換熱器設(shè)計(jì)報(bào)告1

1、中南大學(xué)課題設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課 題 煙道式光管鋼管換熱器_ 學(xué) 院 能源科學(xué)與工程學(xué)院_ 學(xué)生姓名 尹亞平_ 指導(dǎo)教師_ _專業(yè)班級(jí) _熱動(dòng)1002_ 學(xué) 號(hào) _ 2011年 01月07日目錄一 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 3二 確定設(shè)計(jì)方案及相關(guān)計(jì)算 4三 換熱器的熱計(jì)算 6 四 換熱器溫度校驗(yàn) 12 五 流體流動(dòng)壓降計(jì)算 14 六 換熱器技術(shù)性能 17 七 總結(jié) 18九 參考文獻(xiàn) 19 一 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（1） 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)某一有色熔煉爐煙氣余熱加熱助燃空氣的煙道式光管鋼管換熱器。（二）設(shè)計(jì)條件（1）地下水平煙道的斷面尺寸：（2）煙氣成分（V/V, %）CO2SO2H2OO2N2成分(V/V)%5,856.703.

2、704.6579.101） 入換熱器的平均煙氣標(biāo)況流量：Vh=1.94m3/s;2） 入換熱器煙氣溫度：th,i=640；3） 入換熱器空氣標(biāo)況流量：Vc=1.53 m3/s;4） 入換熱器空氣溫度：th,i=20；5） 出換熱器空氣溫度：th,o=340；（三）設(shè)計(jì)工作要求： （1）確定換熱器結(jié)構(gòu)：（2）換熱器熱計(jì)算（包括設(shè)計(jì)計(jì)算與流體出口溫度校驗(yàn)計(jì)算）（3）流體流動(dòng)壓降計(jì)算（4）換熱器技術(shù)性能（5）總結(jié)（6）附錄 換熱器總圖（1#）二 確定設(shè)計(jì)方案及相關(guān)計(jì)算（一）換熱器選型（1） 因?yàn)楸活A(yù)熱的介質(zhì)是空氣，所以可以選擇氣密性好的列管式換熱器。（2） 煙氣溫度是820應(yīng)選用抗氧化耐熱金屬。（3

3、） 煙氣成分里含有大量SO2，換熱器材質(zhì)選用考慮煙氣的高溫和底紋腐蝕，故采用抗氧化的 耐熱金屬。經(jīng)以上分析采用抗氧化金屬制造的列管式換熱器。（二）換熱器結(jié)構(gòu)初步確定（1） 流道安排，流動(dòng)方式煙道式列管換熱器由于無(wú)金屬外殼，一般預(yù)熱的空氣在管內(nèi)流動(dòng)，煙氣在管外流動(dòng)?？紤]到煙氣壓降不可能太大，煙氣一般設(shè)計(jì)水平煙道以一行程貫通換熱器（列管），換熱器宜垂直煙氣流動(dòng)方向組成正交時(shí)流動(dòng)。由于換熱器設(shè)置在水平煙道內(nèi)，煙氣與空氣設(shè)計(jì)成正交逆流流動(dòng)，受到高1700mm的限制，空氣每個(gè)行程的換熱管有效長(zhǎng)度初步設(shè)定為1600mm，換熱器設(shè)計(jì)成12n行程，即煙氣為1行程，空氣為2n行程。（2） 換熱管的規(guī)格選用熱軋無(wú)

4、縫鋼管，規(guī)格滿足要求。 （3） 換熱管排列考慮清灰方便，管群按正方形排列，并取管中心距取空氣在管內(nèi)的表狂流速管內(nèi)徑，其流通截面積一個(gè)行程空氣側(cè)需要的流通面積一個(gè)行程需要的換熱管根數(shù)N=f/f0=煙道斷面寬度B=1.392m。則在其寬度上排列的換熱管列數(shù)為：m= =10(列)順煙氣流向排列M排，則 (排） 圖1-1 一個(gè)行程管群排列圖三 換熱器的熱計(jì)算在換熱器熱計(jì)算中，假定換熱器無(wú)熱損失，兩流體在換熱器中無(wú)流量損失，無(wú)相變，比熱容不變，僅有顯熱變化。（1） 有效換熱量Q所謂有效換熱量是指空氣從20被加熱到380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： （2） 煙氣出

5、口溫度確定根據(jù)熱平衡方程，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450,比熱容，按熱平衡求出：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是（3） 流體對(duì)數(shù)平均溫差逆流式流體在換熱器入口和出口的溫差分別為：則流體平均對(duì)數(shù)溫差為：查有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)第四章有關(guān)表格得正交逆流時(shí)的溫差補(bǔ)正系數(shù)，則對(duì)數(shù)平均溫差為：（4） 管內(nèi)空氣側(cè)的傳熱系數(shù)空氣在管內(nèi)的標(biāo)況流速： 空氣平均溫度： 空氣在管內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)：由于雷諾數(shù)小于,可知空氣在管內(nèi)屬湍流狀態(tài)，其傳熱系數(shù)可按公式計(jì)算，當(dāng)時(shí)，查有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)第三章有關(guān)表格有.設(shè)管壁平均溫度則：對(duì)于直管，系數(shù),帶入數(shù)值后得：（5） 管

6、外煙氣側(cè)傳熱系數(shù)1）煙氣對(duì)流傳熱系數(shù)管群為正方形排列的管群在春至煙氣流向斷面換熱管長(zhǎng)度L=1.6m,管群在最窄截面積為： 管群最窄界面處煙氣流速為： ，煙氣的平均溫度：對(duì)于正方形排列的管群的當(dāng)量直徑為： 煙氣流動(dòng)的雷諾數(shù)為：由于煙氣雷諾數(shù)，煙氣對(duì)管群的對(duì)流傳熱系數(shù)可以按如下的公式計(jì)算：當(dāng)時(shí)，查有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)第三章有關(guān)圖表得，,煙氣垂直流過(guò)帶入數(shù)值后得煙氣對(duì)流傳熱系數(shù) 2）煙氣輻射傳熱系數(shù)對(duì)于排列的管群，煙氣輻射的有效射線長(zhǎng)度按煙氣成分，在煙氣的平均溫度下查有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)第三章有關(guān)表格得煙氣在自身溫度下和壁溫下的輻射率為：因此，系統(tǒng)的輻射率為：煙氣側(cè)的傳熱系數(shù)為：（6）總傳熱系數(shù)K不考慮

7、壁管及污垢熱阻時(shí)，換熱器的總傳熱系數(shù)為：（7）傳熱表面積 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系數(shù)為： （7） 空氣側(cè)行程數(shù)的確定的換熱管以外徑每米長(zhǎng)的表面積為，在一個(gè)行程內(nèi)排的換熱管根數(shù)根，則一個(gè)行程具有的換熱面為：，則換熱管的行程數(shù)為，取行程。因此，換熱器的傳熱面積為：（8）換熱器壁溫計(jì)算換熱器平均壁溫按下式計(jì)算： 與前面的計(jì)算過(guò)程所假設(shè)的相差小于10%，故可認(rèn)為壁溫對(duì)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)算方法同上面的計(jì)算，只是采用入口端的各有關(guān)參數(shù)，計(jì)算出口入口端的兩流體的傳熱系數(shù)，按上面的計(jì)算壁溫的公式求出最高壁溫，經(jīng)計(jì)

8、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：則管壁最高溫度為： 四 換熱器溫度校驗(yàn)換熱器傳熱計(jì)算時(shí)流體平均溫差分別是以煙氣入口和出口，空氣入口和出口，而煙氣和空氣的流量分別是和等基本參數(shù)求出換熱表面積，考慮換熱器運(yùn)結(jié)垢行后的影響并留有適當(dāng)富裕，致使換熱表面積增加到。若使煙氣入口條件及空氣流量不變，則換熱器運(yùn)行初期會(huì)因換熱表面積增加而導(dǎo)致空氣出口溫度高于設(shè)計(jì)值。具體數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)算確定如下：（1）空氣出口溫度校驗(yàn)空氣水當(dāng)量：煙氣水當(dāng)量：水當(dāng)量之比：對(duì)空氣為：對(duì)煙氣為： 熱傳遞單元數(shù)：對(duì)空氣為：對(duì)煙氣為： 對(duì)正交逆流4行程換熱器，換熱器溫度效率按公式計(jì)算為： 則空氣出口溫度為： 驗(yàn)算結(jié)果空氣出口溫

9、度與設(shè)計(jì)要求基本相符。（2）煙氣出口溫度驗(yàn)算： 煙氣出口溫度為： 與熱計(jì)算預(yù)先設(shè)定的435相近。五 流體流動(dòng)壓降計(jì)算：壓降計(jì)算示意圖見(jiàn)圖：圖5-1（1） 空氣流動(dòng)壓降1） 摩擦壓損 空氣平均溫度為： 管內(nèi)空氣流動(dòng)雷諾數(shù)，屬湍流流動(dòng)，其摩擦阻力系數(shù)為： 空氣在管內(nèi)的流速，其摩擦壓損按公式計(jì)算： 2） 形阻壓損空氣入口漸近段: ，查有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)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：,則入口漸闊的阻力系數(shù)為：。空氣的出口漸縮段由于 ，出口收縮角查有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)附錄六得漸縮局部阻力系數(shù)為：換熱管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)180的局部阻力系

10、數(shù)，換熱器空氣入口與出口的溫度補(bǔ)償系數(shù)按下式計(jì)算：換熱器內(nèi)空氣側(cè)阻力系數(shù)為：空氣側(cè)形阻壓按公式計(jì)算為：則換熱器空氣側(cè)壓降為：（3）煙氣側(cè)壓降沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向管群的總排數(shù)：（排）煙氣平均溫度，煙氣流動(dòng)的雷諾數(shù)，換熱管的對(duì)角線中心距為：由于則煙氣流過(guò)管群的阻力系數(shù)按以下公式計(jì)算：溫度補(bǔ)正系數(shù)按公式為：則煙氣流過(guò)管群的壓降為：六 換熱容器技術(shù)性能鋼管換熱器技術(shù)性能序號(hào)名稱數(shù)值序號(hào)名稱數(shù)值1傳熱表面積8410煙氣側(cè)傳熱系數(shù)49.72煙氣標(biāo)況流量1.9411總傳熱系數(shù)22.53煙氣入口溫度64012最高管壁溫5104煙氣出口溫度42013換熱管規(guī)格5空氣標(biāo)況流量1.5314高溫段換熱管質(zhì)Cr18Ni96空

11、氣入口溫度2015換熱管長(zhǎng)度1.607空氣出口溫度34016換熱管根數(shù)/根2808空氣標(biāo)況流速9.9417空氣壓降31629空氣側(cè)傳熱系數(shù)41.218煙氣壓降91.5七 總結(jié)這次換熱器的課程設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)上來(lái)看，我設(shè)計(jì)的換熱器基本符合工業(yè)上用的換熱器，換熱器多適用于煙道內(nèi)，結(jié)構(gòu)大致由換熱管和換熱箱組成。包括由多根換熱管兩端分別插入上管板和下管板組成的管束，換熱管中為空氣流道，管束的多個(gè)換熱管間為煙氣流道，管束通過(guò)連接集合箱使空氣依次從多組管束的換熱管中流過(guò)。我設(shè)計(jì)的煙氣溫度是，比實(shí)際氣體要低，所以各種參數(shù)的選擇與實(shí)際情況有些許差別。在換熱器的設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們自己由于有知識(shí)上的局限，造成了設(shè)計(jì)上的

12、不準(zhǔn)確。在利用煙氣成分計(jì)算其比容時(shí)，只是算書(shū)一個(gè)大概的比容，沒(méi)有達(dá)到精確的程度；在利用煙氣成分查圖求得其輻射度的問(wèn)題上，由于方法的不同和圖表的不清楚及自己在判斷上的誤差，造成了輻射度問(wèn)題的誤差；在一些計(jì)算過(guò)程中，我們都采用了四舍五入的方法求得值，這樣也回使我的計(jì)算存在很大的問(wèn)題。從設(shè)計(jì)結(jié)果可看出，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，這主要是因?yàn)榭諝獾某隹跍囟仍龈?，總的傳熱溫差下降，所以換熱面積要增大，才能保證Q和K.因此，換熱器尺寸增大，金屬材料消耗量相應(yīng)增大.通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)，我們可以知道，為提高傳熱效率，降低經(jīng)濟(jì)投入，設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇十分重要.最后，這次的換熱器課程設(shè)計(jì)自己換了很多的時(shí)間來(lái)研究它，因?yàn)橐郧白约褐挥幸粋€(gè)感性的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在要我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)東西，很難。于是，從圖書(shū)館借書(shū)，借一些相關(guān)計(jì)算的例題來(lái)弄清楚它的具體的計(jì)算方法，找老師問(wèn)一些基礎(chǔ)的問(wèn)題之后自己在慢慢的學(xué)會(huì)假設(shè)，計(jì)算，校驗(yàn)。最終在自己的努力和老師的幫助下，做完了課程設(shè)計(jì)。這次的換熱器設(shè)計(jì)上，自己學(xué)到了很多的東西：掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力；培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力；學(xué)會(huì)了用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力，從而是自己的學(xué)習(xí)知識(shí)能力得到了很