一、换热器结构设计
类型选择:余热回收换热器的类型多样,如管壳式、板式、热管式等,不同类型对效率影响显著。管壳式换热器结构简单、适应性强,但传热效率相对较低;板式换热器则具有传热系数高、占地面积小的优势,在处理清洁流体且温差较小的余热回收场景中,能高效传递热量;热管式换热器依靠内部工质的相变传递热量,具有极高的导热性,特别适用于冷热流体距离较远或需要等温传热的情况。
内部结构优化:换热器内部的结构设计,如换热管排列、翅片形式等,对效率影响深远。以管壳式换热器为例,换热管采用三角形排列比正方形排列可增加单位体积内的换热面积,强化传热效果。在翅片设计方面,不同形状的翅片,如平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片等,对流体的扰动程度不同。锯齿翅片能有效破坏流体边界层,增强流体湍动,提高传热效率,但阻力也相对较大;而平直翅片阻力小,但传热强化效果较弱。因此,需根据实际工况,权衡传热效率与流动阻力,选择合适的翅片形式。
二、流体特性
流量与流速:流体的流量和流速直接影响换热器的传热效率。较高的流速可增强流体的湍动程度,减薄边界层厚度,从而提高对流传热系数。但流速过高会导致流体阻力增大,增加输送能耗。同时,冷热流体的流量比例也至关重要,合理的流量分配能保证二者在换热器内实现最佳的热交换,提高余热回收效率。
物性参数:流体的导热系数、比热容、粘度等物性参数对传热效率有显著影响。导热系数高的流体,如液态金属,能更快速地传递热量,提升传热效率。比热容大的流体在吸收或释放相同热量时,温度变化较小,有利于维持较大的传热温差,增强传热效果。而粘度较低的流体,流动阻力小,能在换热器内更顺畅地流动,提高传热效率。
三、运行工况
温度与温差:余热流体与被加热流体的温度以及二者之间的温差是影响传热效率的关键因素。较大的温差能提供更强的传热驱动力,加快热量传递速度。但在实际运行中,需考虑设备材料的耐温性能以及工艺要求。
运行稳定性:余热回收换热器的稳定运行对效率提升至关重要。运行过程中,温度、流量、压力等参数的频繁波动会影响传热的稳定性,降低传热效率。例如,在工业生产中,由于生产工艺的变化导致余热流体的流量和温度不稳定,会使换热器内的传热过程处于非稳态,无法达到最佳的传热效果。因此,需要通过优化生产工艺、安装稳定的调节装置等措施,确保换热器在稳定的工况下运行,以提高余热回收效率。
四、污垢与结垢
污垢热阻:在余热回收过程中,流体中的杂质、盐分等物质会在换热器表面逐渐积累形成污垢。污垢具有较低的导热系数,会在换热表面形成额外的热阻,阻碍热量传递,降低传热效率。
结垢影响:当余热流体中含有钙、镁等离子时,在一定条件下会在换热器表面结垢。结垢不仅会增加热阻,还可能导致局部过热,损坏换热器。例如,在以水为介质的余热回收系统中,如果水质硬度较高,水中的钙、镁离子会在换热表面形成碳酸钙、氢氧化镁等水垢。为防止结垢,可对余热流体进行预处理,如软化水、除盐等,同时采用合适的防垢技术,如添加阻垢剂、采用电磁防垢等措施,以提高余热回收换热器的效率。
类型选择:余热回收换热器的类型多样,如管壳式、板式、热管式等,不同类型对效率影响显著。管壳式换热器结构简单、适应性强,但传热效率相对较低;板式换热器则具有传热系数高、占地面积小的优势,在处理清洁流体且温差较小的余热回收场景中,能高效传递热量;热管式换热器依靠内部工质的相变传递热量,具有极高的导热性,特别适用于冷热流体距离较远或需要等温传热的情况。

内部结构优化:换热器内部的结构设计,如换热管排列、翅片形式等,对效率影响深远。以管壳式换热器为例,换热管采用三角形排列比正方形排列可增加单位体积内的换热面积,强化传热效果。在翅片设计方面,不同形状的翅片,如平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片等,对流体的扰动程度不同。锯齿翅片能有效破坏流体边界层,增强流体湍动,提高传热效率,但阻力也相对较大;而平直翅片阻力小,但传热强化效果较弱。因此,需根据实际工况,权衡传热效率与流动阻力,选择合适的翅片形式。

二、流体特性
流量与流速:流体的流量和流速直接影响换热器的传热效率。较高的流速可增强流体的湍动程度,减薄边界层厚度,从而提高对流传热系数。但流速过高会导致流体阻力增大,增加输送能耗。同时,冷热流体的流量比例也至关重要,合理的流量分配能保证二者在换热器内实现最佳的热交换,提高余热回收效率。

物性参数:流体的导热系数、比热容、粘度等物性参数对传热效率有显著影响。导热系数高的流体,如液态金属,能更快速地传递热量,提升传热效率。比热容大的流体在吸收或释放相同热量时,温度变化较小,有利于维持较大的传热温差,增强传热效果。而粘度较低的流体,流动阻力小,能在换热器内更顺畅地流动,提高传热效率。
三、运行工况
温度与温差:余热流体与被加热流体的温度以及二者之间的温差是影响传热效率的关键因素。较大的温差能提供更强的传热驱动力,加快热量传递速度。但在实际运行中,需考虑设备材料的耐温性能以及工艺要求。

运行稳定性:余热回收换热器的稳定运行对效率提升至关重要。运行过程中,温度、流量、压力等参数的频繁波动会影响传热的稳定性,降低传热效率。例如,在工业生产中,由于生产工艺的变化导致余热流体的流量和温度不稳定,会使换热器内的传热过程处于非稳态,无法达到最佳的传热效果。因此,需要通过优化生产工艺、安装稳定的调节装置等措施,确保换热器在稳定的工况下运行,以提高余热回收效率。

四、污垢与结垢
污垢热阻:在余热回收过程中,流体中的杂质、盐分等物质会在换热器表面逐渐积累形成污垢。污垢具有较低的导热系数,会在换热表面形成额外的热阻,阻碍热量传递,降低传热效率。
结垢影响:当余热流体中含有钙、镁等离子时,在一定条件下会在换热器表面结垢。结垢不仅会增加热阻,还可能导致局部过热,损坏换热器。例如,在以水为介质的余热回收系统中,如果水质硬度较高,水中的钙、镁离子会在换热表面形成碳酸钙、氢氧化镁等水垢。为防止结垢,可对余热流体进行预处理,如软化水、除盐等,同时采用合适的防垢技术,如添加阻垢剂、采用电磁防垢等措施,以提高余热回收换热器的效率。