管組式換熱器

1、 換熱器課程設(shè)計(jì)目錄緒論 1一 設(shè)計(jì)內(nèi)容2二 設(shè)計(jì)條件2三 設(shè)計(jì)過(guò)程23-1 確定管組圓筒直徑 43-2 煙氣通道直徑及煙氣流速確定 43-3熱計(jì)算 5 3-3-1 換熱器熱負(fù)荷確定5 3-3-2 煙氣出口溫度確定5 3-3-3 對(duì)數(shù)平均溫度確定6 3-3-4 空氣側(cè)傳熱系數(shù)計(jì)算6 3-3-5 煙氣側(cè)傳熱系數(shù)計(jì)算7 3-3-6 換熱器總傳熱系數(shù)K113-3-7 傳熱面積F113-3-8 管組圓筒高度確定113-3-9 核算管段入口系數(shù)kL11 3-4 換熱器驗(yàn)算 12 3-4-1 空氣出口溫度13 3-4-2 煙氣出口溫度13 3-4-3 壁溫計(jì)算13 3-5 流體壓降計(jì)算 14 3-5-1

2、空氣側(cè)摩擦壓損14 3-5-2 空氣側(cè)形組壓損14 3-5-3 空氣側(cè)總壓降14四 技術(shù)性能表及總圖15 緒論一、 設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一臺(tái)利用蒸汽余熱預(yù)熱助燃空氣的管組式（鳥籠式）換熱器二、設(shè)計(jì)條件如下：1. 入換熱器的平均煙氣標(biāo)況流量：Vh=0.90m3/s；2. 入換熱器煙氣溫度：th,i=1170；3. 入換熱器空氣標(biāo)況流量：Vc=0.80m3/s；4. 入換熱器空氣溫度：th,i=20；5. 出換熱器空氣溫度：th,o=440；6. 煙氣成分（V/V,%)，如表2-1所示：表2-1成分(V/V)CO2SO2H2OO2N2121.5110.01.1175.387. 換熱管直徑=423.5mm

3、三、設(shè)計(jì)過(guò)程：3-1 確定管組圓筒直徑取空氣在管內(nèi)標(biāo)況流速c16m/s，423.5mm換熱管的流通截面積f00.00096m2，管組圓筒采用的管子根數(shù)為： n52(根) （3-1） 取管中心距S184mm，則管組圓筒的直徑為： D1.32(m) （3-2） 3-2 煙氣通道直徑及煙氣流速確定取煙氣通道內(nèi)壁距管中心距離為： S2=3d=30.042=0.126(m) （3-3） 則煙氣通道內(nèi)直徑為： Db=D+2S2=1.32+20.126=1.57 (m) （3-4）煙氣通道斷面積為： （3-5）煙氣標(biāo)況流速為： （3-6)3-3 熱計(jì)算3-3-1 換熱器熱負(fù)荷確定 換熱器將空氣由20加熱到4

4、50的有效熱負(fù)荷為： （3-7)=0.80(1360440-130220)=457888(W)3-3-2煙氣出口溫度確定若不考慮熱損失，根據(jù)熱平衡空氣的吸熱等于煙氣的防熱，設(shè)煙氣出口溫度th.o=880，其比熱容ch.o=1538J/m3，煙氣入口溫度th.i=1170，其比熱容ch.i=1586J/m3，根據(jù)熱平衡計(jì)算得出煙氣出口溫度為： （3-8)=876（）與假定的880基本相等，故確定煙氣出口溫度th.o=880。3-3-3 對(duì)數(shù)平均溫度差確定煙氣與空氣為順流流動(dòng)，煙氣進(jìn)口和出口處兩流體溫度差為：進(jìn)口處： ti =1170-20=1150 () （3-9） 出口處： to=880-44

5、0=440 () （3-10）由于ti/to=1150/440=2.612，故取對(duì)數(shù)平均溫度差： （3-11)3-3-4 空氣側(cè)傳熱系數(shù)計(jì)算空氣平均溫度為： （) （3-12)空氣流動(dòng)雷諾數(shù)為： （3-13) 可知空氣在管內(nèi)屬湍流流動(dòng)。先按L/d50，則補(bǔ)正系數(shù)kL=1.0，設(shè)管壁溫度tw710（），溫度補(bǔ)正系數(shù)： （3-14)=0.72因此，空氣側(cè)的傳熱系數(shù)為： （3-15) =54.0W/(m2)3-3-5 煙氣側(cè)傳熱系數(shù)計(jì)算由于煙氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)所占份額很小可或略不計(jì)，僅計(jì)其輻射傳熱部分，并對(duì)進(jìn)口，出口端分別計(jì)算然后取平均值。 煙氣入口端輻射傳熱系數(shù)煙氣有效射線長(zhǎng)度為：m煙氣成分為：CO

6、2 12%，H2O 10%（當(dāng)煙氣溫度th.i1170時(shí)，查有關(guān)圖表分別得：），因此可求得煙氣的黑度為： （3-16)設(shè)管組圓筒壁的黑度b=0.8，而系數(shù)按公式為： （3-17)按公式可求得系統(tǒng)的輻射系數(shù)為： （3-18)=1.77W/(m2)入口處煙氣溫度th.i=1170，空氣溫度為tc.i=20 ,設(shè)壁溫tw.i=1020，則溫度補(bǔ)正系數(shù)為： （3-19)煙氣出口段輻射傳熱系數(shù)當(dāng)煙氣溫度th.o=880時(shí)，查圖及資料分別可得：因此可求得煙氣得黑度為： （3-20)設(shè)管組圓筒壁的黑度，按公式求得系統(tǒng)的輻射系數(shù)為： （3-21） =1.95W/(m2)煙氣入口處空氣側(cè)得對(duì)流傳熱系數(shù)為： （3

7、-22) =32W/(m2) 按公式求得： （3-23) =2691(K) （3-24)查表得，則管壁溫度為： （K) （3-25)或tw=1292-273=1019，與原假定的1020基本接近，故可按tw.i=1020進(jìn)行下一步計(jì)算。當(dāng)煙氣溫度為壁溫1020時(shí)，查相關(guān)圖表得則煙氣的黑度為： （3-26)按下式計(jì)算得出煙氣入口處的輻射傳熱系數(shù)為： （3-27) =131W/(m2)出口處煙氣溫度th.o=880，空氣溫度tc.i=440.設(shè)壁溫tw.o=690,溫度補(bǔ)正系數(shù)為： （3-28)則煙氣出口端空氣側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為： （3-29) =70W/(m2) （3-30) （3-31)查表得

8、，則管壁溫度為： （K) （3-32)或,與原假定的基本接近，故可按進(jìn)行以下熱計(jì)算。當(dāng)煙氣溫度為壁溫690時(shí)，查表可得則煙氣黑度為： （3-33)按計(jì)算得出煙氣入口處的輻射傳熱系數(shù)為： （3-34)煙氣平均傳熱系數(shù)（僅考慮輻射傳熱系數(shù)） =122W/(m2) （3-35)3-3-6 換熱器總傳熱系數(shù)K =37.4W/(m2) （3-36)3-3-7 傳熱表面積F （3-37)3-3-8 管組圓筒高度確定查表可得，換熱管每米長(zhǎng)加熱表面積（按外徑計(jì)），則管組圓筒高度為： （3-38)3-3-9 核算管段入口系數(shù)kL 換熱管長(zhǎng)度L=H=2.509m，管內(nèi)徑，此時(shí)，計(jì)算空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)的管段入口系

9、數(shù)=1.0，故前面空氣對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算時(shí)假定=1.0是正確的，不需計(jì)算。3-4 換熱器驗(yàn)算3-4-1 空氣出口溫度當(dāng)空氣溫度=230 時(shí)比熱容為： =1331J/（) （3-39)其水當(dāng)量為： 0.801331=1065（W/) （3-40)當(dāng)煙氣平均溫度為： 時(shí) （3-41)比熱容為： J/（）其水當(dāng)量為 ： （W/) （3-42)水當(dāng)量之比為： Re= （3-43)換熱器空氣側(cè)的熱傳遞單元數(shù)為： （3-44)換熱器空氣側(cè)傳熱有效度（順流式）為： （3-45)= 0.363則，空氣出口溫度為： （3-46)=20+0.363（117020）=437（)3-4-2煙氣出口溫度： （3-47)（

10、)傳熱計(jì)算中假定的880低27，誤差3.1%（2,屬湍流流動(dòng)，按公式得其摩擦壓損為： （3-51) =843（Pa)3-5-2 空氣側(cè)形阻壓損 取空氣進(jìn)，出口端環(huán)形集管的阻力系數(shù)，溫度補(bǔ)正系數(shù)按公式為： （3-52) 則空氣形阻壓損為： （3-53) =1443(Pa) 3-5-3 空氣側(cè)總壓降 （Pa) （3-54)四、管組式輻射換熱器技術(shù)性能表見表4-1：表4-1序號(hào)名稱數(shù)值1傳熱表面積/16.62流動(dòng)方式順流式3空氣入口溫度/204空氣出口溫度/4405空氣標(biāo)況流量/0.806煙氣入口溫度/11707煙氣出口溫度/8808煙氣標(biāo)況流量0.909空氣標(biāo)況流速/1610煙氣標(biāo)況流速/0.48

11、11總傳熱系數(shù)/37.412管組圓筒直徑/mm132013換熱管直徑/mm423.514換熱管材質(zhì)0Cr23Ni1315煙氣通道內(nèi)徑/mm157016空氣側(cè)壓降/Pa2276五、性能分析 1、換熱效率高：在較低的流速下形成湍流，當(dāng)雷諾數(shù)Re大約為20000時(shí)形成湍流，換熱效率是管殼式換熱器的3-5倍。2、熱回收率高：智聯(lián)換熱器末端溫差可以達(dá)1度，熱回收率90%以上。3、BRB不等截面換熱器，是兩側(cè)流道截面積不等，形成寬、窄流道，流通面積之比為2：1，使其兩種介質(zhì)在同流速下流量比為2：1，從而提高傳熱效率，降低一側(cè)阻力損失，不等截面積采用對(duì)角流結(jié)構(gòu)，使傳熱更充分。4、結(jié)構(gòu)緊湊：體積小是管式換熱器

12、的1/5-1/10，重量是列管的1/5。5、拆卸清洗方便：可根據(jù)需要增加或減少板片來(lái)實(shí)現(xiàn)變換換熱面積。6、投資費(fèi)低：適應(yīng)使用貴重金屬材料工況，智聯(lián)換熱器投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它換熱器。板片材料：不銹鋼304、316、316L鈦、鈦鈀合金、銅板、碳鋼板、復(fù)合板等，可根據(jù)用戶需要選用其它板材。密封墊材料：耐油丁晴膠墊、耐溫三元乙丙膠墊、混合膠墊等材料，使用溫度零下30攝氏度到200攝氏度，工作壓力最高2MPa。六、個(gè)人總結(jié)：本次換熱器課程設(shè)計(jì)是對(duì)鳥籠式換熱器的設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料、上網(wǎng)搜索資料以及反復(fù)計(jì)算核實(shí)，本鳥籠式換熱器的設(shè)計(jì)可以說(shuō)基本完成了。下面就是對(duì)本次設(shè)計(jì)的一些感受和體會(huì)。經(jīng)過(guò)兩周時(shí)間努力

13、，換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算、理論分析、性能評(píng)測(cè)等環(huán)節(jié)，參閱各類書籍若干，與同學(xué)交流合作之功效，最終將此鳥籠式換熱器的設(shè)計(jì)說(shuō)明書和結(jié)構(gòu)圖整理出來(lái)。這期間，最艱難的莫過(guò)于對(duì)于設(shè)計(jì)計(jì)算這方面，因?yàn)檎`差的影響導(dǎo)致很多數(shù)據(jù)只能大概估計(jì)，并不能準(zhǔn)確無(wú)誤的帶入公式計(jì)算結(jié)果，因此，結(jié)果將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，但是也在預(yù)料之中，將其控制在誤差范圍就可以了。其次，由于很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有接觸AutoCAD，因此繪畫三視圖注定是重新學(xué)習(xí)工程制圖的過(guò)程，過(guò)程很艱難但是結(jié)果確實(shí)很讓人自豪，既學(xué)習(xí)了繪畫技術(shù)和技巧，又掌握了大致的畫圖思路，收益良多，最后，請(qǐng)教老師一些疑難問(wèn)題，并最終產(chǎn)生如今的成果。當(dāng)然，問(wèn)題難免會(huì)出現(xiàn)在其中，甚至錯(cuò)誤，但是思

14、路清晰了，技術(shù)理解了，比什么都重要。本設(shè)計(jì)所需要的換熱器通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)可以達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，且設(shè)計(jì)的鳥籠式換熱器所需的換熱面積較合適，計(jì)算得的面積裕度也較合適，這樣所損耗的熱量相對(duì)來(lái)說(shuō)不會(huì)很大。至于本設(shè)計(jì)能否用在實(shí)踐中生產(chǎn)，或者生產(chǎn)的效率是否會(huì)很低，這些只有在實(shí)踐中才能具體的說(shuō)明。課程設(shè)計(jì)需要學(xué)生自己做出決策，自己確定實(shí)驗(yàn)方案、選擇流程、查取資料、進(jìn)行過(guò)程和設(shè)備的計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè)計(jì)是增強(qiáng)工程觀念、培養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何根據(jù)工藝過(guò)程的條件查找相關(guān)資料，并從各種資料中篩選出較適合的資料，根據(jù)資料確定主要工藝流程，主要設(shè)備，及計(jì)算出主要設(shè)備及輔助設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)及數(shù)據(jù)。了解到了工藝設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中要進(jìn)行工藝參數(shù)的計(jì)算。通過(guò)設(shè)計(jì)不但鞏固了對(duì)主體設(shè)備圖的了解，還學(xué)習(xí)到了工藝流程圖的制法。通過(guò)本次設(shè)計(jì)不但熟悉了換熱器課程設(shè)計(jì)的流程，加深了對(duì)換熱器設(shè)備的了解，而且學(xué)會(huì)了更深入的利用圖書館及網(wǎng)上資源，對(duì)前面所學(xué)課程有了更深的了解。但由于本課程設(shè)計(jì)時(shí)間比較緊，查閱的文獻(xiàn)有限，本課程設(shè)計(jì)還有較多地方不夠完善，不能夠進(jìn)行有效可靠的計(jì)算。本次設(shè)計(jì)非常感謝歐少端老師的指導(dǎo)，有了他的指導(dǎo)使得我們更快的進(jìn)入課程設(shè)計(jì)的狀態(tài)，使我們