旋轉式熱交換器

旋轉式熱交換器（別稱旋轉式換熱器）就是應時的一種高效熱交換器。靜止熱管換熱器與普通換熱器相比，在熱能回收中具有較高的傳熱性能與效率。而旋轉式熱管換熱器由於熱管管束的旋轉，傳熱效率比靜止的熱管換熱器高2- 3倍，容易處理氣流中的粉塵，有可能對含塵廢氣進行連續穩定操作。簡介旋轉式熱管換熱器的結構、性能、套用實例，並對我國套用旋轉式熱管換熱器的幾個問題進行了討論。

基本介紹

• 中文名：旋轉式熱交換器
• 外文名：Rotary heat exchanger
• 別稱：旋轉式換熱器
• 類型：高效換熱元件
• 領域：能源
• 學科：熱力學

簡介

在當前和今後相當長的時期內，節約能源是一個甚為重要的問題。提高廢氣中熱量回收效率也是節能手段之一，特別從中低溫(350℃以下)含塵廢氣中回收低品位的熱量，經濟上合理，但是要有高效的熱交換設備。
旋轉式熱管換熱器就是應時的一種高效熱交換器。靜止熱管換熱器與普通換熱器相比，在熱能回收中具有較高的傳熱性能與效率。而旋轉式熱管換熱器由於熱管管束的旋轉，傳熱效率比靜止的熱管換熱器高2- 3倍，容易處理氣流中的粉塵，有可能對含塵廢氣進行連續穩定操作。

旋轉式熱管換熱器的結構

種類

旋轉式熱管換熱器的種類，按用途有如下二類;
(1)氣一氣型
用冷空氣回收廢氣中的熱量，獲得熱空氣。
(2)氣一蒸汽型
在熱管一端噴淋水或低沸點有機溶媒，製成燕汽，作為熱源或透平發電機的動力。
氣一氣型的一類按其旋轉軸的位置分為水平型和垂直型二種。

結構

熱管以環狀形式配置在圓形管板上，管板連線驅動轉軸，使換熱器旋轉，廢熱側和回收側的流體借管板分隔在各自的筒內形成流路，不致混合。圖中所示為並流式熱交換，熱的廢氣和冷的空氣各自流入熱管管束的中心，向管束周圍流出，此種設計，氣流壓降較小，如果反之，流體從管束四周流向中心，壓降增加，一般均採用並流換熱。

結構圖

熱管穿過旋轉的內筒，熱管的中心軸與旋轉軸相互垂直，近旋轉軸的一端為凝縮段，另一端為燕發段，當旋轉時，熱管的軸向發生離心力，使熱管內凝縮的工作介質回流到燕發段，熱管內壁沒有吸液芯是光滑的，有利輸送大量熱量。內筒的轉數為100〔轉/分〕。
熱管廢熱側的翅片製成特殊形狀，在離心力作用下，容易將附著的油和灰甩掉。
熱管也以環狀形式配置在圓形管板上，而回收側是由耐壓結構的圓筒蒸汽室組成。如向回收側噴水，產生一定壓力的蒸汽，從驅動軸排出，當然噴射的介質不僅是水，也適用於需濃縮的工藝液體或冷媒，用途甚廣。此外，如在燕汽室導入排放的蒸汽，用作冷凝器，他側就可獲得熱風。

密封問題

氣一氣型結構的廢熱側和回收側的兩流體間的密封面積較大，但多數情況下兩流體間的壓力差比較小，則離心式液體密封辦法相當適宜，表示離心式液體密封的極限密封壓力差與換熱器旋轉數的關係。如以水為液體密封液，壓力差0.5〔米水柱）以下的密封結構簡單，容易實施。
徑向旋轉的另一種氣一氣型換熱器，倘若不允許廢氣和被加熱氣流間的混合，也可套用液體密封措施。
如果允許少量氣體泄漏，可採用接觸式密封機構，此種情況，被加熱的空氣壓力應稍高於廢氣的壓力，防止廢氣混入空氣中。

管外的傳熱性能

旋轉式熱管換熱器的特點是熱管管束旋轉運動，管束和流體間的相對速度較高，相應提高管外的傳熱率。管外傳熱率與管束配置、管束迴轉數以及流體的速度有關，設備的氣流流速與管外傳熱率的關係。管外傳熱率隨管束迴轉數和流速的增加而提高，當管束轉數800〔分^-1），流速處於2~10〔米/秒）標準狀況)下，管外傳熱率與靜止的熱管傳熱率對比，約增高30~50%。流速進一步擴大，迴轉效果對管外傳熱率的影響減弱，因此，管束迴轉數和流速之間有一最佳值。

管內的傳熱性能

熱管內部的工作液體因為熱管的旋轉作用，發生偏流，從而惡化熱管內部的傳熱性能，特別是工作液體的蒸發過程。
熱管旋轉時，管內的徑向呈現溫度差，此徑向溫度差可看作工作液體偏流的影響程度，內壁平滑的熱管引起大的溫度差。

內壁溝槽式的熱管具有大幅度抑制溫度差的特性，另外，熱管的凝縮段不受旋轉的影響，表示熱管內部的給熱係數。
通常熱管換熱器的設計，往往受每根熱管傳熱率的制約，而旋轉的熱管能增加最大熱通量，即使是平滑管壁熱管也能隨著旋轉數的增加而提高，溝槽管壁的熱管增加得越加顯著，給設計帶來一定的靈活性。

熱管表面的淨化

廢氣中塵埃逐漸附著在翅片上，日久後，堵塞翅片間的空隙，傳熱性能必然明顯下降，氣流壓降上升，幾乎陷於無法繼續運轉的地步，針對附著的塵埃性能和數量，可採取不同的淨化辦法。
右圖是金屬熔解爐廢氣的塵埃在熱管表面的附著和脫除情況，是設備回收含有聚合物廢氣的熱量例子，選取空氣沖洗法脫除附著物，很容易恢復傳熱性能，實際使用過程中為了預防傳熱性能下降，務必定期進行沖洗。

噴丸處理的除塵結果

有些塵埃附著力稍大，採用噴細鋼丸的方法淨化傳熱面，除塵效果良好。

套用

從各種乾燥爐、熱處理爐、加熱爐和鍋滬等排出的含塵廢氣中回收熱能，供工廠燃燒用空氣的預熱或回收燕汽。旋轉式熱管換熱器也能當作集塵裝置和溶劑回收裝置的前段冷卻器。

展望

旋轉式熱管換熱器的結構間題不在於旋轉機構，主要在於熱管元件，熱管的內壁清洗、抽真空度、工作液體灌裝、管內惰性氣體含量以及焊接封口等製造技術直接影晌到熱管的使用壽命，為此，熱管的供應單位必需是專業的生產廠家，以保證質量，供長期穩定操作。
旋轉式熱管換熱器的設計，首先要調查廢氣的露點，不能任意降低廢氣出口溫度，否則熱管的外表面處於廢氣的露點之下，廢氣中的三氧化硫與水結合生成高濃度的硫酸，引起嚴重腐蝕。當廢氣中的露點不可能測定時，根據廢氣中水份和三氧化硫的體積百分率含量。有時運轉過程中熱管外表面雖然高於露點，由於頻繁的開停車，也能產生腐蝕，或者在熱管後面的管道上出現結露現象，需選擇適當的管材。
整個旋轉式熱管換熱器裝置應儘量少增加或不增加動力的消耗，換熱器的設計壓降宜小，最理想的境地是充分利用廢氣的余壓，否則就要在增設引風機和加高排氣煙囪之間作出選擇。
熱管使用一段時間後，存在一定量的不凝性氣體，結果是熱管的有效傳熱長度縮短了，削弱了總的軸向傳熱能力。最常見的不凝氣體是空氣和氫氣，前者可能是泄漏進去的，後者可能是工作液體與吸液芯或管材產生化學反應所致。為了維持熱管的傳熱能力，有的研究者在熱管的凝縮端另設貯氣室，供惰性氣體貯存，也有加設一個小閥，作排氣用，對於惰性氣體的產生與否，影響傳熱的程度，國內外尚有爭議的，我國的熱管生產尚未考慮排氣設施，尚待於今後進一步的研究探明。