熱管式換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告資料

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告課 題 名 稱： 煉油廠常減壓裝置 空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)及部件優(yōu)化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 所在院(系)部： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 名 稱： 過程裝備與控制工程 2012 年 03 月 20 日說 明1根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作管理規(guī)定，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報告，由指導(dǎo)教師簽署意見、教研室審查，系教學(xué)主任批準(zhǔn)后實(shí)施。2開題報告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報告不合格者不得參加答辯。3畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通

2、順，外來語要同時用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4本報告中，由學(xué)生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于2000字，沒有經(jīng)過整理歸納，缺乏個人見解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開題報告按不合格論。5開題報告檢查原則上在第24周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題檢查后，應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報告。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報告學(xué)生姓名學(xué) 號專 業(yè)過程裝備與控制工程指導(dǎo)教師姓名職 稱所在系部機(jī)械工程學(xué)院課題來源企、事業(yè)單位委托課題課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題名稱煉油廠常減壓裝置空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)及部件優(yōu)化畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義課題背景： 能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源的開發(fā)和利用程度直接影響著國

3、民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，余熱回收是合理利用能源、節(jié)約能源、提高能源利用率等方面不可忽視的問題。加熱爐是煉油廠關(guān)鍵設(shè)備之一，在使用過程中將產(chǎn)生大量高溫?zé)煔猓艧熡酂嵛传@得充分利用，不但造成能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，還會污染環(huán)境。因此發(fā)展有效的余熱回收裝置是能源得以合理利用的有效方式。研究發(fā)現(xiàn)熱管是一種具有高導(dǎo)熱性、高傳熱效率的傳熱元件。我國熱管研究開始于1970年左右，1980年國內(nèi)第一臺試驗(yàn)性熱管換熱器運(yùn)轉(zhuǎn)成功1。近年來，工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用也已經(jīng)證明了熱管換熱器的確是一種高效、緊湊、耐用的換熱設(shè)備，它在工業(yè)余熱回收方面發(fā)揮了良好的作用，并積累了一定的使用經(jīng)驗(yàn)。課題內(nèi)容： 在眾多的傳熱元件中，

4、熱管是人們所知的最有效的傳熱元件之一。隨著熱管技術(shù)日趨發(fā)展成熟，熱管式換熱器在電站、鋼鐵、冶金、石油、化工、建材、輕工、制冷空調(diào)、電子等領(lǐng)域的節(jié)能應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用。熱管技術(shù)的應(yīng)用將推進(jìn)我國節(jié)能工作的進(jìn)程，同時降低對環(huán)境的熱污染，是一項(xiàng)很有發(fā)展前途的技術(shù)?？諝忸A(yù)熱器是利用排煙余熱來加熱燃燒所需空氣的熱交換設(shè)備。由于它工作在煙氣溫度最低的區(qū)域,回收了煙氣的熱量,降低了排煙溫度,因而提高了加熱爐的熱效率，同時也由于空氣被預(yù)熱,強(qiáng)化了燃料的著火和燃燒的過程,減少了燃料不完全燃燒的熱損失,進(jìn)一步提高了加熱爐的熱效率2。畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義本課題要求設(shè)計(jì)一臺加熱爐煙氣余熱回收熱管空氣預(yù)熱器，利

5、用常壓爐和減壓爐的高溫?zé)煔忸A(yù)熱空氣，使之作為燃料燃燒所需氧氣來源以達(dá)到節(jié)能之目的。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括傳熱工藝計(jì)算、熱管計(jì)算選型、預(yù)熱器本體設(shè)計(jì)等，并結(jié)合企業(yè)現(xiàn)狀對熱管進(jìn)行改進(jìn)，克服為避免低溫露點(diǎn)腐蝕而浪費(fèi)能源的現(xiàn)狀，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。課題意義：我國的能源短缺問題日趨嚴(yán)重，節(jié)能已被提到了重要的議事日程。大量的工業(yè)鍋爐和各種窯爐、加熱爐所排放的高溫?zé)煔?，用熱管?氣換熱器進(jìn)行余熱回收，所得到的高溫空氣可用于助燃或干燥，因此應(yīng)用前景非常廣闊。據(jù)有關(guān)報道稱，我國三分之二的能源被鍋爐吞噬，而我國工業(yè)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行效率只有65%左右，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的燃煤工業(yè)鍋爐運(yùn)行熱效率達(dá)85%，因此，提高工業(yè)鍋爐的熱效率，節(jié)

6、能潛力十分巨大。如果我國鍋爐的熱效率能夠提高10%，節(jié)約的能耗則相當(dāng)于三峽水庫一年的發(fā)電量，做好工業(yè)鍋爐及窯爐的節(jié)能工作對節(jié)約能源具有十分重要的意義37。利用熱管氣-氣換熱器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管殼式氣-氣換熱器，一方面,能夠大大提高預(yù)熱空氣進(jìn)入爐內(nèi)的溫度，降低煙氣溫度，從而大大提高鍋爐的熱效率；另一方面，熱管氣-氣換熱器運(yùn)行壓降非常小，有時甚至不需要增加引風(fēng)機(jī)等設(shè)備，從而使得運(yùn)行費(fèi)用大大降低。文獻(xiàn)綜述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：熱管作為一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱裝置，其概念首先是由美國通用發(fā)動機(jī)公司的Gaugler于1944年提出的1。熱管工作的主要任務(wù)是從加熱段吸收熱量，通過內(nèi)部相變傳熱過程，把熱量輸送到冷卻段，

7、從而實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移。完成這一轉(zhuǎn)移有6個同時發(fā)生而又相互關(guān)聯(lián)的主要過程。這6個過程是：(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)；文獻(xiàn)綜述結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)：(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(xì)作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。熱管的研究與開發(fā)最主要的是熱管材料。雖然幾乎所有金屬材料、無機(jī)及有機(jī)材料均可用于制作熱管，但只有與工作流體相容的材料才可能被選用。根據(jù)不同研究者

8、對熱管材料的研究成果已開發(fā)的熱管材料有8-10：銅、鋁、碳鋼、不銹鋼、鎳、鈦、鎢、鉻鎳鐵合金、鉬合金、碳化硅。近些年來，隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一種相變材料換熱技術(shù)與熱管技術(shù)有效結(jié)合起來的技術(shù)，如氫氧化鋇加6%氯化鋇的蓄熱體系11和復(fù)合中空熱管專利(ZL200920192288 1) 12材料。這無疑是一種非常高效的新型節(jié)能技術(shù)，一般的相變材料導(dǎo)熱系數(shù)較低，將熱管作為換熱元件應(yīng)用于相變蓄熱領(lǐng)域中是改進(jìn)相變蓄熱系統(tǒng)，提高其換熱效率的一個重要手段，還合理利用了排氣余熱，不僅在最大程度上節(jié)省了燃料，而且降低了污染物排放量，滿足我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。熱管式換熱器是一種新型的換熱器，將熱管元件

9、按一定行列間距成束裝在框架內(nèi)，用中間隔板等密封元件將加熱段和散熱段隔開，構(gòu)成熱管換熱器。熱管換熱器于70年代初才開始應(yīng)用于工業(yè)中作為節(jié)能設(shè)備。雖然熱管換熱器在工業(yè)中應(yīng)用時間不長，但發(fā)展速度很快。由于水-碳鋼熱管的研制成功，使得氣-氣熱管和氣-氣換熱器的制造成本大幅降低，從而促進(jìn)了熱管氣-氣換熱器的工業(yè)化應(yīng)用。熱管氣-氣換熱器綜合起來有如下一些特點(diǎn)13-15：(1)熱性能高。由于熱管氣-氣換熱器的加熱段和冷凝段都有帶翅片，大大擴(kuò)展了換熱表面，因此，其傳熱系數(shù)比普通光管氣-氣換熱器的要大好多倍；文獻(xiàn)綜述(2)流阻小，降低了換熱器運(yùn)行時的動力消耗。目前國內(nèi)已有數(shù)千臺熱管氣-氣換熱器先后投入使用，取得

10、了較好的使用效果。但也暴露了不少問題，如露點(diǎn)腐蝕、積灰。積灰對于灰塵較多的煙氣,如其在熱管氣-氣換熱器中設(shè)計(jì)流動速度過高,雖然能夠提高熱管的換熱能力,但是會加速熱管的磨損,且增大煙氣流動阻力;速度較小時,熱管翅片上易積灰,使熱管換熱能力下降,嚴(yán)重時堵塞換熱器,使其失效。這也與目前落后的設(shè)計(jì)方法有關(guān)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段難以通過進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)計(jì)算來避免積灰。露點(diǎn)腐蝕雖然也有工程技術(shù)人員已經(jīng)采用了以避免露點(diǎn)腐蝕為控制目標(biāo)的設(shè)計(jì)計(jì)算，但由于受傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算手段的限制，設(shè)計(jì)計(jì)算采用試算驗(yàn)證的方式進(jìn)行，難以做到各項(xiàng)參數(shù)的優(yōu)化組合，從而造成熱管氣-氣換熱器的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)的偏離，導(dǎo)致露點(diǎn)腐蝕，導(dǎo)致熱管失效

11、。此外還有熱管失效、漏風(fēng)等。這影響了熱管氣-氣換熱器的進(jìn)一步推廣。因此，急需對這些問題進(jìn)行細(xì)致分析與研究，完善熱管氣-氣換熱器的設(shè)計(jì)制造方法，提高熱管氣-氣換熱器的使用效果和壽命14。文獻(xiàn)綜述參考文獻(xiàn)：1. 莊駿,等.熱管與熱管換熱器.上海: 上海交通大學(xué)出版社, 19892. 陳慧雁,等.熱管和內(nèi)螺紋管在低溫空氣預(yù)熱器中的應(yīng)用 J .能源工程, 2003.13. 王斌斌，仇性啟.熱管及其換熱器在煙氣余熱回收中的應(yīng)用.工業(yè)加熱，2006,35(05):25-254. 方信科. 熱管技術(shù)在鍋爐空氣預(yù)熱器中的應(yīng)用.純堿工業(yè),2003, (05): 46-475. 郭振賢,劉仁濤.熱管換熱器應(yīng)用現(xiàn)狀

12、及其制約因素.應(yīng)用能源技術(shù),2002, (04):32-356. 紀(jì)紹斌,李生生.熱管技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展.山西建筑,2005,(13):146-147.7. 萬世清.利用熱管回收鍋爐煙氣余熱.中國設(shè)備工程,2005,(04):10-128. FavioDobran,Heat Rcovery Systems&CHP.9(1),67-1009. A.A.M.Deliletal.Proc.5th Int Heat Pipe Conf.Tsukuba10. D.Heire.etal.Int Heat Pipe Conf.Grenoble,(1987)11. 章學(xué)來,于美,于樹軒,林原培,施敏敏.

13、一種新型相變材料及其熱管式換熱器的研究M.上海:上海海事大學(xué)蓄冷技術(shù)研究所,201012. 朱文通.復(fù)合中空熱管材料管壁溫度與抗結(jié)露性能M.浙江:煒業(yè)鍋爐容器制造,201013. 羅林,陳如冰,姚壽廣.熱管技術(shù)在動力工程中的應(yīng)用.華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2003,(03):55-5714. 徐彬.無機(jī)熱傳導(dǎo)熱管空氣預(yù)熱器在加熱爐的應(yīng)用J.石油煉制與化工,2004,(5):16-1815. 王瑜,屈武第,黃桂云等.水熱媒空氣預(yù)熱器與熱管空氣預(yù)熱器的比較.石油煉制與化工,2004,(01):35-37研究內(nèi)容研究內(nèi)容：(1)傳熱工藝計(jì)算傳熱方程；傳熱量計(jì)算；對數(shù)平均溫差計(jì)算；熱管換熱器的總傳熱系數(shù)的

14、計(jì)算；流體橫向掠過翅片管的換熱系數(shù)計(jì)算；傳熱面積的計(jì)算；流體通過熱管換熱器的壓力降。(2)熱管計(jì)算選型根據(jù)一定的蒸汽速度確定熱管的直徑；按照工作壓力對熱管進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度校核；按照毛細(xì)極限對吸液芯進(jìn)行計(jì)算；驗(yàn)算其他的工作極限。(3)預(yù)熱器本體設(shè)計(jì)材料的選擇；筒體的設(shè)計(jì)溫度、壓力選擇；筒體厚度的計(jì)算；橢圓形封頭的設(shè)計(jì)；容器法蘭的選擇；開孔補(bǔ)強(qiáng)；隔板的設(shè)計(jì)。 (4)露點(diǎn)腐蝕防護(hù) 以重油或含硫瓦斯為燃料的鍋爐和工業(yè)加熱爐。燃燒時硫分被氧化, 在裝置的煙道、空氣預(yù)熱器等低溫部位與水凝聚成H2SO4 而產(chǎn)生的腐蝕稱為煙氣露點(diǎn)腐蝕或硫酸露點(diǎn)腐蝕。防止露點(diǎn)腐蝕可以從兩方面來考慮：使用低硫的重油( 含硫量在0.5

15、%以下) 可以不造成煙氣露點(diǎn)腐蝕；或在重油中加入能同SO3化合生成無腐蝕性物質(zhì)的添加劑( 如往重油中加入0.06% 的氫氧化鎂漿) 可大幅度地降低SO3的濃度, 從而減輕露點(diǎn)腐蝕；對設(shè)備表面進(jìn)行處理，如加表面涂層或加非金屬襯里。研究計(jì)劃研究計(jì)劃：第一周：調(diào)研、收集資料第二周：調(diào)研、收集并熟悉資料第三周：英文翻譯，撰寫開題報告第四周：完善開題報告第五周：確定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行預(yù)熱器工藝流程計(jì)算第六周：預(yù)熱器工藝流程計(jì)算第七周：預(yù)熱器工藝流程計(jì)算第八周：預(yù)熱器總圖設(shè)計(jì)第九周：預(yù)熱器總圖設(shè)計(jì)第十周：預(yù)熱器總圖設(shè)計(jì)第十一周：預(yù)熱器總圖設(shè)計(jì)第十二周：主要零部件圖設(shè)計(jì)第十三周：主要零部件圖設(shè)計(jì)第十四周：指導(dǎo)教師全面審閱，修改圖紙第十五周：整理