换热器是两种温度不同的流体进行传热的设备。

在换热器里，热量由一种流体传给另一种流体，使热流体被冷却，冷流体被加热，所以换热器是实现加热或冷却过程的一种设备。例如，火力发电厂中的过热器、省煤器、空气预热器、回热加热器、除氧器、冷水塔等都属于换热器。换热器的种类很多，常按工作原理、流动形式分类。

（一）按工作原理分

1.间壁式换热器

间壁式换热器应用较广。它的特点是冷热两种流体被壁面隔开，在换热过程中两种流体互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。发电厂中的换热设备大多是这种间壁式的换热器。例如，过热器、再热器、管式空气预热器、省煤器、表面式回热加热器以及凝汽器等。

间壁式换热器按结构又可分为4种形式。

（1）管壳式换热器。管壳式换热器是间壁式换热器的一种主要形式，应用极为广泛。电厂中的凝汽器、冷油器都属于此种类型。管壳式换热器由管束和管壳两部分组成。比较简单管壳式换热器的结构示意如图1-33所示。在这种换热器中，一种流体在管内流动（流动路程称为管程）；一种流体在管壳内的管束间流动（流动路程称为壳程）。管程流体和壳程流体通过管壁交换热量。在这种换热器中常设置有折流板。由于折流板的作用，壳程流体横向冲刷管束并提高了管间流体流动速度，从而改善了壳程的传热效果。管壳式换热器根据管程和壳程的多少，有不同的结构形式。如单壳程，是指管外流体为单流程。1-2型是管内流体双流程，2-4型是指双壳程，4管程。

图1-33　简单的管壳式换热器示意图

（2）套管式换热器。这种换热器由两根同心圆管组成，一种流体在内管内流动，一种流体在内外管间的环形通道中（见图1-34）流动，是一种最简单的换热器。由于传热系数较小，目前这种换热器只作为高压流体的热交换器。

图1-34　套管式换热器示意图

图1-35　肋管式换热器示意图

（3）肋管式换热器。这种换热器在管外加有肋片，管外热阻减小，传热得到强化。图1-35是这种换热器的示意图。

（4）板式换热器，如图1-36所示。

2.回热式换热器

回热式换热器多用于气体介质之间的换热。在这种换热器内，冷、热流体交替地与固体壁接触，使固体壁周期地吸热和放热，从而将热流体的热量传给冷流体。回热式换热设备的优点是结构紧凑，节省金属材料。如锅炉中的回转式空气预热器，如图1-37所示。(www.daowen.com)

图1-36　板式换热器示意图

图1-37　受热面回转式空气预热器示意图

3.混合式换热器

在混合式换热器中，热流体与冷流体依靠直接接触、互相混合的方式来进行热量的交换，在热量传递的同时伴随着质量的交换和混合。所以它具有传热速度快、效率高、设备简单等优点。发电厂中的除氧器、冷却水塔、喷水减温器等都属于这种类型。

（二）按流动形式分

间壁式换热器按流体流动方式又分为顺流式、逆流式、交叉流式和混合式4种。冷、热流体平行流动且方向相同时称为顺流，如图1-38（a）所示；冷、热流体平行流动但方向相反时称为逆流，如图1-38（b）所示；当冷、热流体的流动方向相互垂直时称为交叉流，如图1-38（d）所示。以上是基本流动方式，有些换热器可以是几种基本流动方式的组合称为混合流，如图1-38（c）、（e）、（f）所示。若冷、热流体交叉次数超过四次，则按总的流动方向称为顺流式或逆流式。

与顺流式相比，逆流式换热器的优点是：

（1）在进出口温度相同的条件下，逆流式平均温差比顺流大。当换热面积相同时，采用逆流式可传递较多的热流量；若要传递相同的热流量，逆流式换热器可用较小的换热面积，从而节约了金属消耗量，减轻了设备的重量。

（2）采用逆流式可以把冷流体加热到较高的温度，或者说，可以把热流体冷却到较低的温度。这是因为顺流时，冷、热流体的出口集中在同一端，冷流体出口温度受到热流体出口温度限制的缘故。逆流时由于冷、热流体的出口分别在两端，所以不受这个限制，如图1-39所示。

逆流式的缺点是冷、热流体的高温端集中在同一端，当流体温度较高时，这一端材料因承受高温从而影响安全运行。

图1-38　流体在换热器中的流动方式

（a）顺流；（b）逆流；（c）平行流；（d）一次交叉流；（e）顺流式交叉流；（f）逆流式交叉流；（g）混合式交叉流

图1-39　顺流和逆流式流体温度的沿程变化

一般情况下，换热器多采用逆流式，但当流体温度很高时，需要考虑采用顺流式，例如锅炉的过热器。