溫度1250-1450℃時，煙道出口的溫度應是1000-1300℃，陶瓷換熱器回收余熱可達到450-750℃，將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒，這樣直接降低生產成本，增加經濟效益。陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題。它的主要優點是：導熱性能好，高溫強度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩定，操作簡便。