工业节能技术

工业节能技术第1页/共181页3.1工业节能概述-2

工业占GDP约为44%（2006），总规模已居世界第四位，钢材、水泥、化肥等众多工业产品，生产规模和产量已连续多年居世界第一位；工业节能涉及的内容和范围非常广泛，在工业生产过程中，能源的浪费和低效使用主要是由生产管理不善引起的管理性浪费和由技术因素导致能源使用不当引起的浪费；工业所消耗的能量约占我国全部消耗能量的70%左右，其中煤炭消费量比重偏大。

第2页/共181页表3-2工业能源消耗在业全国能源消耗情况比例年份全国能源消费总量

（万tce）全国能源消费比上年增长（%）工业能源消费总量（万tce）工业能源消费比上年增长（%）工业能源消费占全国能源消费的比重（%）1980602754101068.041985766824.93510684.4866.61990987035.18675785.7668.4719951311765.85961917.3273.332000138552.5895442.8

68.892001143199.33.3598273.32.9768.632002151796.596104088.15.9268.572003174951.6415.28121731.8616.9569.582004203227.0216.14143244.0217.6770.4820052224689.47157952.2810.2771第3页/共181页工业节能技术分类1、管理节能2、工艺节能3、控制节能4、设备节能

管理节能工作做得好坏又影响到工艺节能、控制节能和设备节能的成效。一些工厂，“浮财”遍地，跑、冒、滴、漏严重，余热资源大量流失，只要通过加强节能管理工作便会收到立杆见影的显著效果。

第4页/共181页1、管理节能主要工作

（1）有能源管理体系；（2）有产品耗能定额；

（3）有计量仪表，

（4）有管理制度；

（5）有节能措施。第5页/共181页2、工艺节能

工艺节能是工业节能过程中难度大、投资大但也是节能效果显著的节能措施。由于工艺节能需要改变工艺操作过程，一般很难单独进行，常常需要控制节能和设备节能配合起来。如原来采用煤为原料生产合成氨的工艺，改成用石脑油为原料生产合成氨的工艺，就需要进行控制方案及设备的改造，工作量较大。第6页/共181页工艺节能时机

工艺节能改造工作常常在新项目上马或旧项目进行大修或设备淘汰时进行，此时的工作阻力较小，企业容易接受。反之，如果旧项目使用不久，也不存在工艺操作上的问题，只是节能有点问题，对生产工艺进行改造的节能工作工厂就不容易接受，尽管这个节能改造工作从长远的发展来看（比如5年）是经济合理的，这也是目前节能改造工作中碰到的一个困难。第7页/共181页3、控制节能注意问题1、考虑每一台耗能设备的正常可靠运行；2、考虑车间、工厂实现自动化的经济目的，特别是节约能耗、提高产品产量、质量等；3、考虑车间、工厂的能源（油、煤、气、水、风、电）进行集中监测、管理、调度和控制等问题；4、考虑各种耗能设备的性质和状态；5、考虑控制技术实现的可能性、可靠性及稳定性6、要考虑控制系统的总的发展趋势。第8页/共181页控制节能实例之一第9页/共181页控制节能实例之二利用外接密封容器的液位，来控制排水阀以代替疏水器排水，最大限度地利用了加热器的加热空间。使原来需要由外购的高压蒸汽供热，可以改成由本厂自生的低压蒸汽供热，大大节省了能源的开支第10页/共181页控制图第11页/共181页4、设备节能

设备节能相对与工艺节能和控制节能而言是较为容易实施的节能措施。所谓设备节能就是耗能设备进行改造、替换、采用新材料新技术以及加强管理等各项措施耗能设备的能源消耗降低下来，如果是能量回收设备（如烟道废热），则使其回收能量增加。工业生产过程中主要的耗能设备有工业炉窑（熔铸炉、加热炉、热处理炉、烘干炉）、工业锅炉、热交换设备。第12页/共181页3.2工业节能潜力分析（自学）2006年我国与有关国家每万美元国内生产总值能耗比较国家2006总能源消费（万吨标准煤）人均能耗(吨标准煤)人均GDP(万美元)单位GDP能耗(吨标准煤/万美元)日本743325．82453．64861.60德国469295．69183．30991.72美国33103711．00854．20672.62菲律宾35940．40170．10843.71巴西295041．56870．33114.74印尼163350．66550．10936.09印度604560．55190.06528.47埃及83961．06420．11189.52中国2425491．83390．135213.56第13页/共181页各行业能耗高于世界平均水平

我国工业部门的8个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40%，如火电供电煤耗高22.5%，大中型钢铁企业吨钢可比能耗高21.4%，铜冶炼综合能耗高65%，大型合成氨综合能耗高31.2%，纸和纸板综合能耗高120%。SH型双吸离心泵

IS(R)系列单级单吸离心泵

轴流泵第14页/共181页主要耗能设备效率低于世界平均水平燃煤工业锅炉平均运行效率65%左右，比国际先进水平低15～20个百分点；中小电动机平均效率87%，风机、水泵平均设计效率75%，均比国际先进水平低5个百分点，系统运行效率低近20个百分点

燃油/燃气锅炉系列LHS系列立式燃油（气）蒸汽锅炉WNS系列卧式燃油(气)蒸汽锅炉第15页/共181页整体能源效率低于世界先进水平我国整体能源效率比国际先进水平低10个百分点。如火电机组平均效率33.8%，比国际先进水平低6-7个百分点。能源利用中间环节（加工、转换和贮运）损失量大，浪费严重。我国能源利用效率与国外的差距表明，节能潜力巨大。根据有关单位研究，按单位产品能耗和终端用能设备能耗与国际先进水平比较，目前我国的节能潜力约为3亿吨标准煤以上，相当于与2005年全年全国消耗总能源的13.4%。第16页/共181页四大主要行业节能潜力分析1、有色金属工业的节能潜力2、钢铁工业的节能潜力3、化工行业节能潜力4、建材水泥工业节能潜力第17页/共181页1、有色金属工业的节能潜力

从有色金属工业我国纵向发展情况来看，其所具有的节能潜力是相当可观的。如果考虑到未来有色金属工业发展趋势，经有关部门及专家的初步预测，至2020年，十种有色金属产品的产量有可能达到1540万吨，按平均每吨消耗标煤减少0.5t，有色金属产品平均年产量1000万吨计，从2007年到2020年可节约标煤7000万吨，相当于2005年全国能源消耗的3.13%。第18页/共181页四大主要有色金属节能要求（潜力）项目２００５年２０１０年２０１５年２０２０年铜综合能耗（ｔ／ｔ）４.６９０４.５１５４.３９０４.２５０铝综合能耗（ｔ／ｔ）８.６３３８.４６４８.２５３８.０４２铅综合能耗（ｔ／ｔ）１.５６１１.４８３１.４１６１.３５５锌综合能耗（ｔ／ｔ）２.６３５２.４９５２.３６８２.２４９第19页/共181页十种主要有色金属产量趋势第20页/共181页有色金属未来能耗及节能分析有色金属产品属高耗能产品，且单耗下降幅度有限，因此未来有色金属工业的能源消费量将随着有色金属产品的增加呈逐年增长趋势。由于矿山采、选工艺耗能占产品最终能源消费量６０％以上的比重，但节能潜力较小。降低冶炼工艺产品单耗还有较大的潜力。继续增加部分铜精矿和氧化铝的进口量，适当进口部分国内资源缺乏、且高耗能的初级有色产品。第21页/共181页2、钢铁工业的节能潜力我国钢生产和消费名列世界第一，2006年产量4.2亿吨，是大国而不是强国；据统计世界钢铁工业能源消耗占世界总能耗的10%左右，我国钢铁工业能源消耗也占全国能耗总量的10%左右。国际先进钢铁企业，如日本新口铁公司的余热余能回收利用率已达到92％以上，其企业能耗占生产总成本的比例是14％；我国最先进的钢铁企业——宝钢的余热余能回收利用率仅68％，其能耗占生产成本的20％；而一般的企业余热余能回收利用率在30％～50％，其能耗占生产成本的30％～45％，与世界先进国家的差距较大，节能潜力十分可观。第22页/共181页钢铁工业目前能耗情况余热利用率低国际先进钢铁企业，如日本新口铁公司92%以上；我国最先进的钢铁企业—宝钢为68%；而一般企业为30％～50％。吨钢能耗高第23页/共181页国内同类企业能耗水平比较第24页/共181页钢铁工业节能主要工作1、通过管理节约能源2、抓好炼铁系统节能工作，提高入炉矿石品位每提高1%，焦比就降低２％，产量就提高３％，渣量就减少３０ｋｇ／ｔ铁，就会产生可观的经济效益3、转炉煤气回收综合利用技术。4、推广先进的节能工艺技术。如轧钢系统要实行铸坯热装热送、连续化生产工艺技术。第25页/共181页3、化工行业节能潜力-1

离国家节能标准有距离

2006年全国单位GDP能耗只比2005年降低1.23%，而石油和化学工业工业增加值能耗降幅约在2%左右，节能水平高于全国平均水平，但离国家原定下降4%尚有一定距离。纵向比较可节能

2005年石油和化学工业万元增加值能耗为3.49吨标煤，与2000年的4.4吨标煤比，下降了20.68%。以增加值计算的节能量近8000万吨标准煤。

第26页/共181页3、化工行业节能潜力-2横向比较落后世界先进水平

我国合成氨装置多数以煤为原料生产，平均能耗高达62×109J/t，而世界先进水平的煤制合成氨装置能耗为46～49×109J/t，其以天然气为原料的合成氨装置能耗仅为29×109J/t。国外烧碱汽耗为2.2～2.6吨蒸汽/吨，而国内汽耗为4.8吨蒸汽/吨，比国外高出1倍多转换原料节能潜力大

煤原料每吨氨能耗为2吨标准煤，若采用天然气为原料，每吨氨能耗可降到1.15吨标准煤，按全国每年合成氨产量4000万吨计，原料天然气气化率每提高10%，就可节能340万吨标准煤。第27页/共181页石化行业节能目标-2010原油加工业能耗下降到66千克标油/吨乙烯单位能耗下降到650千克标油/吨合成氨单位能耗下降到1600千克标准煤/吨烧碱单位能耗要低于1200千克标准煤/吨纯碱单位能耗下降到380千克标准煤/吨电石单位能耗要降到2000千克标准煤/吨以下黄磷单位能耗要下降到7300千克标准煤/吨以下

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炼油行业炼厂平均能耗数据单位：ｋｇ／ｔ单因耗能定义为：炼油能耗／炼油能量因数，单位为：ｋｇ／ｔ因数。项目１９９４１９９５１９９６１９９７１９９８加工吨原油综合能耗８１.８７８２.９９８１.６４８２.８４９０.９８平均单因耗能１４.８８１４.９６１４.４３１４.３３１４.７６第29页/共181页主要节能工作1、深入加强节能管理工作。（减少浪费）2、保证新建、改扩建项目能耗水平接近或达到国际先进水平。

3、强优化资源配置，提高化工厂根据市场需求优化生产的能力。（工厂位置选择）4、对小型化工企业进行规模调整。（扩大规模，100万吨乙烯，1000万吨炼油）

5、总体优化和系统优化用能。（调整优化目标为全局优化，可持续发展）

第30页/共181页4、建材水泥工业节能潜力行业基本情况：水泥是主要建筑材料之一，城市基础设施建设等拉动了对水泥的需求。水泥产量逐年提高，2006年达到11.9亿吨，2007年预计水泥产量达14亿吨。下表是进入本世纪以来我国水泥产量数据。

表3-62000-2007我国水泥产量年份2000200120022003产量/亿吨5.746.47.258．63年份2004200520062007产量/亿吨9.710.611.914第31页/共181页水泥制造业能源消耗总量单位：万tce第32页/共181页水泥制造业万元增加值综合能耗年度综合能耗(tce/万元)

增减增长率%200214.83

200313.85-0.98-6.61200414.460.614.4200514.07-0.39-2.7200612.56-2.51-10.73注:产值按2005年价格核算第33页/共181页水泥单位产品综合能耗与节能量情况

2000-2005项目单位200020012002200320042005水泥单位产品综合能耗公斤标煤/吨水泥172169162158154149单位熟料产品热耗公斤标煤/吨熟料168162154144138131水泥单位产品电耗度电/吨水泥10210110010099100按综合能耗计算的节能量万吨标煤

198508345388530注：各年份节能量是单位产品能耗同上年比较计算得到的；计算公式为：某年节能量＝当年产品产量×（上年单位产品能耗－当年单位产品能耗）

第34页/共181页

水泥行业节能潜力

目前我国水泥工业的能耗与世界先进国家的距离相对较小，但还有10%左右的距离。如按2008年16亿吨水泥产量，每吨水泥综合能耗减少12kgce进行计算，则2008年若水泥行业全面达到世界先进水平的能耗，大约可节约1920万tce,其节约量还是比较可观。第35页/共181页2004年发布的国家节能中长期发展规划节能目标

表3-11主要产品节能目标能耗名称单位2000年2005年2010年2020年火电供电煤耗克标准煤/千瓦时392377360320吨钢综合能耗千克标准煤/吨906760730700吨钢可比能耗千克标准煤/吨78470068564010种有色金属综合能耗吨标准煤/吨4.8094.6654.5954.45铝综合能耗吨标准煤/吨9.9239.5959.4719.22铜综合能耗吨标准煤/吨4.7074.3884.2564.000炼油单位能量因数能耗千克标准油/吨•因数14131210乙烯综合能耗千克标准油/吨848700650600大型合成氨综合能耗千克标准煤/吨1372121011401000烧碱综合能耗千克标准煤/吨1553150314001300水泥综合能耗千克标准煤/吨181159148129平板玻璃综合能耗千克标准煤/重量箱30262420建筑陶瓷综合能耗千克标准煤/平方米10.049.99.27.2铁路运输综合能耗吨标准煤/百万吨换算公里10.419.659.409.00第36页/共181页3.3通用设备节能技术3.3.1锅炉节能技术*3.3.2炉窑节能技术（自学）3.3.3换热器节能技术*3.3.4泵和风机节能技术*第37页/共181页3.3.1锅炉节能技术图3-1某链条炉结构示意图第38页/共181页3-2-1火床锅炉3-2-2火室锅炉3-2-3流化床锅炉3-2-4旋风锅炉图3-2锅炉四种燃烧形式示意图第39页/共181页第40页/共181页锅炉定义

锅炉是能源转换设备，它将煤、油、气等一次能源转换成蒸汽、热水等载热体的二次能源。如图是3-1某链条炉结构示意图。一般锅炉主要有两大部分组成，第一部分是“锅”，包括气包、各种受热面（辐射和对流）、省煤器、空气预热器、集箱、下降管、汽水分离装置、温度调节装置等部件构成的封闭系统；第二部分是“炉”，是指构成燃料燃烧场所的各个部件，包括炉膛、装料斗、渣斗、燃料输送装置、分配送风装置、炉排等组成。第41页/共181页1、锅炉分类按用途可分为固定式的工业锅炉、电站锅炉、生活锅炉和移动式的船舶锅炉、机车锅炉等；按蒸汽压力可分为常压锅炉、微压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高质锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、和超临界压力锅炉。超高压锅炉的压力为3.73MPa、亚临界压力锅炉的压力为16.67MPa；超临界压力锅炉的压力为23-25MPa；锅炉按所用燃料或能源可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉、原子能锅炉、垃圾锅炉；按燃烧方式可分为火床锅炉、火室锅炉、流化床锅炉、旋风锅炉第42页/共181页2、锅炉的型号不同类型的锅炉，其型号的表达方法基本相同，只不过在某些参数上有些类型的锅炉需要表示，而有些类型的锅炉则不用表示。电站锅炉的型号由三部分组成，分别表示锅炉的制造厂代号（用汉语拼音缩写表示）、锅炉蒸发量/额定蒸汽压力、设计燃料代号（用汉语拼音缩写表示）和设计序号。煤、油、气的燃料代号分别用M、Y、Q表示，其它燃料用T表示，各部分之间用短横线连接。SG-1025/18.1-M型锅炉表示为上海锅炉厂制造，额定蒸发量1025t/h，额定蒸汽压力为18.1MPa，原型设计，燃料为煤的电站锅炉。第43页/共181页工业锅炉的型号对于工业锅炉，按JB1623-1983《工业锅炉产品型号编制方法》的规定，也有三部分组成，第一部分共分三段，分别表示锅炉型式（用汉语拼音缩写表示）、燃烧方式（用汉语拼音缩写表示）、额定蒸发量或额定供热量，其中对于蒸汽锅炉而言，第三段应为额定蒸发量；对于供热锅炉而言，第三段应为额定供热量，其单位为10000Kcal/h，若将其折算成KW为单位，则需要乘上11.63。第二部分表示介质出口压力、过热蒸汽温度（如缺省则为饱和温度）、出水/回水温度（仅对供热锅炉而言）。第三部分，表示燃料种类和设计序号LHG2-8-AII表示立式横水管固定炉排，额定蒸发量为2t/h，额定蒸汽压为0.8MPa，蒸汽温度为饱和温度，所用燃料位II类烟煤，原型设计的蒸汽锅炉。SHL240-7/130/70-AII表示双锅筒横置式链条排炉，额定供热量为2400000Kcal/h，约合2790KW，额定出水压为0.7MPa，额定出水温度为130℃，回水温度为70℃，所用燃料为II类烟煤，原型设计的热水锅炉。第44页/共181页热载体锅炉产品型号RLS1-1.5Y/400/300-Q，这种型号的热载体锅炉的铭牌解释为：立式、室燃、热功率为1MW、额定工作压力1.5MPa、热载体为导热油、导热油最高出口温度为400℃、最低进口温度为300℃、燃料为天然气的热载体锅炉。第45页/共181页3、锅炉的用能分析其中Q表示燃料燃烧输入锅炉的热量Q1表示锅炉有效利用热，包括锅炉中水和气吸收得到的热量Q2表示锅炉的排烟热损失Q3表示气体未完全燃烧热损失Q4固体未完全燃烧热损失Q5表示散热损失Q6表示灰渣物理热损失。

锅炉的能量有效利用率=

第46页/共181页分析提示

由锅炉的用能平衡分析可知，燃料所具有的化学能在转移到目标工质水和蒸汽的过程中，不仅在有效能价值上有所降低，而且在能量的数量上也有所下降，只有一部分能量转移到了目标工质中去。为了做好锅炉的节能工作，必须对锅炉中除能量有效利用以外的其他能量损失原因进行分析，以便对症下药找到锅炉节能的方法。影响锅炉热效率的主要因素是排烟损失（17%）和不完全燃烧损失（9%）第47页/共181页4、锅炉的节能技术1、强化燃烧，减少不完全燃烧损失有足够的空气，并能同燃料充分接触炉膛有足够的高温使燃料着火燃料在炉内停留时间内应完全完全燃尽2、减少排烟损失控制适当的空气过剩系数，强化对流传热对那些没有设置省煤器或空气预热器的锅炉可考虑进行改造，增设省煤器或空气预热器如不方便增设，可考虑利用余热热管热器回收排烟气体的热量，但需作全面的经济核算，以判断究竟采用哪种节能措施效果最佳。第48页/共181页3、宏观层面工作主要工作（1）推行集中供热，发展热电联产

（2）加强运行管理、堵塞浪费漏洞（3）采用新设备新工艺技术第49页/共181页加强运行管理堵塞浪费漏洞具体工作

（1）做好燃料供应工作，不同的锅炉供应不同规格的煤（主要是粒度和含水量，以链条炉为例，煤粒度应为6-15mm）；（2）严格给水处理，防止锅炉结垢；（3）清除积灰，提高锅炉效率；（4）防止锅炉超载，保持稳定运行；（5）加强保温、防止漏风、泄水、冒汽；（6）提高入炉空气温度一般入炉空气温度增加

100℃，可使理论燃烧温度增高30—40℃，可节约燃料3—4%。第50页/共181页

新设备新工艺具体技术：（1）采用换热器或热管回收锅炉烟道余热（锅炉热

效率提高3.1%

）（2）采用蒸汽蓄热器，保证锅炉在最佳工况下运行

（可比设置前节能5-15%

）

（3）设置冷凝水回收装置，减少锅炉一次供水量

（节能效果可达25%以上）

（4）采用真空除氧器，可克服热力除氧器在除氧过程中的能量消耗（5）采用新型节能保温材料，减少炉壁、管道的热量损失（6）采用添加剂及磁化节能技术。第51页/共181页3.3.2炉窑节能技术1、定义：

工业炉窑是我国消耗能源较大的一类耗能设备。它将能源转换过程和能量利用过程结合在一起，使能源转换设备和用热设备会为一体，省掉了中间的热能传输环节。工业炉窑的功能，是为达到某些工艺目的。有的为了改变固体或液体材料的地质、形地，有的为了取得新材料或新材料制品而设置的直接使用电能或燃料的加热装置，它在冶金、机械、建材、轻工、化工等部门得到广泛应用。

第52页/共181页第53页/共181页3.3.2炉窑节能技术2、分类按工艺用途分：有熔炼炉、溶化炉、加热炉、热处理炉、焙烧炉、干燥炉等。按热源分：有煤炉、煤气炉、油炉、电炉、天然气炉等。按结构形式分：有推料连续加热炉、室式炉、台车式炉、逢隙炉、井式炉、步进式炉、环形炉等。按热工操作制度分：有连续作业炉、间歇式炉、分段变温炉、恒温炉等。第54页/共181页3.3.2炉窑节能技术3、炉窑的用能分析Q表示燃料燃烧（或电能）输入窑炉的热量Q1表示窑炉有效利用热Q2表示窑炉的排烟热损失Q3表示气体未完全燃烧热损失Q4固体未完全燃烧热损失Q5表示炉体蓄散热损失Q6表示水冷、逸气、孔洞辐射等各项热损失Q7表示化学反应所需要的热量。

第55页/共181页3.3.2炉窑节能技术4、分析提示

一般而言，窑炉的工作温度比锅炉要高，故在窑炉带出的热量中，被加工物料-产品一般占到40%左右，烟气占到30%左右，窑体占到15%左右，反应热占到15%左右。

烟气热能利用窑体绝热保温工作是关键

第56页/共181页3.3.2炉窑节能技术5、节能工作

一是最大限度地将燃料或电能产生的热量转移到产品中去，这就需要从炉窑本身的改造入手，如改变窑炉的结构、燃烧方式、窑体耐火砖结构和材料、窑体内利用远红外涂料等方法；另一方面是将热损失减到最小或二次利用，如通过余热锅炉或助燃空气预热器回收烟道气中的热量，减少窑体方热辐射损失及逸气热损失

第57页/共181页3.3.2炉窑节能技术6、具体细节（一）正确选用燃烧装置，减少物力和化学不完全燃烧损失

（1）烧嘴的合理选用和使用

（2）推广使用平焰、双火焰、高速、可调焰等新型烧嘴，可节能5~10%；

（3）固体燃料要采用机械化加煤和煤粉燃烧。

（二）烟气余热的回收利用，减少烟气热损失

（1）利用烟气预热助燃空气，可获15~25%节能率；

（2）选用合适的烟道换热器；

（3）提高换热器的使用效果；

（4）根据余热情况安装余热锅炉；

（5）降低烟气离开炉膛温度。

（三）加强炉体绝热，减少炉体蓄散热损失

（1）将炉膛改造为由耐火砖或轻质耐火砖加耐火纤维和保温材料的复合结构；

（2）采用复合浇注料吊挂炉顶，减少炉顶散热；

（3）在中温间断式炉上采用全耐火纤维炉衬。

（四）提高炉子的密封性，减少逸气热损失

（1）减少开孔与安装炉门；

（2）采用浇注料炉衬结构外加炉墙钢板。

（五）合理安排水冷件，减少水冷件热损失

（1）少用或不用水冷构件，减少热损失；

（2）对必须设置的炉内水冷构件进行绝热包扎；

（3）采用汽化冷却来回收水冷热损失，不仅可得到中压蒸汽，还可节约水源。（4）采用热泵技术回收低温冷却水的余热，有明显节能效果

第58页/共181页3.3.3换热器节能技术

工业生产过程尤其在化学化工工业中，需要大量的换热设备。从能量守恒的角度来看，换热设备似乎只将能量从A物流转移到B物流，没有节能的可能，其实不然。如果该换热设备是回收废热的，那么，高效的换热设备能够尽量多的把废热中的热量回收下来，当然废热流最后排放到环境的热能就减少，因此，在整体能量上是守恒的，但回收的能量就增加了。高效换热设备的关键是提高传热系数，而传热系数的提高，需要根据换热物流的具体性质，选择合适的高效换热设备。

第59页/共181页各种换热设备示意图夹套式换热器及其配件蛇管示意图1-容器；2-夹套第60页/共181页第61页/共181页

喷淋式换热器1-弯管；2-循环泵；3-控制阀

套管式换热器各种换热设备示意图第62页/共181页各种换热设备示意图

固定管板式换热器及其折流板第63页/共181页各种换热设备示意图第64页/共181页各种换热设备示意图第65页/共181页各种换热设备示意图第66页/共181页各种换热设备示意图第67页/共181页平板式换热器第68页/共181页3.3.4泵和风机节能技术

泵和风机是输送物料的一种动力机械，其中泵用来输送液体物料，风机用来输送气体物料。它们被广泛的应用于电力、化工、冶金、建材、建筑空调等各个领域。据文献报道，目前我国风机的耗电量占全国发电量的10%，泵的耗电量占全国发电量的25%，两者合计占全国发电量的35%左右。由于泵和风机所占的用电量在全国发电量中的比例大，并且其消耗的能源电能属于最高品位的能源，因此，对泵和风机的节能工作显得十分必要。第69页/共181页3.3.4泵和风机节能技术5661-叶轮2-压水室3-吸入室4-扩散管5-泵轴6-泵壳图3-13离心泵工作结构简图第70页/共181页3.3.4泵和风机节能技术123451-泵缸2-活塞3-活塞杆4-吸入阀5-排出阀

图3-14往复泵工作结构简图第71页/共181页3.3.4泵和风机节能技术第72页/共181页3.3.4泵和风机节能技术1、泵和风机的分类（1）泵的分类

泵的种类繁多，适用广泛，其分类方法很多，如果按工作原理分主要有；离心泵和正位移泵；如果按其工作形式分主要有叶片泵和容积式泵；如果按其工作压力分，主要有低压泵、中压泵、高压泵。（2）风机的分类风机是输送气体的动力机械，其工作原理和分类形式和泵基本类似，也有离心式、往复式、旋转式等多种。风机一般按出口压强或压缩比（气体加压后和加压前）来分类，主要分为通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。第73页/共181页2、泵和风机的基本方程1）泵特性曲线随着流量的增加，轴功率增加、扬程减小、效率先由小变大，当达到一个最大值η*以后，流量增加，效率反而减小。如果从节能的角度出发，每一个离心泵在一定的转速下，有一个最佳的流量q*，此时泵的扬程为H*，泵的效率达到最高。因此在选择泵时应尽量使泵达到最佳流量。当然实际情况并不能一定满足，但必须保证泵的效率在最佳点附近。第74页/共181页控制图1第75页/共181页控制图2第76页/共181页3.3.4泵和风机节能技术图3-19两台泵并联特性

第77页/共181页3.3.4泵和风机节能技术图3-18两台泵串联特性

第78页/共181页3.3.4泵和风机节能技术2)管路特性曲线

任何一台泵都需要在具体的管路环境下工作，所谓管路特性是指特定管路中通过某一流量qe流体所需要的压头He关系，根据柏努利方程并作一定简化后，可得所需压头和实际流量之间的关系如下：第79页/共181页3.3.4泵和风机节能技术

原泵的操作点在M。如果通过节流调节，增加管路的阻力，这时泵的操作点移到了M1点，管路特性曲线变陡，管路的实际流量减少，压头提高。如果增加阀门开度，管路阻力变小，管路特性曲线变的平缓，此时实际操作点移到M2点，管路的实际流量增加，但压头有所下降，轴功率增加。在实际流量调节过程中，如果通过节流调节，必将宝贵的轴功率用于克服节流调节的阻力，并不是一种节能的调节方法。第80页/共181页3.3.4泵和风机节能技术3）切割方程4）转速方程

第81页/共181页3.3.4泵和风机节能技术通过转速调节泵流量的时候，管路特性曲线不变，轴功率没有浪费，从节能的角度来看，通过转速调节流量优于通过节流调节流量。第82页/共181页3.3.4泵和风机节能技术3、节能技术（1）合理选型-最大效率（2）合理组合-最优操作（3）变频调速-避免管损（4）切割叶轮-适合流量（5）增加叶轮寿命-经济合理（6）提高稳定及耐用性-保障第一第83页/共181页合理组合对于管路特性曲线为1的管路系统，选用并联组合优于串联组合。因为并联组合的工作点在B点，串联组合的工作点在A点，B点处的流量和压头均比A点处的流量和压头大。而对于管路特性曲线为2的管路系统，则选用串联组合优于并联组合。因为并联组合的工作点在C点，串联组合的工作点在D点，D点处的流量和压头均比C点处的流量和压头大。当然，如果单台泵的压头无法克服管路两端的总势能差时，则必须采用串联。第84页/共181页变频调速泵原来的工作点在M点，转速为n1，流量为qm，对应的功率为PM。现在因工艺要求，需要将流量调节到q1,如采用节流调节，则离心泵特性曲线不变，管路特性曲线变陡，其和离心泵的特性曲线交点上移，到达A点，此时对应的泵功率为PA。如果采用变频调速，改变离心泵工作曲线，使其转速为n2，流量仍为q1，其工作点为B，此时对应的泵功率为PB。如果忽略泵效率的改变，采用变频调节所节约的能量相当于图3-53中ABHAHB所围的面积。当然变频器的投资很昂贵,具体实施必须通过经济核算第85页/共181页变频改变流量时泵和风机理论节能效果q2/q1n2/n1H2/H1P2/P1节电率/%100100100.0100.00.0909081.072.927.1858572.361.438.6808064.051.248.8707049.034.365.7606036.021.678.4505025.012.587.5第86页/共181页变频技术为节能法所推广

风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显，设备一次性投资通常可以在1-2年的生产中全部收回。第87页/共181页3.4通用工业节能技术3.4.1热泵节能技术*3.4.2热管节能技术*3.4.3

换热网络整合节能技术3.4.4余热回收节能技术第88页/共181页3.4.1热泵节能技术1、热泵工作原理高温热源TH低温热源TLWQHQL热机高温热源TH低温热源TLEnQHQ0热泵热泵热机热泵是一种能使热量从低温物体流向高温物体的热移动装置

第89页/共181页热量Q1做功W热量Q2节流阀冷凝器压气机蒸发器低温取热T1高温放热T2低压气高压气低压液高压液高压区低压区第90页/共181页2、热泵分类-按工作原理分压缩式热泵-压缩机*吸收式热泵-吸收塔*热电式热泵-电子运动*化学热泵-化学反应吸附式热泵-吸附器喷射式热泵-喷射器

其中压缩式受到广泛应用，该热泵是由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀等部分组成

第91页/共181页(1)吸收式热泵的工作原理高压气高压液低压液低压气富工质液吸收剂第一循环第二循环W高压区低压区起点第92页/共181页三个压力等级：p1>p2>p3(2)蒸汽喷射式热泵工作原理P1(g)P2(g)P2(l)P2(l)P3(l)P3(g)W421645第93页/共181页(3)热电式热泵工作原理第94页/共181页3、热泵分类－按提供热源分地源热泵空气源热泵工艺热源热泵

复合热源热泵第95页/共181页(1)地源热泵V1V2V3V4123456781-地下换热埋管2、7-循环泵3-蒸发换热器（冬天虚线）4-节流装置5-冷凝换热器（冬天）6-压缩泵8-室内供热和供冷装置

冬天室内需要供热时，阀门V2、V3打开，阀门V1、V4关闭；夏天，室内需要制冷时，组件6成为蒸发器，阀门V1、V4打开，阀门V2、V3关闭第96页/共181页(2)空气源热泵蒸发器冷凝器自来水进水管热水出口压缩泵膨胀阀第97页/共181页(3)工艺热源热泵

热泵中的工质在塔顶冷凝换热器2中吸收热量而蒸发，通过压缩机４压缩，温度提升后成为高温气体进入蒸发换热器5，将塔釜物料加热蒸发，而工质本身被冷凝。冷凝液通过节流装置3又进入塔顶冷凝换热器2，实现热泵的循环工作。第98页/共181页(4)热泵工艺应用物料第99页/共181页(5)复合热源热泵工作原理

在冷热负荷变化比较大的建筑群中，采用土壤耦合热泵、冰蓄冷、锅炉组成的复合式能源系统。建筑物冬季、夏季基本负荷由土壤耦合热泵来承担；夏季高峰负荷由冰蓄冷系统承担，冬季高峰负荷由锅炉承担。

第100页/共181页3.4.2热管节能技术1、热管定义热管为一封闭的管状元件，有一管状外壳，内有起毛细输送作用的管芯，管内抽空后充以工作液体，然后封闭起来即成热管。第101页/共181页

热管的一端为蒸发端（热输人端），另一端为冷凝端（热输出端），当蒸发端受热时，毛细管芯中的工作液体被气化、蒸发，吸取大量气化热，依靠压差使蒸气通过管腔迅速流向冷凝端，在冷凝端冷凝成液体，放出与吸收的气化热相等的冷凝潜热。工作液体又在管芯的毛细管作用下回到蒸发端。通过这种“蒸发-转输-冷凝”的反复循环，将热量不断地从蒸发端送往冷凝端，并传给受热工质2、热管工作原理第102页/共181页绝热段蒸发段冷凝段液体蒸汽排热加热管壳管芯管芯管壳蒸汽通道3、热管工作原理示意图第103页/共181页4、热管工作介质

热管的最大特点是在有引力和磨擦损耗下，完全从热输入中得到液体和蒸气循环所必须的动方，用不着使用外加的抽送系统。热管的传输效率比相同尺寸铜棒高500倍，比不锈钢棒高6300倍。第104页/共181页根据热管的使用温度，可将热管分为低温热管（cryogenicheatpipe），中温热管（lowtemperatureheatpipe）和高温热管（hightemperatureheatpipe）。它们的工作温度范围依次为-73℃以下，-73-277℃和277℃以上。其中，以中、高温热管在工业中的应用最为深入。根据热管的工作原理，热管可分为重力热管、毛细管式热管及旋转式热管，其中应用最广的是重力热管，它广泛应用于工业与热回收系统。目前，随着反应-换热集成系统研究的深入，对旋转式热管的研究已引起人们的兴趣

5、热管分类第105页/共181页6、热管主要特性（1）有效热导非常高。由于热管的传热主要靠工质相变时吸收和释放潜热以及蒸汽流动传输热量，并且多数工质的潜热是很大的，因此不需要很大的蒸发量就能带走大量的热。（2）具有热流密度变换能力。热管中蒸发和凝结的空间是分开的，因此可以实现热流密度变换，在蒸发段可用高热流密度输入，而在冷凝段可以用低热流密度输出，反之亦然。（3）具有低热阻的等温面。热管运行时，冷凝段表面的温度趋向于恒定不变。如果局部加上热负荷，则有更多的蒸汽在该处冷凝，使温度又维持在原来的水平上；同样，蒸发段也存在等温面，热管工作时，管内蒸汽处于饱和状态，蒸汽流动和相变时的温差很小，而管壁和毛细芯比较薄，所以，热管的表面温度梯度很小，即表面的等温性好。第106页/共181页7、热管节能应用（1）CPU芯片散热器热管

CPU芯片是计算机的核心部分，其性能的好外直接控制了计算机的性能。然而，CPU的散热问题制约了CPU性能的进一步提升，常规的散热技术有时已显得无能为力。而CPU芯片散热器热管则可以大大提高CPU的散热性能，使CPU的性能得以进一步提升第107页/共181页（2）反应器内热管

反应器内热管就是将热管技术与反应器相结合的一种特殊用途的热管。它的主要特点是利用热管的等温性能使反应器内触媒床层轴向和径向温度分布均匀,从而使反应始终在最适宜的反应温度区间进行,结果使转化率提高,副反应减少,触媒利用率提高、寿命延长;热管还能及时补充化学反应热(对吸热反应)或导出化学反应热(对放热反应)。第108页/共181页（3）高温热管蒸汽发生器

某化工厂回收半水煤气的余热，至今已安全运行了十几年，煤气流量为135000m3/h，温度为950℃，通过高温热管蒸汽发生器将其温度降至250℃，每小时可生产4t蒸汽，蒸汽压力高达1.57MPa。这些蒸汽可以通过保温管道输送给附近住户，提供热量供暖。如果按照全年运行时间为7200h，每吨蒸汽按40元价格计，则全年可回收价值115.2万元

第109页/共181页

如果热管是水平放置又没有吸液芯，热管将无法工作。这时，若将热管绕轴旋转，热管就可以工作，它利用热管旋转时产生的离心力使冷凝液回流，免去吸液芯结构，并使热管能在无重力甚至逆重力状态下稳定工作。它应用在垂直状态下高速旋转运动并且有大量热量需要导出的机器部件。如热管式高速钻头和大功率电机转子，可以解决这些设备的冷却问题解决

（4）旋转式热管第110页/共181页（5）空调用热管换热器

热管热交换器无论冬夏都可使用．冬天，把热量从排出气中传给新鲜冷空气．夏天，使热空气进人主调机之前得到预冷处理。如加上密封隔板来分高气流则可保证新鲜空气不受污染，这对于学校、医院这样的部门说来是很有必要的。采用热管回收装置可导致允许采用功率比原来低20—30%的空调系统。第111页/共181页来源：/（6）太阳能热水器热管第112页/共181页青藏铁路基本情况2006年7月1日，作为世界铁路建筑史上奇迹的青藏铁路全线建成通车。延绵1800公里的青藏铁路，从格尔木到拉萨要穿越550多公里的冻土地带。冻土带和高原缺氧一度成为阻碍钢铁巨龙青藏铁路向前延伸的两大难题。随着温度的变化，冻土具有“顽皮好动”的特性。在寒季，冻土像冰一样冻结，并且随着温度的降低体积发生膨胀，建在上面的路基和钢轨就会被膨胀的冻土顶得凸起；到了夏季，冻土融化体积缩小，路基和钢轨又会随之凹下去。冻土的冻结和融化反复交替地出现，路基就会翻浆、冒泥，钢轨出现波浪形高低起伏，对铁路运营安全造成威胁。低温热管成功地解决了青藏铁路建设中的冻土难题，首批2400根低温热管已“植根”于青藏铁路两侧，为这条世界上海拔最高的铁路“保驾护航”。医治“多动症”

第113页/共181页青藏公路上的热管第114页/共181页热管基本情况

为了保证低温热管在－25℃～45℃范围内充分发挥作用，满足各项技术指标，无论是对优质碳素无缝钢管进行外壁酸洗、内壁除尘、打坡口绕焊翅片，还是灌装液态氨、焊帽密封，一道道工序操作一丝不苟；热管埋入地下部分喷涂黑色防腐漆，地面部分喷涂白色抗磨漆，每根喷涂三遍，他们按工艺文件要求严格执行。低温热管长7米，管子外径89毫米，1.4米长的翅片绕焊后，每根管子质量在100千克以上。第115页/共181页热管应用图TSC89—7/2—Ⅱ型低温热管。这些热管等距离地排列在青藏铁路某段的两侧，5米长埋入地下，地表外露2米，能将地下永冻土层的温度（热量）传递到路面，保持冻土的恒温。第116页/共181页3.４.3换热网络整合节能技术

工业生产中存在着大量的需要换热的工段，有些需要加热，如化工工业中物料进入精馏塔前一般需要预热；有些需要冷却或冷凝，如精馏塔顶的蒸气需要冷凝。如果能过合理地设计好换热网络系统，就可以最大限度地减少公共供热或供冷，而且还可能减少设备投资，达到节能的目的。换热网络综合设计技术常用的方法是以Linnhoff教授为首的研究小组提出的“挟点技术”（PinchPointTechnology）,利用该方法设计可以合成公共供热或供冷最小的换热网络，达到节能的目的。第117页/共181页1、温-焓图（T-H）TTTSTTTTTSHH（a）一股热流被冷却（b）一股冷流被加热传递的总热量为：

=ΔH第118页/共181页CP=ACP=CT1T2T3T4T5HCP=B△H1=B(T1-T2)△H2=(A+B+C)(T2-T3)△H3=(A+B+C)(T3-T4)△H4=A(T4-T5)三热流股温焓曲线图

第119页/共181页ΔH1ΔH2ΔH3ΔH4T1T2T3T4T5H三股热流的复合曲线第120页/共181页QCQHQCQRQHQCQRQH夹点2、挟点的确定最小传热温差第121页/共181页夹点温差，用ΔTmin表示QHQCΔTmin夹点夹点温差第122页/共181页两股流体极限换热情况△T=0QCQmaxQHF1F2TCTBTATDH第123页/共181页表格法确定夹点步骤1.以冷、热流体的平均温度为标尺，划分温度区间。2.计算每个温区内的热平衡，以确定各温区所需加热量和冷却量。计算式为：

3.计算热级联。4.温区之间热通量为零处即为挟点。第124页/共181页例1、某一换热系统，有两股热流和两股冷流，其物流参数如下表所示。取冷、热流体之间的最小传热温差为10℃。用表格法确定该系统的挟点位置以及最小加热和冷却公用工程用量。流股编号和内容热容流率KW/℃供应温度℃目标温度℃1冷流2.0301452热流3.0180703冷流4.0901504热流1.516040第125页/共181页解：(1)划分温区（a）计算冷、热流体的平均温度。将冷流体的温度上升ΔTmin/2，将热流体的温度降低ΔTmin/2【保证夹点处温差有ΔTmin】将结果从大到小排列：热流体：175，155，65，35

冷流体：155，150，95，35(b)将所有冷热流体的平均温度从小到大排列，并将其划分为五个温区，如下图所示。冷热流体：175，155，150，95，65，35第126页/共181页温区1温区2温区3温区4温区5Cp=1.5Cp=2.0Cp=3.0（170）175（180）（150）155（160）（145）150（155）（90）95（100）（60）65（70）（30）35（30）CP=4.0第127页/共181页(2)计算热级联区间编号区间温度，℃区间温度差，℃热、冷流热容流率之差本区多余热量调整前热级联计算调整后热级联计算输入输出输入输出1175-155203.06006020802155-15050.52.56062.58082.53150-9555-1.5-82.562.5-2082.50495-65302.575-2055075565-3530-0.5-1555407560第128页/共181页(3)、确定最小加热公用工程用量为使各温区的热通量≥0，就必须从外界向温区3输入热量，使原来的负值至少变为0，外界输入的热量就是最小加热公用工程用量，为20KW。(4)、确定挟点位置由外界输入的热量可以由温区3以上的任何温区输入，例如从温区1输入，然后计算各温区的热通量。由最后温区输出的60kW热量就是最小冷却公用工程用量。温区3和温区4之间的热通量为零，此处为夹点。其平均温度为95℃。第129页/共181页3、换热网络设计挟点的意义（1）挟点之上只有热量流入，没有任何热量流出，可看成是一个热阱系统；（2）挟点之下只有热量流出，没有任何热量流入，可看成是一个热源系统。（3）挟点处两个子系统之间没有热流流动。（4）如果在挟点处有热流α流动，则最小公用供热量需要增加α；同时，最小公用供冷量也要增加α，用以移出从热阱系统传递到热源系统的热量。（5）若在热阱系统设置冷却器，将热量移出，则这部分热量必须由公用热工程额外输入；若在热源系统设置加热器，将热量输入，则这部分热量必须由公用冷工程额外移出。上述两种情况的发生，不仅增加了公用工程的能量消耗，同时也增加了换热网络的设备投资，除非工艺特出需要，一般情况下应避免上述情形的发生。第130页/共181页热源热阱夹点QH，min+hQC，min+h挟点技术的设计原则⑴夹点之上不应设置任何公用工程冷却器；⑵夹点之下不应设置任何公用工程加热器；⑶不应有跨越夹点的传热。第131页/共181页换热热器的流股匹配法则

挟点之上：所有的热流在挟点处只能和那些热容流率比自己大或相等的冷流匹配换热匹配，即满足下式：

CPH≤CPC

挟点之下：所有的冷流在挟点处只能和那些热容流率比自己大或相等的热流匹配换热匹配，即满足下式：

CPC≤CPH第132页/共181页换热网络设计基本要求：最大限度地满足其中一个流股的换热，使这一流股的热量尽量用一台换热器用尽。在挟点之上，则要首先满足热流股，因为冷流股不满足可以增设加热器；在挟点之下，则要首先满足冷流股，因为热流股不满足可以增设冷却器。编号热容流率CP42131.53.02.04.0100100100901009090704030180160145150将例1中换热系统分解成挟点上下两个子系统

第133页/共181页

编号热容流率CP42131.53.02.04.0901009018016014515010090KW135H240KW20KW图3-45挟点之上系统设计第134页/共181页编号热容流率CP42131.53.02.04.090100100453060408090KW30KWC60KW

图3-46挟点之下系统设计第135页/共181页全系统初步设计图4、节能与投资的优化全系统调整设计图第136页/共181页3.4.4余热回收节能技术1、余热的品位与种类定义：

从广义来说，凡是具有一定温度的排气、排液和高温待冷却的物料所包含的热能均属于余热。它包括燃料燃烧产物经利用后的排气显热、高温成品的显热、高温废渣的显热、冷却水带走的显热。品位表达式：

式中-表示余热品位的数值；

T0-表示环境温度；

T1-表示余热温度。

第137页/共181页1、余热的品位与种类种类：（1）排气余热排气余热的温度范围差别很大，既有200-500℃的中温废气，也有大量700℃以上的高温气体，例如，转炉炉气高达1600℃以上。（2）高温产品和炉渣的余热工业成品或半成品及炉渣废料都有很高的温度，一般温度在500℃以上，例如红焦炭、刚轧制成的热钢材、石油炼制中的汽油、柴油等。（3）冷却介质的余热（高温炉窑和动力、电气、机械等用能设备冷却可达100℃左右）（4）化学反应余热（硫铁矿焙烧）（5）废气、废液、废料余热（可作燃料，标态发热量可观）（6）废汽、废水余热（利用显热可达300℃）第138页/共181页3.4.4余热回收节能技术

2、余热利用的策略优先考虑提高装置热效率其次考虑回收余热能否返回到装置本身最后才具体研究回收余热的方案

第139页/共181页图3-49余热回收方案优先顺序第140页/共181页余热利用总的原则：

根据余热资源的数量和品位以及用户的需求，尽量做到能级的匹配，在符合技术经济原则的条件下，选择适宜的系统和设备，使余热发挥最大的效果。余热回收的难易程度及其回收的价值，与余热的温度高低、热量大小、物质形态有关。根据先易后难，效益大的优先的原则，按图3-49的顺序进行回收。其中，以数量大的高温气体的热回收最为容易，效益也大第141页/共181页3、余热利用途径（1）余热的直接利用1）预热空气或煤气2）预热或干燥物料3）生产蒸汽或热水4）余热制冷（2）余热发电

利用余热锅炉首先产生蒸汽，再通过汽轮发电机组，按凝汽式机组循环或背压式供热机组循环发电。

（3）热泵系统第142页/共181页4、余热回收方案比较基本原则1）回收效率尽可能高；

2）回收成本尽可能低，或投资回收期尽可能短；

3）适应负荷变化的能力强。第143页/共181页各种余热回收利用的基本方式

第144页/共181页3.5强化传热节能技术总传热方程：Q=KAΔtm强化传热优点：

(1)余热的回收过程，减小Δt，可获得更多的余

热（节能）（2）可使设备的佣效率提高；（提高能品位）（3）节省金属材料。（节材）影响管壳式换热器换热性能的主要因素有：管子的形状；表面性质；工质的物性；流体的流动状况第145页/共181页1、内翅片管

内翅片管是1971年首先由A.E.伯格利斯等提出来用来强化管内单向流体的传热的。这以后T.C.长内沃斯（Carnavos）进一步对不同的内翅数，翅片高度，翅片螺旋角度及不同管径的内翅管进行系统的性能测试，并和相同内径的光滑管作了对比，强化传热效果显著。第146页/共181页1、内翅片管-主要用途（1）

高翅片内翅管可较多增加传热面积，用于强化层流或过渡流传热低翅片；（2）

内翅管可增加一些传热面积，同时也可破坏壁面附近传热层流底层，多用于湍流传热；（3）

扭带加管内低翅可更有效强化高粘度流体传热；（4）

多通道铝芯翅片管主要勇于氟利昂冷冻机的蒸发器，管子为铜制，管内芯子为铝制，铝芯的作用是使氟利昂在管道内分布更均匀，同时也使管外的热量通过芯子均匀的传给氟利昂。第147页/共181页2、螺旋槽管

第148页/共181页2、螺旋槽管-简介

螺旋槽管（SPlraltube），简称S管是最早被开发研究和应用于生产的一种优良的强化传热管件，对管内单相流体的换热过程有着显著的强化作用。研究及使用结果表明，螺旋槽管加工制造简单，传热性能好，适用面广。浅螺旋槽管阻力增加不多，节能效果显著，因而被认为是一种高效传热、易于推广的节能元件。

第149页/共181页2、螺旋槽管-主要参数及拟合公式

根据扎制时的螺纹头数可分为单头和多头两种，目前管的螺纹头数最多可达30头，管参数主要有管子直径Di，槽距p，槽深h，槽与管轴线夹角β

，槽的头数等。第150页/共181页①靠近壁面的部分流体受螺旋的引导而顺槽旋转，而流体主体仍沿管的轴向运动，两股流体之间的剪切力有利于减薄层流底层；②流体经螺旋形的凹陷或凸起时，产生周期性的团块扰动，使层流底层与流动主体之间有直接的物质交换，从而加快了热量的传递。③如果管外为冷凝过程，螺旋槽成为排泄冷凝液的通道，可使凹槽两边的冷凝液膜减薄，从而减少热阻，提高冷凝给热系数。2、螺旋槽管-强化机理第151页/共181页2、螺旋槽管

-优点

和光管相比，在相同泵功、换热面积条件下，螺旋槽管的换热量增加可达到40％以上；在相同换热面积和换热量条件下，螺旋槽管的泵功可减少63％－73％；在相同换热量和泵功下，螺旋槽管的换热面积可减少30％－37％。为了找出螺旋槽管最佳的结构参数和应用范围，国内外近年来作了大量的实验研究和理论分析工作，认为采用小槽距、浅槽深、大夹角的单头螺旋管较为有利。第152页/共181页2、螺旋槽管-应用

上海溶剂厂与华南理工大学合作将单头螺旋槽管用于甲醛反应气余热锅炉内，采用不锈钢管，P=7毫米、H＝0.8毫米，槽纹曲率半径R=3毫米。当Re=2250时，管内给热系数为光滑管的1.5倍，阻力为3倍，与原用急冷管相比，节约了0.8吨不锈钢材，较好的解决了高温气体的急冷问题，回收的热量除供自用外，每生产一吨甲醛还可向外提供近300公斤蒸汽。

第153页/共181页3、纵槽管第154页/共181页3、纵槽管-简介

这种管是由R格雷戈里克提出来的，近年得到了广泛的应用。纵槽管能够强化冷凝传热的原因主要是利用了冷凝液的表面张力。在表面张力的推动下冷凝液由槽顶推至槽底，然后籍重力顺槽排走，而槽峰及其附近的液膜很薄。对垂直管而言，从上至下都是如此，使整根管的热阻从上到下都显著降低。其次，表面开槽后使管子传热表面积也增加70%左右，这个因素也归并在热系数里。强化机理：①利用冷凝液的表面张力，把冷凝液推至槽底，籍重力排向管底，使得槽峰处及附近区域的液膜减薄；②增大了传热面积（约70%）失效情况：

若Q太大，冷凝液过多，管表面被完全覆盖则失效第155页/共181页3、纵槽管-应用（1）立式换热器（2）管外冷凝（3）发电厂第156页/共181页4、横纹管

第157页/共181页4、横纹管-简介

横纹管是在管壁上滚轧出与管轴线成90o角的横纹，从而在管内壁上形成一圈突起的横向圆环而得名。横纹管得强化传热作用是：流体通过圆环时，在管壁上形成轴向的漩涡，这种漩涡增加了流体边界的扰动。有利于热量通过边界层向流体主体的传递。当漩涡快要消失