先进换热装备的制造及高效节能设计
换热器的设计与优化
换热器的设计与优化换热器是化工、能源、航空航天、冶金、制药等诸多行业中必不可少的关键设备。
其主要功能是将不同物质间的热量进行传递和交换，以达到升温或降温的目的。
对于大多数工业生产过程而言，换热器都是非常重要的组成部分。
因此，换热器的设计和优化对于提高工业生产效率、节约能源和保护环境都有着非常重要的作用。
一、换热器的设计原则1.1 设计目标在设计换热器之前，需要先明确设计目标。
具体来说，需要了解热量传递的要求、流体特性、温度、压力、换热面积、热损失、绝热要求、材料和成本等方面的要求。
只有充分了解这些要求，才能有针对性地进行换热器的设计和优化。
1.2 流体设计和选型换热器的流体设计和选型是非常重要的。
在进行流体设计时，需要充分考虑流体的特性，如流量、密度、粘度、热导率、比热等。
这些特性会直接影响换热器的热量传递效率和性能。
在选型时，需要根据实际需求，选取合适的换热器类型和材料。
1.3 换热面积和流量换热器的面积和流量也是非常重要的设计要素。
在面积方面，需要充分考虑热量传递需要的换热面积。
在流量方面，需要确保流量的稳定性和流速的合理性，以确保换热器的稳定性和效率。
1.4 取决于流体速度的因素在设计换热器时，需要充分考虑流体速度的因素。
比如，在换热管中，过高的流体速度会造成管壁磨损、振动和噪音等问题；而过低的流体速度则会减小换热器的热交换效率，从而增加能源消耗。
二、换热器的优化措施2.1 热扰动控制热扰动是换热过程中常见的问题。
热扰动会影响热量传递的稳定性和效率，从而影响工业生产过程的效率和质量。
为了控制热扰动，可以通过多种手段进行优化，比如增加热储备、改善换热器的结构和材料、调节输入流体温度和流量等。
2.2 流体优化流体优化也是换热器的关键工作之一。
具体来说，可以通过提高流体速度和流速、调节输入流体的物理特性、优化流体的进出口布局等措施进行优化，从而提高热量传递的效率和稳定性。
2.3 换热器结构优化换热器结构的优化也可以提高热量传递效率和稳定性。
换热站工程的设计方案
换热站工程的设计方案一、设计依据换热站是指通过热交换设备，将供热管道中的高温热水或蒸汽与用户用水进行热量交换，使得用户用水的温度得以提高或降低的热媒站。
换热站的设计需要根据供热管网的管道布局、用户热负荷需求以及换热设备的选型等一系列因素进行合理的设计，以确保供热系统的稳定运行和高效能使用。
换热站的设计应参照《建筑供热设计规范》GB50028-2006的要求，结合具体的工程情况，合理选用换热设备、管道布局及控制系统等技术措施，确保换热站的安全、经济、节能、环保和可靠性。
二、设计内容和流程1. 工程概述换热站工程的设计内容主要包括以下几个方面：（1）供热管道设计：根据供热管网的规划布局和用户用热需求，确定供热管道的走向、管径、管道材质等技术参数；（2）换热设备选择：根据供热系统的热负荷特点，合理选择换热设备，确定换热站的规模和装备；（3）控制系统设计：设计换热站的自动控制系统，包括换热设备的启停控制、温度调节、压力监测等功能；（4）安全、环保设计：设计换热站的安全保护措施和环保技术措施，确保换热站的安全、环保性能。
2. 设计流程换热站工程设计的流程主要包括以下几个步骤：（1）项目可行性研究：对供热系统的规划和设计方案进行可行性分析，确定换热站的建设方案；（2）基础数据采集：收集供热系统的管网布局图、用户热负荷数据、换热设备技术参数等基础数据；（3）设计方案比选：根据基础数据，比选不同的设计方案，确定最合理的换热站工程方案；（4）设备选型和布置：根据设计方案确定换热设备的选型和布置方式，设计换热站的平面布置图和剖面图；（5）控制系统设计：设计换热站的控制系统，包括控制逻辑、控制仪表等，确保换热站的自动化控制；（6）安全、环保设计：设计换热站的安全保护措施和环保技术措施，满足国家相关标准和规范的要求；（7）施工图设计：根据设计方案编制换热站工程的施工图，包括设备设施布置图、管道布局图、电气布置图等；（8）技术经济分析：对换热站工程的投资和运行成本进行详细分析，确定工程的投资回报周期和效益。
节能换热器设计方案
节能换热器设计方案
节能换热器的设计方案是为了降低能源消耗，提高能源利用率，通过优化传热方式和减少热损失来实现节能目标。
首先，选择高效传热介质。
传统的换热器常用的传热介质是水和空气，而现代节能换热器可以选择导热性能更好的介质，如液态金属、汞、液氮等，这些介质的导热能力更强，传热效率更高。
其次，采用流程优化措施。
在换热过程中，可以通过合理调整流体的流速、流量和流动路径，以减小传热界面的热阻，提高传热效果。
比如增加流体的流速，使得传热界面更混合，流动更快；或者通过增加换热管的数量和长度，增大传热面积，增加传热效果。
第三，采用高效传热技术。
可以选择更加优化的换热器结构，如板式换热器、壳管换热器等，这些结构能够增大换热面积，提高传热效率。
此外，可以采用增强换热方式，如加装翅片、螺旋纹管等，增加传热界面，提高传热效果。
第四，减少热损失。
在换热器的设计中，要减小热损失，选择较好的材料，减少热量的散失。
比如选择导热性能好的材料，增加换热器的保温性能，减少热量的流失。
此外，可以设置屏障、屏蔽罩等措施，防止热量的漏失，提高换热效率。
第五，采用智能控制技术。
通过采用传感器和自动控制系统，实现换热器的智能化控制，提高其工作效率和能源利用率。
可
以根据实时的工况变化，实时调节流体流速、温度和压力等参数，以实现最佳的传热效果。
综上所述，节能换热器的设计方案主要包括选择高效传热介质、流程优化措施、采用高效传热技术、减少热损失和采用智能控制技术等措施，通过这些方案的综合应用，可以最大限度地提高换热效率，达到节能的目的。
强化传热技术及高效节能设备(华谊交流)
一、换热设备的强化传热技术
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1 换热器的强化传热技术
近20年来，石油、化工等过程工业得到了迅猛发展。 各工业部门都在大力发展大容量、高性能设备，因此要求 提供尺寸小、重量轻、换热能力大的换热设备。 特别是始于20世纪60年代的世界能源危机，加速了当 代先进换热技术和节能技术的发展。强化传热已发展成为 第二代传热技术，并已成为现代热科学中一个十分引人注 目的、蓬勃发展的研究领域。 主要介绍工业化应用的、相对比较成熟的管壳式换热 器无功强化传热技术。
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表面多孔管结构图
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表面多孔管
强化传热机制
性能曲线对比
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3.1 强化传热管元件
9） T形翅片管 T型翅片管是由光管经过滚轧加工成型的一种高效换热 管。其结构特点是在管外表面形成一系列螺旋环状T型隧道 。管外介质受热时在隧道中形成一系列的气泡核，由于在 隧道腔内处于四周受热状态，气泡核迅速膨大充满内腔， 持续受热使气泡内压力快速增大，促使气泡从管表面细缝 中急速喷出。气泡喷出时带有较大的冲刷力量，并产生一 定的局部负压，使周围较低温度液体涌入T型隧道，形成持 续不断的沸腾。
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3 管壳式换热器的强化传热技术
管壳式换热器的传热强化研究包括管程和壳程两侧的传 热强化研究。通过强化传热管元件与优化壳程结构实现。 3.1 强化传热管元件 改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各 种形状的插入物。改变传热面的形状有多种，其中用于强化 管程传热的有：螺旋槽纹管、横纹管、螺纹管、缩放管、旋 流管和螺旋扁管等。 另外，也可采用扰流元件，在管内装入麻花铁，螺旋圈 或金属丝片等填加物，亦可增强湍动，且有破坏层流底层的 作用。
菱形翅片管结构图
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3.1 强化传热管元件
多工况全自动智能型集成式换热机组
多工况全自动智能型集成式换热机组刘千诚，许世海，王瑞（兰州兰石换热设备有限责任公司，甘肃兰州）摘要：能源是世界经济发展的源泉，节约能源和提高能源利用率成为当前普遍重视的焦点，各种节能产品及设备应用而生。
在此背景下，介绍了一种多工况全自动智能型集成式换热机组的原理、优点及其在行业的应用情况。
关键词：多工况；全自动智能型；集成式；节能；换热机组Multiple Working Conditions and Full-automaticIntelligent Integrated Heat Exchanger UnitLiu Qiancheng,Xu Shihai,Wang Rui(Lanzhou LS Heat Exchange Equipment Co.,Ltd.,Lanzhou 730314,China )Abstract:Energy is the source of the world's economic development,saving energy and improving energy utilization have become the focus of general attention,and a variety of energy-saving pro-ducts and equipment have been applied.This paper introduces the principle,advantages and appli-cation in the industry of a multiple working conditions and full-automatic intelligent integrated heat exchanger unit.Keywords:Multiple working conditions;Full-automatic intelligent;Integrated;Energy-saving;Heat exchangerunit引言在石油化工及冶金领域，一些产品在产出过程中会有很多高温度高能量的介质（如蒸汽或高温热水）未完全利用，有时候会将这些未完全利用的蒸汽或高温热水直接排放或者收集在冷却塔里进行空冷，这样会使蒸汽或高温热水的热能浪费，利用率不高。
换热器设计方案
换热器设计方案摘要：换热器是一种常见的设备，用于将热量从一个介质传递到另一个介质。
本文旨在探讨换热器的设计方案，包括选择合适的换热器类型、确定换热器尺寸和性能参数等。
通过合理设计和选择合适的换热器，可以有效提高换热效率，降低能源消耗。
引言：换热器是化工、制药、电力等行业常用的设备，用于在流体之间传递热量。
换热器的设计方案会直接影响换热效率和能源消耗。
在设计换热器时，需要考虑不同的因素，如换热介质的性质、工艺要求、经济性和安全性等。
本文将重点讨论选择合适的换热器类型、确定换热器尺寸和性能参数等方面的内容。
1. 选择合适的换热器类型换热器的类型有很多种，如管壳式换热器、板式换热器、管束式换热器等。
在选择合适的换热器类型时，需要考虑以下因素：（1）换热介质的性质：包括流体的温度、压力、流量等参数，以及流体之间的热传导性能。
（2）工艺要求：根据实际工艺需求确定换热器的结构形式和材质选择。
（3）经济性：考虑换热器的成本、维护费用和能源消耗等因素。
2. 确定换热器尺寸换热器的尺寸是设计过程中的重要参数。
根据换热介质的热负荷和流体流量，可以通过热平衡计算或经验公式来确定换热器的尺寸。
（1）热平衡计算：根据换热介质的热负荷和热传导性能，使用热平衡计算方法来确定换热器的传热面积。
（2）经验公式：根据实际经验和类似工艺的数据，使用经验公式来预测换热器的尺寸。
3. 确定换热器性能参数换热器的性能参数是评价换热器效果的重要指标。
主要包括传热系数、热阻和效能等。
（1）传热系数：根据换热介质的性质和流体流量，使用热力学计算方法来确定换热器的传热系数。
（2）热阻：根据换热器的结构形式和材质，计算换热器内外壁的热阻。
（3）效能：根据传热系数和热阻的计算结果，使用效能公式来评估换热器的换热效果。
4. 优化设计方案在设计换热器时，需要考虑很多的因素和限制条件。
通过合理优化设计方案，可以进一步提高换热效率和能源利用率。
（1）流体优化：通过调整流体的流速、流量和流动方式等参数，来优化流体的传热效果。
换热器的设计方案
换热器的设计方案一、设计目标本设计方案旨在设计一种高效、可靠、节能的换热器，以满足工业生产中对热能转移的需求，提高生产效率和降低能源消耗。
二、设计原则1. 高效热能转移：通过优化换热器的结构和选用高效的换热材料，实现热能的有效转移，提高换热效率。
2. 可靠稳定：选用高品质的材料和先进的制造工艺，确保换热器的稳定可靠运行，减少故障率。
3. 节能环保：设计上尽量减少能源消耗，降低运行成本，同时减少对环境的影响。
三、设计方案1. 结构设计：采用板式换热器结构，板片间距设计合理，使工作流体在换热器内获得较大的热交换面积，从而提高换热效率。
2. 材料选用：换热器材料选择优质不锈钢或钛合金，具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能，适用于各种工业环境下的使用。
3. 换热介质：根据不同的工业生产需求，选择合适的换热介质，以确保热交换过程的有效进行。
4. 热力控制：采用先进的热力控制系统，监测和调节换热器工作温度和压力，以保证换热器的安全可靠运行。
5. 节能设计：通过增加换热器的隔热层或采用换热器集成闭合式设计，减少热能损失，提高能源利用率。
四、设计效果经过设计方案的实施，新换热器可以有效提高热能利用率，减少能源消耗，提高生产效率，降低运行成本。
同时，高质量的材料和严格的制造工艺，保证了换热器的稳定可靠运行，满足了工业生产对热能转移的需求。
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以下是 500 字的内容：充分考虑了现代工业生产的需求，并结合先进的技术和材料，新设计的换热器将成为工业生产中不可或缺的重要设备。
新换热器的应用范围涵盖了许多行业，如化工、石油、制药、食品等，可以满足不同工艺过程中对热能转移的需求。
在热力控制方面，新的换热器采用先进的传感器和自动调节系统，可以实时监测和调节换热器内部的温度和压力，以确保设备的安全运行。
同时，具有智能化的控制系统可以根据工艺需求进行调整，提高换热器的运行效率，减少能源消耗。
新一代高效换热器设备的研究进展
新一代高效换热器设备的研究进展随着工业化进程的加速和节能环保的重要性日益凸显，热能利用效率成为工业生产过程中的重要考量因素。
换热器作为一种常见的热能转移设备，发挥着关键的作用。
近年来，研究人员不断致力于提高换热器的热传递效率和能源利用效率，推出了一系列新一代高效换热器设备。
本文将对这些研究进展进行探讨。
首先，微尺度换热器是当前研究的热点之一。
由于微尺度换热器具有更小的传热路径和更大的表面积，使得流体之间的传热更为充分。
例如，微通道换热器利用微小通道内的流体纳米尺度层流来提高传热性能。
研究人员通过优化微通道的形状、选择表面涂层材料以增加表面活性，以及调节流体流速和温度梯度来提高热传递效率。
此外，纳米流体作为传热工质也被广泛运用于微尺度换热器中，其独特的流变性质和热传导性能也为换热器的高效化做出了贡献。
其次，相变材料换热器在能量存储和回收方面显示出了潜力。
相变材料具有在相变温度范围内吸热或放热的特性，引入相变材料作为换热介质，可以显著增强换热器的热传递效率。
例如，蓄热式相变材料换热器可以将多余能量存储到相变材料中，在需要时释放能量，实现能量的高效利用。
此外，相变材料换热器还可以用于废热回收，在工业生产中有效地回收废热能，降低能源消耗和环境污染。
再次，换热器表面增强技术在提高换热效率方面取得了显著成果。
传统的换热器表面通常是光滑的，这导致热传递效率有限。
通过表面增强技术，可以在换热器表面引入微小的结构，如翅片、螺旋形通道等，以增加表面积和湍流运动的程度。
这种增强表面结构可以有效地提高传热和传质效率。
同时，还可以采用耐磨材料和防腐涂层等措施，增强换热器的耐久性和使用寿命。
通过这些技术手段，换热器的热传递效率可以大幅提升。
此外，计算机模拟和优化设计在新一代高效换热器设备研发中扮演了重要的角色。
借助计算机模拟软件，可以对换热器的热传递和流体运动进行精确的数值模拟和分析。
通过优化设计，可以提前预测和避免设计缺陷，优化换热器结构和工艺参数，使得换热器性能得到最大程度的改善。
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先进换热装备的制造及高效节能设计朱冬生1,2，郭新超2(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2002372.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The Manufacturing and the Design of High Efficiency and Energy-saving on the Advanced Heat Transmission EquipmentZhu Dongsheng1,2,Guo Xinchao2（1.School of Machinery and Power Engineering of East China University of Science and Technology The Key Laboratory of Safety Science of Pressurized System,Ministry of Education ,Shanghai 2002372.School of Chemistry and Chemical Engineering of South China University of Technology The Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation, Ministry of EducationGuangdong Guangzhou 510640)Abstract:The manufacturing and the design of high efficiency and energy-saving on the advanced heat transmission equipment is the frontier science and technology to achieve a low carbon economy technology. And it is also the great demand of energy conservation and emission reduction of our country. This paper introduces a high energy-saving technology innovation-laser welding internal,high-pressure expansion (not die)and rapid prototyping manufacturing technology. It can produce a combination resistant dirt cleaning plate heat exchanger. The combination plate heat exchanger which is made by the technology of high efficiency and energy-saving has the advantages of small size ,so it can adapt to the different needs of energy-saving technology and the site.Compared with the traditional heat exchanger ,the combination resistant dirt cleaning plate heat exchanger can increase 10-20% of heat transfer effect, reduce 50-70% of shell side resistance and increase 25- 35% of energy-saving.Keywords:the advanced heat transmission equipment; combination plate heat exchanger; energy saving;laser welding1.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。
利用激光焊接技术生产的缝焊板的优势主要体现在以下几方面[4]：(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，对上述领域工业装置的投资、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]。
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。