板式换热器实现低端传热温差3℃和高温水温降70℃的方案的可行性论述

1 魏巍 2 李冰

1 睿能太宇（沈阳）能源技术有限公司 2 鞍钢股份炼铁总厂

摘要：目前，换热领域中，板式换热器因结构节凑，占地面积小，性价比高等优势，深受广大供暖公司的青睐，并多数作为于二级加压泵站的换热元件使用。但随着经济技术的发展，目前大型电厂项目，也同时要求使用板式换热器应用于首级换热。但首级换热，因设备承压高，介质温度差大，对数平均温差小等原因，使可拆式板式换热器的使用受到的限制，现在我们分析一下如何使首级换热的板式换热器能更好的为首站服务。

关键词：板式换热器，小温差换热，大温降，论述

在海拉尔电厂首站项目中，高温、高压热源因品质高，设备运行要求高，因此设备运行维护成本就会大大增加，为了降低设备运行成本，减轻企业经济负担，故此不会直接将这种高品质能源输送到集中供暖管网中，则需要在一次网换热中，增加一级换热，将这种高品质能源的热量转换成低品质能源，这样设备整体的运行维护风险将会大大降低。

一，小温差下的换热：

首先，什么是小温差换热？就是指对数平均温差小的换热工况。通常情况下，换热器的换热效果和换热效率与换热两侧的温差有很大的关系。

我们通过热能转换公式Q=kF△T可以了解到：

Q=热量kW

k=换热系数W/m²*K

F=换热面积㎡

△Tm=对数平均温差^oC（LTDM），

公 式如下：

如果: △T₁/△T₂＜2时，则对数平均温差计算公式为:

如果说对数平均温差对换热效率、换热面积的影响是最大话，那么最直接的表现就是换热器换热面积大，换热器板片数量多，板式换热器成本就高了。我们通过一个热力工况的计算来对比一下（详见以下表格）：

参数	热负荷	一次供水温度	一次回水温度	二次供水温度	二次回水温度	对数平均温差	传热系数	换热面积
单位	kw	℃	℃	℃	℃	℃	W/(m2·°C)	㎡
序号1	70000	130	50	120	40	10	6929	1624.4
序号2	70000	120	50	100	40	16.37	5871	728

从上表格中可以看出，对数平均温差对换热系数和换热面积的影响都比较大，所以小的对数平均温差对换热器的要求是比较高的。换热器行业多数以最小换热对数温差来判断厂家的技术实力，但却有很少厂家能做到1^oC对数平均温差的换热。如果设计参数要求是这样的换热温度，现在大多数换热器厂家通常是通过如下方法来达到小的对数温差换热：

1，增加换热器的热长度值，也就是增加换热流道的长度。这主要是通过增加换热器长宽比来实现的。通常是选择比较高的换热器；

2，减小换热流道的间距，这样也能相对增加换热流道的热长度；

3，使用换热能力强的“硬板”，来增强换热；

4、采用多流程换热器，来增加换热器的热长度，实现换热要求；

从换热原来以及热力学热量公式来看，在热负荷一定的情况下，对数平均温差越大，换热越容易，板式换热器面积就越小，反之，对数平均温差越小，换热越艰难，板式换热器面积就越大，随之需要板式换热器换热能力就要越强。针对这样的设计工况，板式换热器需要选择长宽比大的换热器，例如，长宽比在2.2-2.8之间。为了增强换热能力还会选择换热器槽深在小于等于2.5mm的浅槽换热器。只有这样才能实现小温差换热的需求。

二，热源侧最大温差的实现：

我们知道，热源厂是通过供热管道来输配能量。所以热力输配的能力就代表了其的能力。

那么换热能力是如何表现的呢？我们用下边的公式来计算一下：

Q= C₁*M₁*△T₁= C₂*M₂*△T₂

Q=换热量，kW；

C₁=一次侧流体比热容(KJ/Kg·K) ；C₂=二次侧流体比热容(KJ/Kg·K)；

M₁=一次侧流体流量t/h； M₂=二次侧流体流量t/h

△T₁=一次流体同侧温差℃， △T₂=一次流体同侧温差℃

参数	热负荷	一次供水温度	一次回水温度	二次供水温度	二次回水温度	一次侧温降	二次侧温降	一次流量	二次流量	比热容
单位	kw	℃	℃	℃	℃	㎡	㎡	t/h	t/h	KJ/Kg·K
序号1	40698	130	60	120	50	70	70	500	500	4.2
序号2	34884	120	60	100	40	60	60	500	500	4.2

通过公式计算，我们知道在相同流量输配的情况下，温差越大，输配的热量就越大。所以热源侧大温差小流量运行方式成为热力公司运行经济效益的标竿。这样做既能降低设备运行危险系数，还能节约设备初投资成本，更能减少设备运行维护费用。

目前，大型热电联产公司设计工况通常在50^oC到60^oC温差下运行，而实际运行工况通常只达到30^oC左右。而海拉尔热电厂要求达到70^oC，是目前国内热力行业要求最高的。

那么如何实现这样大温差的运行条件？国外在控制热源侧温差的主要方法是通过控制系统及换热器的流程来解决这个问题：

1，通过控制系统监控热源侧的回水温度，干预热量的使用，从而达到控制热源侧温差的目的。通常的做法是当热源侧回水温度高于设定值时，控制器超越气候补偿的PID调节，直接控制电动调节阀的开度，达到控制回水水温的目的。

2，增加热源侧的使用。通常的做法是增加二次换热和复合换热。前者是增加预热段换热器，对已经通过主换热器的热源侧回水进行二次换热，一方面可以进一步降低热源侧的回水温度，一方面可以预热用户侧的回水温度，增加热利用率。后者是将换热器的一次侧改为双流程，通过增加热源侧的换热时间和换热流程，来达到有效降低热源侧回水温度的目的。

往往使用换热器复合流程的方法是最有效率比的一种方式。它能充分利用板式换热器的特点和优势，当然，它的缺点是设计比较复杂，一般需要换热器生产厂家具备比较专业的换热器选型软件，才能进行有效的设计，所以大多是厂家是不推荐这种使用方法。

那么上述办法，并不适用现在国内高速发展的要求，这就要求我们在选择换热器时，要充分考虑现场实际运行条件，选择大厂家换热器。正规换热器厂家拥有自己的设计团队与板式换热器研发中心。电厂首站换热器既要小温差换热，还要大温降换热，从参数计算角度来看，就需要换热器的长宽比大，换热热长度高的的换热器，只有这样才能满足设计要求。

结束语：

总之，板式换热器要想在高温高压，并且对数平均温差小、温降大的条件下运行，就要根据实际运行工况选择适合不利工况的换热器。当然我们也不能一味追求高换热性能，设备运行的稳定性也是换热器设计考核内容之一。板式换热器的选择也要按着国家标准来设计。当今现状，电厂首站换热器应用越来越广，追求高性价比的用户也是越来越多，因此要求我们在设计换热器时，要充分考虑各种不利因素，使板式换热器在热电联产首站的应用价值得以完美发挥出来。

参考文献：

1、NB/T47004-2009板式热交换器；

2、钱颂文，《换热器设计手册》，化工工业出版社

3、GB151-1999管壳式换热器