本项目基于研究团队在高效传热技术领域的理论研究基础和实验数据积累,提供一种设计高效节能换热器(连续螺旋折流板管壳式换热)的软件。连续螺旋推流强化传热技术是本研究团队针对管壳式换热器提出新型技术,曾荣获国家科技发明二等奖,具有传热效率高、能耗低、使用寿命长和低噪声等优点。对标瑞士世界五百强企业ABB公司技术与产品,综合效率提高20%,能耗减少30%,寿命提高6倍;而且使用最广的两款换热设计软件(HTRI和HTFS)无法进行新技术的设计。团队申请了20多项中国和2项美国发明专利,形成本项目的专利池和技术壁垒。
该项目主要基于研究团队提出的来连续螺旋推流强化传热技术设计和优化技术,提高了换热器的效率和使用寿命;同时,由于市场上的高端换热器技术和设计软件被国外公司垄断,该项目能够有效推动高效换热设备的国产化,解决换热设备行业存在一些问题:
1.打破换热器设计软件的国际垄断。目前全球应用最广的两款设计软件是美国的HTRI和英国的HTFS,这两款软件的技术基础均是传统管壳式换热技术。但是本团队提出的新型高效的换技术是一套全新的技术路线,这两款软件均无法进行新型换热器的设计。因此开发基于新型换热技术的软件,能有效地推动高端动力装备行业的国产化,特别是军工装备的国产化。
2.显著提升换热器的换热效率。在压缩机油冷却器,将弓形折流板管壳式换热器由连续螺旋折流板管壳式换热器替代,在基本结构相同的前提下,换热量增加10%左右,壳侧换热系数提高45%左右,同时熵产数减小30%,有效能损失减少68%,大大改进了原有压缩机油冷却器的冷却效果。同时在某空调的水冷机组上也开展相应的测试,经合肥通用机械研究院检测表明,在其他部件不做任何改动的情况下,可使机组能效比(COP)提高6.3%。
3.大幅提升的换热器的使用寿命。新型换热器采用连续螺旋折流板的设计,通过改变换热器的内部结构,能够有效克服传统弓形板换热“流动死区”和污垢沉积的问题;同时还降低了换热器的日常维修频率。大庆油田使用本团队设计的新结构换热器,创造了设备连续运行6年无维修的记录。
换热设备是石化、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业中实现热量传递的核心设备。此外,核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电多晶硅生产等领域都需要大量的专业换热器。2018年全球市场换热器销售额达7800亿元,其中中国市场的销售额1365亿元,预计到2021年我国换热器产业销售规模有望达到1800亿元。目前工业换热器设计软件是由美国的HTRI和英国的HTFS垄断。本项目产品能够有效实现进口替代,填补国内市场空白。
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