鳥籠式 換熱器課程設(shè)計說明書

1、鳥籠式換熱器設(shè)計說明書學(xué)院：能源科學(xué)與工程學(xué)院班級：熱動0801姓名：王亞軍學(xué)號：1003080125指導(dǎo)老師：歐少端完成時間：2011-01-08管組式（鳥籠式）換熱器一、設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計一臺利用蒸汽余熱預(yù)熱助燃空氣的管組式（鳥籠式）換熱器二、設(shè)計條件如下：1）入換熱器的平均煙氣標(biāo)況流量：Vh=0.94m3/s；2）入換熱器煙氣溫度：th,i=1150；3）入換熱器空氣標(biāo)況流量：Vc=0.83m3/s；4）入換熱器空氣溫度：th,i=20；5）出換熱器空氣溫度：th,o=480；6）煙氣成分（V/V,%)成分(V/V)CO2SO2H2OO2N25.856.703.704.6579.107）換熱

2、管直徑=42×3.5mm三、設(shè)計過程：取空氣在管內(nèi)標(biāo)況流速c16m/s，42×3.5mm換熱管的流通截面積f00.00096m2，管組圓筒采用的管子根數(shù)為：n54(根)取管中心距S184mm，則管組圓筒的直徑為：D1.44 (m)3.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=3×0.042=0.126(m)，則煙氣通道內(nèi)直徑為：Db=D+2S2=1.44+2×0.126=1.69 (m)煙氣通道斷面積為：fb2.16 (m2)煙氣標(biāo)況流速為：4.熱計算（1）換熱器熱負(fù)荷確定換熱器將空氣由20加熱到450的有效熱負(fù)荷為： =0.83

3、×(1361×753-1302×293) =533978(W)(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=800，其比熱容ch.o=1480J/m3，煙氣入口溫度th.i=1150，其比熱容ch.i=1524J/m3，根據(jù)熱平衡計算得出煙氣出口溫度為： = 800（）與假定的800基本相等，故確定煙氣出口溫度th.o=800。（3）對數(shù)平均溫度差確定煙氣與空氣為順流流動，煙氣進(jìn)口和出口處兩流體溫度差為：進(jìn)口處 ti =1150-20=1130 () 出口處 to=800-480=320 ()由于ti/to=11

4、30/320=3.572>2，故取對數(shù)平均溫度差： （4）空氣側(cè)傳熱系數(shù)計算空氣平均溫度為：空氣流動雷諾數(shù)為： 可知空氣在管內(nèi)屬湍流流動。先按L/d>50，則補(bǔ)正系數(shù)kL=1.0，設(shè)管壁溫度tw750（），溫度補(bǔ)正系數(shù) =0.75因此，空氣側(cè)的傳熱系數(shù)為： （5）煙氣側(cè)傳熱系數(shù)計算由于煙氣側(cè)對流傳熱系數(shù)所占份額很小可或略不計，僅計其輻射傳熱部分，并對進(jìn)口，出口端分別計算然后取平均值。1）煙氣入口端輻射傳熱系數(shù)煙氣有效射線長度為：，煙氣成分為：CO2 5.85%，H2O 3.70%（當(dāng)煙氣溫度th.i1200時，查有關(guān)圖表分別得：，,因此可求得煙氣的黑度為：設(shè)管組圓筒壁的黑度b=0.

5、8，而系數(shù)按公式為： 按公式可求得系統(tǒng)的黑度為： 入口處煙氣溫度th.i=1150，空氣溫度為tc.i=20 ,設(shè)壁溫tw.i=900，則溫度補(bǔ)正系數(shù)為： 2)煙氣出口段輻射傳熱系數(shù)當(dāng)煙氣溫度th.o=900時，查圖及資料分別可得： 因此可求得煙氣得黑度為：設(shè)管組圓筒壁的黑度，按公式求得系統(tǒng)的黑度為： 煙氣入口處空氣側(cè)得對流傳熱系數(shù)為： 按公式求得： 查表得，則管壁溫度為：或tw=1186-273=910，與原假定的900基本接近，故可按tw.i=900進(jìn)行下一步計算。當(dāng)煙氣溫度為壁溫900時，查相關(guān)圖表得則煙氣的黑度為：按下式計算得出煙氣入口處的輻射傳熱系數(shù)為： 出口處煙氣溫度th.o=80

6、0，空氣溫度tc.i=480.設(shè)壁溫tw.o=750,溫度補(bǔ)正系數(shù)為： 則煙氣出口端空氣側(cè)的對流傳熱系數(shù)為： （7） 傳熱表面積F）（，2Mlm.24.9.33650533978KtQF=´=D=（8） 管組圓筒高度確定查表4-19，換熱管每米長加熱表面積（按外徑計），則管組圓筒高度為：)(.3.493132.054.24.9mnfFHo=´=（9）核算管段入口系數(shù) 換熱管長度L=H=3.493m，管內(nèi)徑，此時，計算空氣側(cè)對流換熱系數(shù)時的管段入口系數(shù)=1.0，故前面空氣對流傳熱系數(shù)計算時假定=1.0是正確的，不需計算。4. 換熱器驗算（1） 空氣出口溫度當(dāng)空氣溫度=235

7、時，比熱容為：=1335J/（），其水當(dāng)量為：0.831335=1108（W/C);當(dāng)煙氣平均溫度為0C時，比熱容,其水當(dāng)量為 ()CWcVwmhhh/1391148094.0.=´=.水當(dāng)量之比為：80.01391/1108=hccwwR。換熱器空氣側(cè)的熱傳遞單元數(shù)為：74.01108/724.9.33/)(c=´=WKFNTUc。換熱器空氣側(cè)傳熱有效度（順流式）為： = 81.01)81.01(74.0exp1+´- =0.257則，空氣出口溫度為： =20+0.306（115020） =3660C煙氣出口溫度： =1150-0.306*0.8*（1150-2

8、0）=8500C傳熱計算中假定的8000C高500C，誤差6%（<10%),故熱計算認(rèn)可。驗算結(jié)果表明，空氣出口溫度3660C和煙氣出口溫度8000C與熱計算中的條件基本相符，傳熱表面積F=24.9可滿足要求。（3）壁溫計算 1）平均壁溫 624.56.980235.56.990080.=+´+´=+=mcmhmcmcmhmhmwtttaaaa（0C） 2）煙氣入口處壁溫33.2732033.2115073.+´+´=+=icihicicitihiwtttaaaa=7970C根據(jù)最高壁溫8520C換熱管材質(zhì)選0Cr23Ni13。6. 流體壓降計算由

9、于煙氣流速較小，其壓降可忽略不計。（1） 空氣側(cè)摩擦壓損 空氣在管內(nèi)流動，其雷諾數(shù)Re=21567>2,屬湍流流動，按公式（4-42B）其摩擦壓損為： =1200（Pa)(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（4-45C）為： 則空氣形阻壓損為：)(14502732351293.1216.13)1(2)(2.2PatwPmcoctd=÷øöçèæ+´´´+=+=Då8）（brzz（3） 空氣側(cè)總壓降管組式輻射換熱器技術(shù)性能及總圖分別見表序號名稱數(shù)值1

10、傳熱表面積/24.92流動方式順流式3空氣入口溫度/0C204空氣出口溫度/0C4805空氣標(biāo)況流量/0.836煙氣入口溫度/0C11507煙氣出口溫度/0C8008煙氣標(biāo)況流量0.949空氣標(biāo)況流速/1610煙氣標(biāo)況流速/0.4411總傳熱系數(shù)/3312管組圓筒直徑/mm144013換熱管直徑/mm423.514換熱管材質(zhì)0Cr23Ni1315煙氣通道內(nèi)徑/mm169016空氣側(cè)壓降/Pa2650四、鳥籠式結(jié)構(gòu)圖五、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

11、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實現(xiàn)變換換熱面積。6、投資費低：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3

12、0攝氏度到200攝氏度，工作壓力最高2MPa。六、個人總結(jié)：本次換熱器課程設(shè)計是對鳥籠式換熱器的設(shè)計，通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料、上網(wǎng)搜索資料以及反復(fù)計算核實，本鳥籠式換熱器的設(shè)計可以說基本完成了。下面就是對本次設(shè)計的一些感受和體會。經(jīng)過兩周時間努力，換熱器的設(shè)計計算、理論分析、性能評測等環(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)計說明書和結(jié)構(gòu)圖整理出來。這期間，最艱難的莫過于對于設(shè)計計算這方面，因為誤差的影響導(dǎo)致很多數(shù)據(jù)只能大概估計，并不能準(zhǔn)確無誤的帶入公式計算結(jié)果，因此，結(jié)果將會產(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，由于很長時間沒有接觸A

13、utoCAD，因此繪畫三視圖注定是重新學(xué)習(xí)工程制圖的過程，過程很艱難但是結(jié)果確實很讓人自豪，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，請教老師一些疑難問題，并最終產(chǎn)生如今的成果。當(dāng)然，問題難免會出現(xiàn)在其中，甚至錯誤，但是思路清晰了，技術(shù)理解了，比什么都重要。本設(shè)計所需要的換熱器通過計算發(fā)現(xiàn)可以達(dá)到了設(shè)計的要求，且設(shè)計的鳥籠式換熱器所需的換熱面積較合適，計算得的面積裕度也較合適，這樣所損耗的熱量相對來說不會很大。至于本設(shè)計能否用在實踐中生產(chǎn)，或者生產(chǎn)的效率是否會很低，這些只有在實踐中才能具體的說明。課程設(shè)計需要學(xué)生自己做出決策，自己確定實驗方案、選擇流程、查取資料、進(jìn)行過程

14、和設(shè)備的計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。所以，課程設(shè)計是增強(qiáng)工程觀念、培養(yǎng)提高學(xué)生獨立工作能力的有益實踐。通過本次設(shè)計，我學(xué)會了如何根據(jù)工藝過程的條件查找相關(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，及計算出主要設(shè)備及輔助設(shè)備的各項參數(shù)及數(shù)據(jù)。了解到了工藝設(shè)計計算過程中要進(jìn)行工藝參數(shù)的計算。通過設(shè)計不但鞏固了對主體設(shè)備圖的了解，還學(xué)習(xí)到了工藝流程圖的制法。通過本次設(shè)計不但熟悉了換熱器課程設(shè)計的流程，加深了對換熱器設(shè)備的了解，而且學(xué)會了更深入的利用圖書館及網(wǎng)上資源，對前面所學(xué)課程有了更深的了解。但由于本課程設(shè)計時間比較緊，查閱的文獻(xiàn)有限，本課程設(shè)計還有較多地方不夠完善，不能夠進(jìn)行有效可靠的計算。本次設(shè)計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)計的狀態(tài)，使我們少走彎路，同時