熱管余熱回收系統(tǒng)設(shè)計

1、35t/h燃煤鍋爐利用熱管回收排煙余熱系統(tǒng)的設(shè)計 摘要：本文第一章介紹了換熱器的相關(guān)的分類和常見換熱器的類型。第二章介紹了熱管的結(jié)構(gòu)、原理以及熱管換熱器與其它換熱器相比的優(yōu)勢。第三章介紹了換熱器設(shè)計中應注意的一些問題。第四章對換熱器的設(shè)計展開相關(guān)的熱力計算。第五章對換熱器進行精確計算。這次設(shè)計使用的是重力熱管，該設(shè)計中對于熱管的傳熱量、熱管的阻力以及傳熱量等進行了校核，證明取得了預期效果。關(guān)鍵詞：余熱回收 換熱器 熱管 熱管設(shè)計Abstrat:In the first chapter, the classification of heat exchangers and the types of

2、 common heat exchangers are introduced.In the second chapter, the structure and principle of heat pipe and the advantage of heat pipe heat exchanger and other heat exchangers are introduced.In the third chapter, some problems that should be paid attention in design of heat exchangers are introduced.

3、The fourth chapter is about the design of the heat exchanger on the related thermodynamic calculation.This design is the use of gravity heat pipe, the design of the heat transfer, heat pipe heat pipe and heat resistance are checked and proved the expected effect is achieved. Key words:wast heat reco

4、very heat exchanger heat pipe heat pipe deisgn第一章?lián)Q熱器11.1換熱器的簡介11.2 換熱器的分類11.3幾種常見的換熱器21.3.1板式換熱器21.3.2 U型管式21.3.3 螺旋板式換熱器2第二章熱管42.1熱管的結(jié)構(gòu)42.1.1 管殼52.1.2 管腔52.1.3 管芯52.2熱管工作原理52.3熱管基本特性62.3.1很高的導熱性62.3.2優(yōu)良的等溫性62.3.3熱流密度可變性62.3.4熱流方向可逆性62.3.5熱二極管與熱開關(guān)性能72.3.6恒溫特性(可控熱管)72.3.7環(huán)境的適應性72.4熱管換熱器概述82. 5熱管換熱器的技

5、術(shù)優(yōu)勢82.6熱管換熱器的分類8 2.6.1氣氣熱管換熱器92.6.2 氣液熱管換熱器92.6.3 氣汽熱管換熱器92.7 幾種常見熱管換熱器圖10第三章設(shè)計中考慮的關(guān)鍵問題113.1積灰問題113.2磨損問題113.3煙氣側(cè)腐蝕性問題123.4水側(cè)的結(jié)垢與腐性問題12第四章 熱管的設(shè)計124.1基本選擇124.1.1已知條件124.1.2 總熱量和回收效率的計算134.1.3 熱管工質(zhì)的選擇144.1.4 管材的選擇154.1.5 熱管的安裝和芯結(jié)構(gòu)的選擇164.1.6 管徑和擴展表面的選擇164.2 相關(guān)估算和結(jié)構(gòu)設(shè)計184.2.1 煙氣側(cè)和水測入口質(zhì)量流速的選擇184.2.2長度比的選擇

6、194.2.3迎風面積和第一排管的傳熱面積194.2.4 計算對數(shù)平均溫差204.2.5估算傳熱面積214.2.6 總的管子根數(shù)及排列方式21第五章 精確計算235.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)235.1.1煙氣側(cè)235.2.2 水側(cè)235.2 熱管外壁傳熱系數(shù)的計算235.2.1 管外蒸發(fā)段換熱系數(shù)235.2.2管外冷卻段沸騰放熱系數(shù)255.3熱管管壁熱阻的計算255.4污垢熱阻255.5傳熱系數(shù)值的計算265.6 對數(shù)平均溫度265.7傳熱面積的計算265.8 煙氣側(cè)阻力計算275.9 熱管強度275.10 管壁溫溫度的計算27總結(jié)28致謝30參考文獻：31第一章?lián)Q熱器1.1換熱器的簡介 在工程中，將流體

7、熱量以一定的傳熱方式傳遞給它種流體的設(shè)備，稱為熱交換器。在這種設(shè)備內(nèi)，至少有兩種不同的流體參與傳熱。一種流體溫度較高，放出熱量,另一種流體的溫度較低，吸收熱量。但也有熱交換器種多于兩種溫度不同的流體在設(shè)備中傳熱的。熱交換器在工業(yè)生產(chǎn)中的應用非常廣泛。例如鍋爐中的過熱器、空氣預熱器、省煤器都是換熱器。制冷工業(yè)中的蒸汽壓縮式制冷機以及吸附式制冷機的蒸發(fā)器、冷凝器；在航空工業(yè)中，為了排出發(fā)動機及其輔助機構(gòu)在運行中產(chǎn)生的大量熱量，熱交換器也是必不可少的重要設(shè)備。我們在各個生產(chǎn)領(lǐng)域中要挖掘能源利用的潛力，并做好節(jié)能減排，這些往往與正確使用和設(shè)計換熱器有著重要關(guān)系。因此，作為工程技術(shù)人員，我們有必要掌握換

8、熱器的知識和換熱器的相關(guān)設(shè)計工作。1.2 換熱器的分類 按照用途來分：預熱器、冷凝器、冷卻器、蒸發(fā)器等。按照溫度狀況來分：溫度工況穩(wěn)定的熱交換器，熱流大小和在指定熱交換區(qū)內(nèi)的溫度不隨時間改變。溫度工況不穩(wěn)定的熱交換器，傳熱面上的熱流和溫度都隨時間而改變。按照制造換熱器的材料來分：金屬的、塑料的、石墨的、陶瓷的、玻璃的等等。按照熱流體與冷流體的流動方向分：順流式、逆流式、錯流式、混流式。按照傳送熱量的方式來分：間壁式、混合式、蓄熱式等三種類型。1.3幾種常見的換熱器1.3.1板式換熱器1.3.2 U型管式1.3.3 螺旋板式換熱器第二章熱管 熱管技術(shù)是1963年美國人喬治格洛佛發(fā)明的一種稱為“熱

9、管”的傳熱用元件，該技術(shù)充分利用了熱傳導原理與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，通過熱管把發(fā)熱物體的熱量快速的傳遞到熱源外，其導熱性能超過了任何已知金屬的導熱能力。熱管技術(shù)現(xiàn)在已被工程技術(shù)人員所熟悉和重視。熱管現(xiàn)在已廣泛應用于輕工、化工、電子元件的散熱以及航天和太陽能利用等領(lǐng)域。2.1熱管的結(jié)構(gòu) 熱管是熱管換熱器最基本元件，我們從外觀來看，熱管通常是一根有翅片或無翅片的普通圓管，它主要結(jié)構(gòu)特點表現(xiàn)在管內(nèi)。熱管由管殼、蒸汽腔（蒸汽通道）和毛細多孔材料（管芯）組成。從傳熱情況來看，熱管沿軸向可分為蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段三部分。如圖2-1圖2-12.1.1 管殼熱管的管殼是受壓元件，要求由高導熱率、耐熱應力

10、、耐壓的材料制成。但在材料的選擇上必須考慮與所使用的工質(zhì)的相容性，即要求熱管在長期連續(xù)運行中管殼無腐蝕，工質(zhì)與管殼不發(fā)生化學反應，不產(chǎn)生氣體。2.1.2 管腔蒸汽空間是工作液傳輸熱量的通道，在蒸汽空間里蒸汽流動是一個復雜的流動，所以影響蒸汽流動的因素很多。熱管里面工作液體的流動是很復雜的雙相流動。2.1.3 管芯管芯是一種緊貼管殼內(nèi)壁的毛細結(jié)構(gòu)，管芯通常由多層金屬絲網(wǎng)或纖維、布等以襯里形式緊貼內(nèi)壁以減少接觸熱阻，襯里也可以由多孔陶瓷或燒結(jié)金屬組成。2.2熱管工作原理從熱力學的角度看，為什么熱管會擁有如此良好的導熱能力呢？物體的吸熱、放熱是相對的，凡是有溫度差存在的時候，就必然出現(xiàn)熱從高溫處向低

11、溫處傳遞的現(xiàn)象。從熱傳遞的三種方式：輻射、對流、傳導，其中熱傳導最快。熱管就是利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部是被抽成負壓狀態(tài)，充入適當?shù)囊后w，這種液體沸點低，容易揮發(fā)。管壁有吸液芯，其由毛細多孔材料構(gòu)成。熱管一段為蒸發(fā)端，另外一段為冷凝端，當熱管一段受熱時，毛細管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸汽在微小的壓力差下流向另外一端，并且釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)不止，熱量由熱管一端傳至另外一端。這種循環(huán)是快速進行的，熱量可以被源源不斷地傳導開來。如此循環(huán)不止，熱量由熱管的一端傳至另端。熱管在實現(xiàn)

12、這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中，包含了以下六個相互關(guān)聯(lián)的主要過程： (1)熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到（液汽）分界面。 (2)液體在蒸發(fā)段內(nèi)的（液汽）分界面上蒸發(fā)。 (3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段。 (4)蒸汽在冷凝段內(nèi)的汽，液分界面上凝結(jié)。 (5)熱量從（汽液）分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源。 (6)在吸液芯內(nèi)由于毛細作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。2.3熱管基本特性熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)傳熱的傳熱元件，具有以下基本特性。2.3.1很高的導熱性熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量

13、的熱管可多傳遞幾個數(shù)量級的熱量。當然，高導熱性也是相對而言的，溫差總是存在的，可能違反熱力學第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限制，存在著一些傳熱極限；熱管的軸向?qū)嵝院軓姡瑥较虿o太大的改善(徑向熱管除外)。2.3.2優(yōu)良的等溫性熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，根據(jù)熱力學中的方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。2.3.3熱流密度可變性熱管可以獨立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即

14、可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。2.3.4熱流方向可逆性一根水平放置的有芯熱管，由于其內(nèi)部循環(huán)動力是毛細力，因此任意一端受熱就可作為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點可用于宇宙飛船和人造衛(wèi)星在空間的溫度展平，也可用于先放熱后吸熱的化學反應器及其他裝置。2.3.5熱二極管與熱開關(guān)性能熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)，所謂熱二極管就是只允許熱流向一個方向流動，而不允許向相反的方向流動；熱開關(guān)則是當熱源溫度高于某一溫度時，熱管開始工作，當熱源溫度低于這一溫度時，熱管就不傳熱。2.3.6恒溫特性(可控熱管)普通熱管的各部分熱阻基本上不隨加熱量的變化而變，因此當加熱量變化時，熱

15、管備部分的溫度亦隨之變化。但人們發(fā)展了另一種熱管可變導熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加，這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。2.3.7環(huán)境的適應性熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機的轉(zhuǎn)軸、燃氣輪機的葉片、鉆頭、手術(shù)刀等等，熱管也可做成分離式的，以適應長距離或沖熱流體不能混合的情況下的換熱；熱管既可以用于地面(重力場)，也可用于空間(無重力場)。2.4熱管換熱器概述由熱管管束和外殼等組成的換熱器稱為熱管換熱器。通常情況下，熱管換熱器有一個矩形的外殼，在矩形外殼內(nèi)布滿了帶翅片的熱管。熱管的

16、布置可以是錯列呈三角形的排列，也可以是順列呈正方形排列。在矩形殼體內(nèi)部的中央有一塊隔板把殼體分成兩個部分，形成熱流體與冷流體的流動通道。當冷熱流體同時在各自的通道中流過時，熱管將熱流體的熱量傳給了冷流體，實現(xiàn)了兩種流體的熱量交換。2. 5熱管換熱器的技術(shù)優(yōu)勢 （1）熱管換熱器通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全的分開，在運行過程中 單根熱管因為腐蝕、磨損、超溫等等原因發(fā)生破壞時基本不會影響換熱器的運行。熱管換熱器用于易爆、易燃、腐蝕性強的流體換熱場合且具有很高的可靠性。 （2）熱管換熱器的冷、熱流體流動時完全分開，能比較容易的實現(xiàn)冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均是在管外流動的，由于管內(nèi)流動的換熱系

17、數(shù)遠低于管外流動的換熱系數(shù)，所以用于品位較低的熱能回收場合顯得非常經(jīng)濟。 （3）含塵量較高的流體，熱管換熱器能通過結(jié)構(gòu)變化、擴展受熱面等等形式解決換熱器的堵灰和磨損問題。 （4）熱管換熱器如果用于帶有腐蝕性的煙氣余熱回收時，熱管換熱器可以通過調(diào)整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積進而來調(diào)整熱管管壁溫度，從而使熱管盡可能避開最大的腐蝕區(qū)域。2.6熱管換熱器的分類(1) 按形式分:整體式熱管換熱器、分離式熱管換熱器、回轉(zhuǎn)式熱管換熱器等。(2)按功能分：氣-氣式換熱器、氣-液式換熱器、氣-汽式換熱器等。通常按功能分用得較多。下面分別介紹按功能劃分的三種換熱器。 2.6.1氣氣熱管換熱器 氣氣熱管換熱是多數(shù)是矩

18、形形狀，其基本的結(jié)構(gòu)由熱管、殼體和隔板等元件所組成。中間隔板把熱管分為蒸發(fā)段和冷凝段兩個部分，這兩部分的外表面上都會裝有翅片，以增加熱管的換熱面積，盡可能地減少換熱器的體積。兩種流體的流動方向通常是逆向的。當高溫的氣體流過熱管的蒸發(fā)段時，熱管內(nèi)部工作流體蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽流到冷凝段放熱，低溫氣體獲得熱量，從而達到傳熱的目的。 2.6.2 氣液熱管換熱器氣液型熱管換熱器多用于小型鍋爐上作為省煤器回收余熱來加熱給水，經(jīng)濟效益非常可觀。但存在低溫腐蝕的問題。本課題設(shè)計的是氣液熱管換熱器的余熱回收系統(tǒng)。氣液型換熱器的水室可以是圓形或者矩形。從排氣端把熱管插入其中，每根熱管可單獨更換使用。排氣端管壁還裝有翅

19、片，水側(cè)則不設(shè)翅片。吹灰裝置是在翅片管空間設(shè)計一根噴出的管子，吹灰除塵是用蒸汽或壓縮空氣進行。2.6.3 氣汽熱管換熱器氣汽熱管換熱器結(jié)構(gòu)，熱管的冷凝段是安裝在沸水器內(nèi)。熱管的蒸發(fā)段插入各種鍋爐的排煙道中，通過熱管進行熱量的轉(zhuǎn)移。將冷水加熱成沸水，進而獲得需要的熱水。 2.7 幾種常見熱管換熱器圖圖2.7.1氣氣熱管換熱器圖2.7.2 氣液熱管換熱器第三章設(shè)計中考慮的關(guān)鍵問題3.1積灰問題 燃煤的鍋爐中，受熱面煙氣側(cè)積灰是普遍存在現(xiàn)象。尾部受熱面積灰嚴重的現(xiàn)象也并非少見。這主要因為工業(yè)鍋爐的負荷變動較大，或者啟停過于頻繁。鍋爐在低負荷時煙氣速度小溫度也低，尾部受熱面結(jié)露的概率很大，很容易發(fā)生積

20、灰現(xiàn)象，具有密集翅片的熱管受熱面能不能積灰過多，這會影響到它能不能在燃煤鍋爐上應用的關(guān)鍵性問題。為減少鍋爐受熱面上的積灰，我們常采取以下的設(shè)計措施：( 1 )適當加大管束排列的熱管節(jié)距。( 2 )適當加大翅片之間的間距。( 3 )設(shè)置吹灰器以方便運行中定期吹灰。( 4 )采取適當?shù)臒煔饬魉佟?3.2磨損問題 翅片在含塵煙氣中工作會受到灰粒的磨損也是需要考慮的問題。另外,熱管管壁也比較的薄,只有1.5毫米(然而一般工業(yè)鍋爐受熱面管子的壁厚通常在3毫米之上),如果被磨穿就失去了功用。即使不被磨穿而只是減薄,管內(nèi)壓力的作用下也有存在不安全的問題。為了抗磨防磨應采取以下措施： （1）利用不太高的煙氣流

21、速 （2）適當加大翅片的厚度3.3煙氣側(cè)腐蝕性問題 一般鍋爐尾部的受熱面存在煙氣側(cè)的低溫腐蝕性問題。當燃料含硫較多、煙氣溫度降得較低時,腐蝕現(xiàn)象會比較嚴重。與間壁式換熱器的直接傳熱相比,熱管換熱器中多了一個中間載熱體(管內(nèi)工質(zhì))的傳熱環(huán)節(jié),與煙氣接觸的受熱面壁面溫度較高,而翅片的溫度又較管壁母體的溫度高。這是對防腐蝕有利的因素。3.4水側(cè)的結(jié)垢與腐性問題 水被加熱的不經(jīng)預理( 軟化、除氧 ) 時,會造成受熱面?zhèn)鹊慕Y(jié)垢與腐蝕。這個問題對于普通受熱面和熱管受熱面都是同樣存在的。但是普通受熱面的水側(cè)在內(nèi),熱受熱面的水側(cè)在管外面。前者不易清洗和檢修，也不能拆卸和更換。這也正是熱管受熱面的優(yōu)勢所在。 第

22、四章 熱管的設(shè)計根據(jù)課題的要求，本課題設(shè)計中宜選用熱管式換熱器。這是由于熱管換熱器與其他換熱器比較 ：具有傳熱平均溫差大，傳熱性能高； 布置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊， 可以通過改變熱管根數(shù)來任意組合 ，增大換熱面積，故可用較少的熱管來保證熱量的傳遞；熱管工作安全可靠，即使換熱器中一根熱管發(fā)生故障，也不會影響到整個換熱器的工作；而且熱管換熱器還具有檢修方便、操控性強等特點。因此余熱的回收中熱管換熱器被廣泛的應用，尤其在工業(yè)生產(chǎn)中，各種熱力設(shè)備的排煙 排水、排氣、排渣等，凡是有余熱可回收的地方都可以應用熱管換熱器。4.1基本選擇4.1.1已知條件 本課題的設(shè)計要求是35t/h燃煤鍋爐產(chǎn)生的尾部煙氣用來加熱水

23、產(chǎn)生100的蒸汽，根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計最后需要校核下壁溫度是否大于該煤種的露點溫度。煙氣的入口溫度（） 160 煙氣的出口溫度（） 130 煙氣的流量（M1） 30000（kg/h）水的入口溫度 （） 80蒸汽的出口溫度 （） 1004.1.2 總熱量和回收效率的計算通過查大氣壓下煙氣的熱物理性質(zhì)表，用差值法算出煙氣平均溫度下的比熱為回收的熱負荷： /2 總的煙氣余熱量： 余熱回收利用效率： 蒸發(fā)量（冷流體的流量）： 式中 通過查干飽和蒸汽的熱物理性質(zhì)表得100飽和蒸汽 通過查飽和水的熱物理性質(zhì)表得80水的焓值 4.1.3 熱管工質(zhì)的選擇 熱管是靠殼體內(nèi)工作的流體（工質(zhì)）的相變和流動過程中質(zhì)量的轉(zhuǎn)

24、移來傳送熱量的。工質(zhì)的各種理化性質(zhì)一定會對熱管的工作性能有著重要的影響。工質(zhì)的選擇除了考慮工作溫度的適應范圍外，還應考慮以下幾個問題： 工質(zhì)與熱管材料間的相容性和工質(zhì)的熱穩(wěn)定性。工質(zhì)與材料間一旦發(fā)生化學反應將導致熱管的性能下降或熱管失效。因此，工質(zhì)要求在工作溫度范圍內(nèi)必須具有良好的熱穩(wěn)定性，即不變質(zhì)、不發(fā)生分解和化學反應，不產(chǎn)生沉淀物和不凝結(jié)氣體等等。 工質(zhì)需具備以下熱物理性質(zhì)。包括：汽化潛熱高；粘度低；導熱系數(shù)大；潤濕能力高；表面張力系數(shù)大；沸點適當。 安全及經(jīng)濟性。對以傳熱為主的熱管，盡量不采用易燃、易爆以及有毒的工質(zhì)，否則管殼一旦燒壞或發(fā)生泄露將會造成嚴重的不良后果。熱管的成本也是需要考

25、慮的重要因素，盡管熱管中所用工質(zhì)數(shù)量比較少，但是由它所確定的管殼及管芯材料對熱管的成本影響較大 首先進行管內(nèi)溫度的估算煙氣入口處的溫度： n的取值見表4-1得n = 5 煙氣出口處的溫度： = 估算出之后就可以選擇工質(zhì)類型了。根據(jù)熱管工作溫度范圍可分為低溫、中溫和高溫熱管。低溫熱管是指在4200K范圍內(nèi)的熱管，用氦做工質(zhì)，可以在4K以下工作。氫和氖可以在2030K范圍內(nèi)使用；如果溫度再高一些，則可用的工質(zhì)有氮和氧；在100200K范圍內(nèi)常用的工質(zhì)有甲烷、乙烷等。經(jīng)過分析和計算可知選水作為熱管的工質(zhì)是合適的。表 4-1 n的數(shù)值表氣-汽熱管換熱器當兩側(cè)管長和流量接近時 n=1氣-液型熱管換熱器當

26、液體時水是當液體是有機流體時 氣-汽型熱管換熱器當相變流體時水時當相變流體是有機物時 4.1.4 管材的選擇熱管工質(zhì)的選擇與熱管的材質(zhì)以及封口焊接材料的性質(zhì)有著密切關(guān)系，因為材質(zhì)與工質(zhì)間存在是否相容的問題。另外，殼體材料還應當滿足耐高溫、高壓、耐腐蝕性等等極端條件，并且要具備良好的化學穩(wěn)定性和導熱性以及材料價廉易得。銅和水是最好的材料與工質(zhì)組合。但是銅的價格太高且硬度偏低，大量應用于熱管換熱器較困難。因此，人們一般選擇碳鋼作為管殼材料。本次設(shè)計選擇碳鋼鍍層作為管殼是滿足各項要求的。工質(zhì)與管殼相容性的選擇 見表 4-2表 4-2工質(zhì)推薦的管殼材料不推薦的管殼材料氨鋁、碳鋼、鎳、不銹鋼銅甲醇銅、不

27、銹鋼丙酮銅水銅鋁、二氧化硅鉀不銹鋼鈦鈉不銹鋼鈦荼不銹鋼4.1.5 熱管的安裝和芯結(jié)構(gòu)的選擇 對于氣-汽型熱管換熱器，大致有兩種安裝形式：（1） 接近水平位置，一般用于煙道是垂直的場合，要采用具有芯結(jié)構(gòu)的重力輔助熱管。（2） 立式放置，多用于煙道是水平的，直接采用重力式無芯熱管。本次設(shè)計的煙道是水平的，所以采用重力無芯熱管，余熱回收裝置立式放置在水平煙道內(nèi)。重力熱管生產(chǎn)工藝簡單，經(jīng)濟性較好。重力熱管熱量的傳遞具有不可逆性，熱量只能從蒸發(fā)段傳遞到冷凝段。4.1.6 管徑和擴展表面的選擇管徑的選擇，由聲速極限確定管徑： 聲速極限管徑 管內(nèi)蒸汽壓力 管內(nèi)蒸汽密度 聲速極限的傳熱量 氣化潛熱選取 熱管工

28、作的平均溫度為，因此在時啟動,查干飽和水蒸氣的物理性質(zhì)表通過差值法得所以 攜帶極限確定所需的管徑： 蒸汽流通截面積 氣化潛熱 液體密度 蒸汽密度 攜帶極限 表面張力 當管內(nèi)工作溫度 時 得 安全考慮情況下取熱管的內(nèi)徑 ，為了設(shè)計的安全性和經(jīng)濟性需要取壁厚為最后選得外徑 =32mm煙氣側(cè)采用翅片管，水側(cè)采用光管，最后設(shè)計選定的尺寸見表4-3光管外徑 d0/mm光管內(nèi)徑 di/mm翅片內(nèi)徑 df/mm翅片厚度 /mm翅片高度 H/mm翅片間隙 Y/mm翅化比 32 27 62 1 15 5 8.514.2 相關(guān)估算和結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2.1 煙氣側(cè)和水測入口質(zhì)量流速的選擇煙氣側(cè)的入口質(zhì)量流速應控制在25

29、。具體按照鍋爐的大小來具體分析。煙氣側(cè)的入口質(zhì)量流速： 相變側(cè)：因為是水的沸騰，不靠受迫流動進行換熱，因而對入口工質(zhì)的流速不做要求，只要求每小時連續(xù)進入580.5kg/h的水即可。4.2.2長度比的選擇 對氣汽型熱管換熱，我們不計算流動長度比，計算其經(jīng)濟長度比 L經(jīng) 4.2.3迎風面積和第一排管的傳熱面積迎風面積 ： 選取迎風面積寬度為 ，取換熱器的寬度為煙氣側(cè)的熱管長度： 由長度比，水沸騰側(cè)的熱管長度比： 這里取m取管間間距，則煙氣入口截面上的管子根數(shù)： 取第一排管傳熱面積： m2表 4-3管徑、管長、功率之間關(guān)系表 加熱段的長度 單根管傳輸功率 5001000 <1 1625 100

30、02000 <3 2532 20003500 <7 3260 參照表4-3最后選取熱管的長度尺寸如下蒸發(fā)段的長度： 冷凝段的長度： 絕熱段的長度： 總的長度： 實際的長度比： 實際迎風面積 ： 實際迎風面的質(zhì)量流速： 第一排管子的根數(shù) 第一排傳熱面積 4.2.4 計算對數(shù)平均溫差 煙氣 160130 水 100100 60 30由圖4-1可知 所以 4.2.5估算傳熱面積 4.2.6 總的管子根數(shù)及排列方式 在換熱器設(shè)計過程中不能因為壞了一根管子就停機檢修，所以在設(shè)計的過程中要考慮多放幾根管子，使換熱器出現(xiàn)一點小問題可以繼續(xù)運行。所以在這里實際選取的管子根數(shù)272根。即根。管子數(shù)目

31、確定之后，就要選擇熱管的排列方式。管子使用的是菱形交叉排列的方式，使流體得到充分擾動，提高了換熱效率，充分利用余熱。由之前確定的第一排管子數(shù)目為34根。所以管子排數(shù) 計算一下實際換熱面積和理論設(shè)計的換熱面積進行比較。實際換熱面積 是一根管子蒸發(fā)段的外表面積單根管子的傳熱量計算 總熱管數(shù)目 回收的熱負荷 第五章 精確計算5.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)換熱器進出口溫度的中點溫度作為定性溫度5.1.1煙氣側(cè)中點溫度 查大氣壓下煙氣的物理性質(zhì)得：比熱 黏度 導熱系數(shù) 普朗特數(shù) 密度 5.2.2 水側(cè)中點溫度 T2=100（忽略水的預熱）查飽和水的物理性質(zhì)表得比熱 P=1.0130barPc=221.2bar5.2

32、熱管外壁傳熱系數(shù)的計算5.2.1 管外蒸發(fā)段換熱系數(shù)管外煙氣側(cè)放熱系數(shù)： 翅根直徑 mY 翅片間隙 m 翅片厚度 m 翅片高度 m 氣體的導熱系數(shù) 1 動力粘度系數(shù) 最窄界面處的氣體流速 kg/(m2·) 氣體的普朗特數(shù) 查表4-3及煙氣側(cè)煙氣的物理性質(zhì)得 =0.032m Y =0.005m =0.001m = 0.015m =0.03482 1=-6 kg/m·s=0.681此處kg/(m·) 另外式中的0.54是最窄流通截面積與迎風面積之比。注意公式應用的條件：1. 管間間距為等邊三角形的叉排管束。2. 決定定性值的定性溫度取氣流的中間溫度。3. 公式對各種氣

33、體都適用 管外放熱系數(shù)： 式中為翅片效率，在實際應用中一般取為0.85，則 W/(m2·)5.2.2管外冷卻段沸騰放熱系數(shù) 式中 =3768W/(m2·) 5.3熱管管壁熱阻的計算10-5m2/W式中表示管壁材料的熱導率，W/(m2)。通過查金屬材料的密度、比熱容和熱導率表，用差值法算出=45.88W/(m2)5.4污垢熱阻 對于鍋爐和窯爐的排煙余熱利用熱管換熱器來說。由于熱管工作環(huán)境一般是燃煤的煙氣，所以污垢熱阻這一項的數(shù)值很大。一般選取R污=0.0010.002。甚至還要大。本次設(shè)計選取R污=0.001m2/W5.5傳熱系數(shù)值的計算傳熱系數(shù)的計算必需考慮污垢熱阻的影響，因此計算時要加上污垢熱阻。計算公式為 = = =m2/W所以 5.6 對數(shù)平均溫度 煙氣 160