高效热交换器与传统换热器相比：① 可以获得更小的端部温差：换热器的最小传热温 差决定了物流间换热必须保证一定温差，温差太小推动力太小，要消耗过大的换热面积。高 效换热器可以具有更小的最小传热温差，可以回收更多热量。② 传热效率高，减小换热面 积。③ 重量轻，节约钢材。④ 结构紧凑，节约占地空间。⑤ 压降低，减小操作费用（动 力消耗） 。⑥ 降低冷热公用工程能源消耗，减小操作费用[11-13]。 4 先进可清洗栅板式组合节能换热器及其工业应用 传统的板式换热器最大的缺点就是清洗困难。 余热高效回收及综合利用技术的关键问题 是采热时遇到的换热器传热面积的污染，即传热面积的污损和结垢问题[7-10]。由于栅板式换 热器的每个栅板换热器都是独立的单元，其表面为二维平面，相对于盘管或圆管换热器，易 于实施清洗工作。两板片间为热工质流动的空间，由于热工质在板外侧，传热过程中形成的 污垢是片状的，这种片状污垢强度较差，受加热板板片振动、热胀冷缩等因素影响极易碎裂 而自行脱落。可用于钢铁，石油、能源、制冷，造纸，食品等工业领域。 先进可清洗组合栅板式换热器[14,15]是一高端节能技术创新成果,设计体积小的组合式栅 板换热器， 以适应高耗能行业不同节能工艺和场地的需求。 耐污垢可清洗组合式栅板换热器 可以使换热器传热能力增加 10％-20％， 壳程阻力下降 50-70%， 将大幅度提高换热器的节能 潜力，实现节能 25-35%[16-19]。 其特点主要有： （1）多组板竖立组成栅板状换热器，形成竖立的栅板。栅板式换热器专 利技术应用于烟气余热换热系统,将栅板式换热器和吹灰除尘设备合二为一，实现换热器和 除尘结构一体化，以实现板式换热器始终保持较高的换热效率。 （2）实现栅板式换热器传热 表面温度的控制， 对腐蚀性烟气的酸腐蚀可有针对性的采取控制措施， 从而延长换热器使用 寿命，提高烟气余热的利用程度。 （3）建立具有较高精度和良好动态特性的分阶段取热的烟 气余热换热系统的控制系统。 （4）实现栅板式换热器两传热介质流道截面积比、换热面积比 在一定范围内可任意调节。 （5）实现系统分阶段梯级取热:根据烧结炉的工艺特性，取出相 应温度的热量，获得不同温度梯度的水蒸汽，不同梯度的水蒸气分别应用于冬天余热发电、 供热供暖；夏天直接制冷和余热发电。 目前栅板组合式耐污垢可清洗换热器主要由国外进口，价格和交货期都受限制，有了自 主产权的技术，就可以摆脱国外制造商的限制。该项目研究工作，对工业生产及装备高效节 能有重要作用，对工业过程节能具有重要的经济和社会意义，市场前景广阔。 4.1 海水淡化降膜蒸发 外流自由降膜栅板式组合蒸发器[20]已有四代产品的专利。核心元件-板式换热元件的技 术特征：换热元件是由两单片 2B 面不锈钢薄板组合后一次鼓压成型的，具有平整度高、表 面光洁、凹凸间距均匀，整板流线型等特点。换热元件的材质根据介质确定，通常采用的材 质有 304、304L、316、316L、000Cr30Mo2、Ti、蒙乃尔等。换热元件的规格根据板式降膜 蒸发器的面积大小及被浓缩介质的特性来确定。

　　朱冬生 ，郭新超 (1.华东理工大学机械与动力工程学院 承压系统与安全教育部重点实验室，上海 200237 2.华南理工大学化学与化工学院 传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州 510640）

　　摘要：先进换热装备的制造及高效节能设计是实现低碳经济技术发展的前沿科技，也是国家节能减排 的重大需求。本文介绍一高端节能技术创新成果--激光焊接内高压膨胀（无模具）快速成型高效节能换热 器制造技术，可实现耐污垢可清洗组合栅板式换热器快速成型制造；通过高效节能技术设计成体积小的组 合式栅板换热器，以适应行业不同节能工艺和场地的需求。 耐污垢可清洗组合式栅板换热器可以使换热器传热能力增加 10％-20％，壳程阻力下降 50-70%，实现 节能 25-35%。 关键词：先进换热设备、组合式栅板换热器、节能、激光焊接

　　1.前言 我国把制造业列为了我国工业化的支柱产业， 并作为国家发展战略目标。 先进换热装备 的制造及高效节能设计瞄准低碳经济技术发展的前沿， 结合国家节能减排的重大需求， 从提 高设计、制造和集成能力入手，研究先进制造的关键技术、换热装备的制造，以高效设计低 碳运行为指导思想[1]。以推进换热器制造业信开云 开云体育息化、自动化，发展节能、降耗、环保、高效 换热装备制造业， 用高新技术和先进适用技术改造制造业， 整体提升我国先进制造技术的研 发水平和自主创新能力为主要目标。 2.先进可清洗组合栅板式节能换热器的快速制造技术 快速成型制造技术[2,3]是集 CAD 技术、数控技术、激光加工、新材料科学、机械电子工 程等多学科、多技术为一体的新技术。传统的换热设备制造过程往往需要车、钳、铣、磨等 多种机加工设备和各种夹具、刀具、模具，制造成本高，周期长，而快速成型技术的出现,

　　开辟了不使用刀具、 模具等传统工具高效换热设备的快速制造技术， 就是根据换热设备的三 维模型数据，迅速而精确地制造出该设备。它是在 20 世纪 80 年代后期发展起来的，被认为 是最近 20 年来制造领域的一次重大突破，是目前先进制造领域研究的热点之一。 高效换热设备的快速成型制造技术可以自动、 快捷地将设计思想物化为具有一定结构和 功能的原型产品,从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能实验,有效地缩短了产品的 研制周期。 激光缝焊技术是换热器制造业中最具潜力的加工技术。 快速成型制造技术利用激 光焊接技术生产的高效换热器可以减轻换热设备整体重量，提高换热设备板片的结构精度, 缩减冲压设备。通过使用激光缝焊技术,将材料的强度、厚度得到合理组合,使结构的刚度得 到大大改善。 结构的抗腐蚀性能也得到提高。 使用缝焊技术更加重要的作用便是通过厚度与 强度的组合, 大大提高了换热器板片的耐压能力。 与传统点焊工艺相比,使用激光缝焊板的板 组式换热器尺寸和形状精度也大大提高， 从而使换热设备精度得到改善。 利用激光焊接技术 [4] 生产的缝焊板的优势主要体现在以下几方面 ： (1) 对整体换热设备重量的减轻。使用激光缝焊板,消除了使用多余加强件的需要,从而带来 整体换热设备重量的降低。 (2) 减少换热设备零部件的数量，提高换热设备板片的结构精度。 (3) 材料利用率提高，节省材料。通过在落料工序中采用排料技术,将各种各样的钢板得到合 理组合从而大大降低材料工程废料率。 (4) 结构功能得到大大提高。 通过使用激光缝焊技术,由Kaiyun App下载 全站于将材料的强度、 厚度得到合理组合, 使结构的刚度得到大大改善。 (5) 为生产大型换热器提供可能。 由于受钢厂轧机宽度的限制,钢厂提供的板宽是有一定限度 的,而随着节能设备工业的发展,换热器对宽板的需求却日趋紧迫,采用激光缝焊不失为一种 有效而经济的工艺方法。 与传统模具成形相比，换热设备快速制造技术具有如下技术特点[4,5]： (1)实现无模成形。通过对各基本体行程的控制来构造出各种不同的成形曲面，可以部分取 代传统的整体模具，节约模具材料及设计和制造费用，缩短产品生产周期，降低生产成本， 提高产品的竞争力。 (2)优化传热流体流动路径。根据栅板换热器内腔相变与非相变传热设计栅板，控制变形曲 面，随意改变板腔内流体流动路径和相变状态，提高传热表面缝焊点线的连续性，实现低压 降，高传热开云 开云体育流体流动。 (3)小设备成形大型件。采用分段多点成形新技术，可以连续逐次成形超过设备工作台尺寸 数倍或数十倍的大型工件。 (4)易于实现自动化。曲面造型、工艺计算、压力机控制、工件测试等整个过程都可以采用 计算机技术，实现 CAD/CAM/CAT 一体化生产，工作效率高，劳动强度小，极大地改善劳 动者作业环境。 中国高耗能工业行业内部的生产过程及能源利用方式上均存在较大的差异,从而使得这 些工业行业各自的节能场地和节能设备运行不尽相同。基于此,研究中国高耗能工业换热设 备节能理论,采用快速制造技术开发适应高耗能工业不同节能特征的换热设备,对于更好地把 握高耗能工业行业节能技术特征,提高工业部门换热设备效率,促进节能减排目标的实现具有 重要的现实意义。 3 先进换热装备的高效节能设计 据统计，我国石油、石化、冶金、电力等四大行业在役换热器 56 余万台，按目前换热 器的效率水平提高 10%，年节约 9596 万吨标准煤，换热器效率水平仅达到 70～80%，仅接 近中等发达国家水平。 《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中将能源、制造业领域工业 节能、流程工业的绿色化、自动化及装备等列为优先主题之一。换热器作为合理利用与节约 能源的关键设备，对上述领域Kaiyun App下载 全站工业装置的、钢材消耗以及动力消耗有着重要的影响。提 高换热器性能对实现整个装置的能效利用有着重要的作用[6]。 目前国内没有符合我国换热设备的国家标准体系的工艺设计计算规范标准与软件， 国外 现有软件在语言、 行业标开云 开云体育准等诸多方面与我国换热设备国家标准体系存在差异， 且国外软件 的界面、功能并不是很好，价格也非常昂贵。所以开发出具有自主知识产权的有中国特色的 传热工艺计算软件所产生的经济与社会效应都将会是空前巨大的[7]。