壳管式汽—水换热器

图1(c)所示为U形管式汽-水换热器，其结构是将管子弯成U形，再将两端固定在同一管板上。由于每根管子均可自由伸缩，解决了热膨胀问题，且管束可以从壳体中整体抽出进行管间清洗。缺点是管内污垢无法机械清洗，管板上布置的管子数目少，使单位容量和单位质量的传热量少。多用于换热温差较大，管内流体不易结垢的场合。

图1(d)所示为浮头式汽-水换热器。为解决热应力问题，可将固体板的一端不与外壳相连，不相连的一头称为浮头，浮头通常封闭在壳体内，可以自由膨胀。浮头式汽-水换热器除补偿好外，还可以将管束从壳体中整个拔出，便于清洗。

如图1《壳管式汽一水换热器》（1-外壳；2-管束；3-固定管栅板；4-前水室；5-后水室；6-膨胀节；7-浮头；8-挡板；9-蒸汽入口；10-凝水出口；11-汽侧排汽管；12-被加热水出口；13-被加热水入口；14-水侧排汽管）(a)所示。壳管式汽-水换热器主要包括以下几个部分：带有蒸汽出口连接短管的圆形外壳，由小直径管子组成的管束，固定管束的管栅板，带有被加热水进出口连接短管的前水室及后水室。蒸汽在管束外表面流过，被加热水在管束的小管内流过，通过管束的壁面进行热交换。管束通常采用铜管、黄铜管，导热性能好，耐腐蚀，但造价高。一般超过140℃的高温热水加热器最好采用钢管。

为了强化传热，通常在前水室、后水室中间加隔板，使水由单流程变成多流程，流程通常取偶数，这样进出水口在同一侧，便于管道布置。固定管板式汽一水换热器结构简单，造价低。但蒸汽和被加热水之间温差较大时，由于管壳、管子膨胀性不同，热应力大，会引起管子弯曲或造成管束与管板、管板与管壳之间开裂，导致管束泄漏；此外，管间污垢较难清理，可能发生堵塞。这种型式的水换热器只适用于温差较小、压力较低、结垢不严重的场合。为解决外壳和管束热膨胀不一致的缺点，常需在壳体中部加波形膨胀节，以达到补偿的目的，图1(b)所示为带膨胀节的壳管式汽一水换热器。

此外，换热器的换热管采用波节管或螺纹管。波节管或螺纹管都是高效传热元件，由它制成的换热器，在流体流速不高、流体阻力不大的情况下改变流体的流动状态形成强烈的湍流，大大提高了管内外放热系数；尤其在汽水换热时，冷凝水沿槽沟流下从而降低了换热管外侧水膜的厚度，这同样提高了管内外放热系数。使得换热器的总传热系数大大提高。经测试，汽一水换热时总传热系数可达到：4500～6000W/(m·℃)。总传热系数高，单位体积传热面积大，因此占地面积大大减小。

由于采用波节管或螺纹管，改变了流体的流动状态，使得流体对管壁有较强的冲刷作用；换热管束产生低频颤动，破坏了污垢沉积的条件，阻止水垢形成，具有自动除垢、防垢的功能。因此换热管不易结垢，热网加热器能够保持长期高效率运行。换热管的波节或螺纹类似膨胀节，有热应力的补偿能力，可以在受热膨胀时消除由于管壳和管子程受不同的温度影响而产生的热胀力，从而避免了加热器的热应力破坏，不易泄漏。

(1)固定管板式汽一水换热器。如图1(a)（1-外壳；2-管束；3-固定管栅板；4-前水室；5-后水室；6-膨胀节；7-浮头；8-挡板；9-蒸汽入口；10-凝水出口；11-汽侧排汽管；12-被加热水出口；13-被加热水入口；14-水侧排汽管）所示。壳管式汽一水换热器主要包括以下几个部分：带有蒸汽出口连接短管的圆形外壳，由小直径管子组成的管束，固定管束的管栅板，带有被加热水进出口连接短管的前水室及后水室。蒸汽在管束外表面流过，被加热水在管束的小管内流过，通过管束的壁面进行热交换。管束通常采用铜管、黄铜管，导热性能好，耐腐蚀，但造价高。一般超过140℃的高温热水加热器最好采用钢管。为了强化传热，通常在前水室、后水室中间加隔板，使水由单流程变成多流程，流程通常取偶数，这样进出水口在同一侧，便于管道布置。

固定管板式汽-水换热器结构简单，造价低。但蒸汽和被加热水之间温差较大时，由于管壳、管子膨胀性不同，热应力大，会引起管子弯曲或造成管束与管板、管板与管壳之间开裂，导致管束泄漏；此外，管间污垢较难清理，可能发生堵塞。这种型式的汽水换热器只适用于温差较小、压力较低、结垢不严重的场合。

为解决外壳和管束热膨胀不一致的缺点，常需在壳体中部加波形膨胀节，以达到热补偿的目的，图1(b)所示为带膨胀节的壳管式汽-水换热器。

此外，换热器的换热管采用波节管或螺纹管。波节管或螺纹管都是高效传热元件，由它制成的换热器，在流体流速不高、流体阻力不大的情况下改变流体的流动状态形成强烈的湍流，大大提高了管内外放热系数；尤其在汽水换热时，冷凝水沿槽沟流下从而降低了换热管外侧水膜的厚度，这同样提高了管内外放热系数。使得换热器的总传热系数大大提高。经测试，汽一水换热时总传热系数可达到：4500～6000W/(m·℃)。总传热系数高，单位体积传热面积大，因此占地面积大大减小。

由于采用波节管或螺纹管，改变了流体的流动状态，使得流体对管壁有较强的冲刷作用；换热管束产生低频颤动，破坏了污垢沉积的条件，阻止水垢形成，具有自动除垢、防垢的功能。因此换热管不易结垢，热网加热器能够保持长期高效率运行。换热管的波节或螺纹类似膨胀节，有热应力的补偿能力，可以在受热膨胀时消除由于管壳和管子程受不同的温度影响而产生的热胀力，从而避免了加热器的热应力破坏，不易泄漏。

(2)图1(c)所示为U形管式汽-水换热器，其结构是将管子弯成U形，再将两端固定在同一管板上。由于每根管子均可自由伸缩，解决了热膨胀问题，且管束可以从壳体中整体抽出进行管间清洗。缺点是管内污垢无法机械清洗，管板上布置的管子数目少，使单位容量和单位质量的传热量少。多用于换热温差较大，管内流体不易结垢的场合。

(3)图1(d)所示为浮头式汽-水换热器。为解决热应力问题，可将固体板的一端不与外壳相连，不相连的一头称为浮头，浮头通常封闭在壳体内，可以自由膨胀。浮头式汽-水换热器除补偿好外，还可以将管束从壳体中整个拔出，便于清洗。

图1（1-外壳；2-喷嘴；3-泄水栓；4-网盖；5-填料水）为喷射式汽-水换热器。喷射式汽-水换热器可以减少蒸汽直接通入水中产生的振动和噪声。蒸汽通过喷管壁上的倾斜小孔射出，形成许多蒸汽细流，并和水迅速均匀地混合。在混合过程中，蒸汽多余的势能和动能用来引射水做功，从而消耗了产生振动和噪声的那部分能量。蒸汽与水正常混合时，要求蒸汽压力至少应比换热器入口水压高0.1MPa以上。喷射式汽一水换热器体积小，制造简单，安装方便，调节灵敏，换热温差大，运行平稳。但换热量不大，一般只用在热水供应和小型热水供暖系统上。用于供暖系统时，多安装在循环水泵的出水侧。

喷射式换热器按照驱动介质不同分为射水带汽式和射汽带水式两种。 射水带汽式是指谁通过喷嘴射流，蒸汽作为被引射流体；射汽带水式是指蒸汽通过喷嘴射流，水作为被引射流体。在热水供暖系统中采用射水带汽喷射式换热器可以代替表面式换热器，利用水的引射作用与蒸汽直接混合，热能利用率相对较高，但换热器出口不具有升压作用。而射汽带水喷射式换热器具有升压作用，不仅可以代替表面式汽水换热器，还可以代替循环水泵，起到节煤、节电、节省设备投资等作用。