換熱器課程設(shè)計(jì)--光管鋼管式換熱器設(shè)計(jì)

1、<p>　　日期：2011年12月 題目</p><p>　　設(shè)計(jì)一臺利用銅精煉反射爐（然重油）的煙氣余熱預(yù)熱助燃空氣的煙道式光管鋼管換熱器。設(shè)計(jì)條件如下：</p><p>　　入換熱器的平均煙氣流量：Vh=2.0m3/s</p><p>　　入換熱器煙氣溫度：th=720oC</p><p>　　入換熱器空氣標(biāo)況流量：Vc=1.

2、45m3/s</p><p>　　入換熱器空氣溫度：tc,i=20oC</p><p>　　出換熱器空氣溫度：tc,o=335oC</p><p>　　地下水平煙道的斷面尺寸：</p><p>　　W * H = 1400mm * 1700mm</p><p>　　煙氣成分（體積百分?jǐn)?shù)）</p><

3、p>　　CO2 13.0SO2 2.75H2O 11.0O2 2.13N2 71.12</p><p><b>　　熱器結(jié)構(gòu)初步確定</b></p><p>　　(1)流道安排、流動方式及行程確定</p><p>　　煙道式換熱器一般不設(shè)金屬外殼，空氣在管內(nèi)流動而煙氣在管外流動；由于換熱器設(shè)置在水平煙道內(nèi)，煙氣

4、與空氣設(shè)計(jì)成正交逆流流動；受煙道高1700mm的限制?？諝饷總€行程的換熱管有效長度初步設(shè)定為1600mm，換熱器設(shè)計(jì)成1——2n行程，即煙氣為一行程，空氣為2n行程。</p><p><b>　　(2)換熱器規(guī)格</b></p><p>　　選用mm熱軋無縫管，規(guī)格滿足GB8162-87、GB8163-87要求。</p><p><b&g

5、t;　　(3)換熱管排列</b></p><p>　　考慮清灰方便，管群按正方形排列，并取管中心距</p><p><b>　?。╩）</b></p><p>　　取空氣在管內(nèi)的標(biāo)況流速，管內(nèi)徑:</p><p><b>　　其流通界面積:</b></p><p>

6、;　　一個行程空氣側(cè)需要流通界面積為：</p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p>　　一個行程需換熱管根數(shù):</p><p><b>　　（根）</b></p><p>　　煙道斷面寬度，則在其寬度上排列的換熱管列數(shù)為：</p><p><b>　　

7、（列）</b></p><p>　　順煙氣流向排列排，則</p><p><b>　　（排）</b></p><p>　　一個行程管群的排列見圖4-18。</p><p><b>　　換熱器的熱計(jì)算</b></p><p>　　在換熱器熱計(jì)算中，假定換熱器無換熱損

8、失、兩流體在換熱器中無流量損失、無變相、比熱容不變、僅有顯熱變化。</p><p><b>　　(1)有效換熱量</b></p><p>　　所謂有效換熱量是指空氣從被加熱到從煙氣所吸收的熱量。由于相應(yīng)溫度下空氣的比熱容分別為和，則有效換熱量為：</p><p>　　(2)煙氣出口溫度確定</p><p>　　根據(jù)熱平衡

9、方程，在換熱器內(nèi)空氣的吸熱等于煙氣的放熱。首先假定煙氣出口溫度，其質(zhì)量熱容，對應(yīng)煙氣入口溫度為比熱容，按熱平衡求出:</p><p>　　由于與原先假定的出口溫度相差小于4%，故可確定煙氣出口溫度為。</p><p>　　(3)流氣對熱平均溫差</p><p>　　逆流對流體在換熱器入口和出口的溫差分別為：</p><p>　　則流體對數(shù)平均

10、溫差為：</p><p>　　查圖4-7，正交逆流時的溫差補(bǔ)正系數(shù)，則對數(shù)平均溫差為：</p><p>　　(4)管內(nèi)空氣側(cè)傳熱系數(shù)</p><p>　　空氣在管內(nèi)的標(biāo)況流速：</p><p><b>　　空氣平均溫度：</b></p><p>　　空氣在管內(nèi)流動的雷諾數(shù)：</p>

11、<p>　　由于雷諾數(shù)大于，可知空氣在管內(nèi)屬湍流狀態(tài)，其傳熱系數(shù)可按公式（4-18A）計(jì)算。當(dāng)==30時，查第三章有關(guān)表得。設(shè)管壁平均溫度，則</p><p>　　對于直管，系數(shù)及為1，代入數(shù)值后得：</p><p>　　(5)管外煙氣測傳熱系數(shù)</p><p>　　1)煙氣對流傳熱系數(shù)</p><p>　　管群為正方形排列的管群在

12、垂直煙氣流向斷面換熱管長度L=1.6m，管群在最窄截面積為：</p><p>　　管群最窄截面處煙氣流速為：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　煙氣平均溫度：</b></p><p>　　對正方排列的管群的當(dāng)量直徑為：</p><p><

13、;b>　　煙氣流動的數(shù)為：</b></p><p>　　由于煙氣雷諾數(shù)，煙氣對管群的對流傳熱系數(shù)可按公式（4-21B）計(jì)算，當(dāng)時，查第三章有關(guān)圖表得、、、,煙氣垂直流過管群，帶入數(shù)值后得煙氣對流對流傳熱系數(shù)：</p><p>　　2)煙氣輻射傳熱系數(shù)</p><p>　　對于排列的管群，煙氣輻射的有效射線長度</p><p>

14、;<b>　　，</b></p><p>　　按煙氣成分，，在煙氣平均溫度時，查第三章有關(guān)圖表得。煙氣在自身溫度（）和壁溫（)下的輻射率分別為：</p><p>　　因此，系統(tǒng)的輻射率為：</p><p>　　煙氣對管群的輻射傳熱系數(shù)為：</p><p><b>　　煙氣側(cè)傳熱系數(shù)為：</b><

15、;/p><p><b>　　(6)總傳熱系數(shù)K</b></p><p>　　不考慮管壁及污垢熱阻時，換熱器總傳熱系數(shù)為：</p><p><b>　　(7)傳熱表面積F</b></p><p>　　考慮換熱器運(yùn)行后的結(jié)垢和留有適當(dāng)?shù)母辉Ｏ禂?shù)，最后確定換熱器的傳熱表面積為：</p><

16、p>　　(8)空氣側(cè)行程數(shù)的確定</p><p>　　的換熱管以外徑計(jì)的每米長的表面積為，在一個行程內(nèi)排的換熱管的根數(shù)N=66根，則一個行程具有的換熱面積為：</p><p>　　則換熱器的行程數(shù)為：</p><p>　　取n=4行程。因此換熱器的傳熱面積為：</p><p>　　(9)換熱器壁溫計(jì)算</p><p&

17、gt;　　換熱器平均壁溫按下式計(jì)算：</p><p>　　與前面計(jì)算過程所假定的相差小于1%，故可確認(rèn)壁溫。</p><p>　　對于逆流式換熱器因最高壁溫處于高溫流體的入口端，因此需計(jì)算最高壁溫，計(jì)算方法同上，只是采用入口端的各有關(guān)參數(shù)，計(jì)算出入口端的兩流體的傳熱系數(shù)，按上面計(jì)算壁溫的公式求出最高壁溫。經(jīng)計(jì)算，高溫流體入口端煙氣側(cè)和空氣側(cè)的傳熱系數(shù)分別為：</p><

18、p><b>　　則管壁最高溫度為：</b></p><p>　　(10)流體出口溫度驗(yàn)算</p><p>　　換熱器傳熱計(jì)算時流體平均溫差分別是以煙氣入口和出口，空氣入口和出口，而煙氣和空氣流量分別為和等基本參數(shù)求出換熱面積為；考慮換熱器運(yùn)行后的結(jié)垢影響并留有適當(dāng)?shù)母辉＃率箵Q熱表面積由增加到。若保持煙氣入口條件及空氣流量不變，則換熱器運(yùn)行初期將會因換熱面積增加

19、而導(dǎo)致空氣出口溫度高于設(shè)計(jì)值。具體數(shù)值經(jīng)過驗(yàn)算確定如下：</p><p><b>　　空氣出口溫度驗(yàn)算：</b></p><p><b>　　空氣水當(dāng)量：</b></p><p><b>　　煙氣水當(dāng)量：</b></p><p><b>　　水當(dāng)量之比：</b&

20、gt;</p><p><b>　　對空氣為：</b></p><p><b>　　對煙氣為：</b></p><p><b>　　熱傳遞單元數(shù)：</b></p><p><b>　　對空氣為：</b></p><p><b&

21、gt;　　對煙氣為：</b></p><p>　　對正交逆流4行程換熱器，換熱器溫度效率按公式（4-34B）計(jì)算為： </p><p><b>　　則空氣出口溫度為：</b></p><p>　　驗(yàn)算結(jié)果空氣出口溫度與設(shè)計(jì)要求基本相符。</p><p>　　2）煙氣出

22、口溫度驗(yàn)算</p><p><b>　　煙氣出口溫度為：</b></p><p>　　與熱計(jì)算預(yù)先假定的相近。</p><p><b>　　流體流動壓降計(jì)算</b></p><p>　　壓力計(jì)算示意圖見圖4-19。</p><p><b>　　(1)空氣流動壓降&l

23、t;/b></p><p><b>　　1）摩擦壓損</b></p><p><b>　　空氣平均溫度為：</b></p><p>　　管內(nèi)空氣流動雷諾數(shù)（見傳熱計(jì)算），屬湍流流動，其摩擦阻力系數(shù)為：</p><p>　　空氣在管內(nèi)的流速，其摩擦壓損按公式（4-43A）計(jì)算：</p>

24、;<p><b>　　2）行阻壓損</b></p><p><b>　　空氣入口漸擴(kuò)段</b></p><p>　　查附錄六得其阻力系數(shù)為突然擴(kuò)大局部阻力系數(shù)的0.8倍，而突擴(kuò)阻力系數(shù)為：</p><p>　　則入口簡漸擴(kuò)的阻力系數(shù)為： </p><p>　　空氣出口漸縮段，由于<

25、;/p><p>　　,出口收縮角，查附錄六得漸縮局部阻力系數(shù)為：</p><p>　　換熱器入口的局部阻力系數(shù)，換熱管出口，空氣在空氣室內(nèi)轉(zhuǎn)的局部阻力系數(shù)，換熱器空氣入口與出口的溫度補(bǔ)正系數(shù)按下式計(jì)算：</p><p>　　換熱器內(nèi)空氣側(cè)阻力系數(shù)為：】</p><p>　　空氣側(cè)形阻壓損按公式（4-45A）計(jì)算為：</p><

26、p>　　則換熱器空氣側(cè)壓降為：</p><p><b>　　(2)煙氣側(cè)壓降</b></p><p>　　沿?zé)煔饬鲃臃较蚬苋旱目偱艛?shù)：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　煙氣平均溫度,煙氣流動雷諾數(shù)</p><p><b>　?。╩）

27、,</b></p><p>　　換熱管對角線中心距為：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　由于</b></p><p>　　則煙氣流過管群的阻力系數(shù)按下式計(jì)算：</p><p>　　溫度補(bǔ)正系數(shù)按下公式計(jì)算：</p>

28、<p>　　則煙氣流過管群的壓降為：</p><p>　　傳熱器技術(shù)性能及總圖</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算最后確定換熱器的技術(shù)性能見表4-17。換熱器總圖草圖見圖4-15。</p><p>　　80鋼管換熱器技術(shù)性能 表4—17</p><p>　　5設(shè)計(jì)計(jì)算最后確定換熱器的技術(shù)性能。換熱器總圖見圖及附件CAD圖紙。&l