換熱器課程設(shè)計

換熱器課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：單級空氣預(yù)熱器設(shè)計設(shè)計任務(wù)：【一】設(shè)計說明書【1】緒論【2】空氣平衡計算〔計算單級空氣預(yù)熱器出口熱空氣過?？諝庀禂?shù)〕【3】燃燒產(chǎn)物體積及焓的計算【4】單級空氣預(yù)熱器設(shè)計計算【5】單級空氣預(yù)熱器校核計算【二】設(shè)計圖紙單級空氣預(yù)熱器設(shè)計主體圖，1#圖紙設(shè)計參數(shù)：【一】鍋爐參數(shù)：〔1〕鍋爐額定蒸發(fā)量〔2〕過熱蒸汽參數(shù)壓力：；溫度：〔3〕汽包內(nèi)飽和蒸汽壓力〔4〕給水參數(shù)壓力：；溫度：〔5〕排污率〔6〕預(yù)熱空氣溫度〔7〕冷空氣溫度〔8〕入口煙溫〔9〕鍋爐效率〔10〕煙道寬度【二】煤的收到基成分燃料名稱：撫順煙煤煤的收到基成分①碳②氫③氧④氮⑤硫⑥水分⑦灰分煤的收到基低位發(fā)熱量【三】空預(yù)器設(shè)計參數(shù)：h單級空預(yù)器空氣入口溫度/℃預(yù)熱溫度/℃入口煙溫/℃20288350TOC\o"1-3"\h\z\u1.緒論 62.空氣平衡計算 72.1空氣平衡計算相關(guān)參數(shù)及公式的選取 72.1.1煤成分計算 72.1.2空氣平衡計算選用的公式 72.2空氣平衡計算結(jié)果匯總 82.2.1空氣平衡計算結(jié)果匯總表 83.單級空氣預(yù)熱器煙氣特性計算 93.1煙氣的特性參數(shù)計算依據(jù) 93.1.1空氣過剩系數(shù)的選取 93.1.2煙氣特性參數(shù)計算依據(jù) 93.2煙氣特性參數(shù)計算匯總 93.2.1煙氣特性參數(shù)計算匯總表 103.3煙氣的溫焓表計算 103.3.1煙氣的溫焓表 104.熱平衡及燃料消耗量計算 114.1相關(guān)公式的選取 114.2相關(guān)計算參數(shù)的選取 124.3計算結(jié)果匯總 124.3.1熱平衡及燃料消耗計算結(jié)果匯總表 125.單級空氣預(yù)熱器的設(shè)計計算 135.1相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算和選取 146.單級空氣預(yù)熱器的傳熱熱力計算 166.1確定傳熱方式 166.2計算傳熱系數(shù) 166.2.1確定煙氣對流放熱系數(shù) 166.2.2確定輻射放熱系數(shù) 166.2.3確定綜合傳熱系 176.3誤差計算 176.4計算結(jié)果匯總表 177.單級空氣預(yù)熱器校核計算 197.1空氣預(yù)熱器校核計算匯總 19空氣預(yù)熱器校核計算匯總表 198.計算結(jié)果匯總 218.1計算結(jié)果匯總 218.1.1計算結(jié)果匯總表 219.單級空氣預(yù)熱器設(shè)計總結(jié) 23參考文獻(xiàn) 241.緒論能源緊張是目前世界上普遍存在的嚴(yán)重問題，“節(jié)能"是緩和能源緊張不可缺少的措施之一。對燃燒用的空氣進(jìn)行預(yù)熱，可以節(jié)約大量能源，尤其是在現(xiàn)有的大量工業(yè)爐窯上安裝空氣預(yù)熱器更能取得明顯的節(jié)能效果，因此高溫空氣預(yù)熱器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域?？諝忸A(yù)熱器是通過對鍋爐、加熱爐以及廢氣催化燃燒爐等爐窯的高溫?zé)煔馀c燃燒所用冷空氣換熱，進(jìn)行余熱回收的一種重要裝備，廣泛應(yīng)用于化工、石油化工、動力、醫(yī)藥、冶金、制冷、輕工等行業(yè)?？諝忸A(yù)熱器一方面可以提高進(jìn)入爐膛助燃空氣的溫度，帶入一局部物理顯熱，提高爐膛的輻射溫度，保證爐膛內(nèi)燃料穩(wěn)定燃燒，并能強(qiáng)化燃燒，降低裝置能耗，節(jié)約能源；另一方面，可減小爐內(nèi)熱損失，降低排煙溫度，提高爐窯熱效率。根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)空氣在預(yù)熱器中溫度升高1．5℃時，排煙溫度可降低1℃。在爐窯煙道中安裝空氣預(yù)熱器后，如果能把空氣預(yù)熱150～160℃，就可以降低排煙溫度11o～120℃，可將爐窯熱效率提高7％～7．5％，節(jié)約燃料11％一12％?？諝忸A(yù)熱器包括管式預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器。管箱預(yù)熱器工作原理：較為簡單，煙氣從管箱外部流經(jīng)，空氣從管箱內(nèi)部通過，通過溫差不同傳熱。與省煤器、過熱器等原理相同?；剞D(zhuǎn)式預(yù)熱器的工作原理：預(yù)熱器轉(zhuǎn)子部件由數(shù)以萬計的傳熱元件組成，當(dāng)空預(yù)器緩慢旋轉(zhuǎn)，煙氣和空氣逆向交替流經(jīng)空氣預(yù)熱器。蓄熱原件在煙氣側(cè)吸熱，在空氣側(cè)放熱，從而到達(dá)降低鍋爐排煙溫度，提高熱風(fēng)溫度的預(yù)熱作用。空氣預(yù)熱器是火力發(fā)電廠中的一個重要設(shè)備，起到降低排煙溫度，提高鍋爐燃燒效率的目的，研究空氣預(yù)熱器的熱力性能具有十分重要的意義。2.空氣平衡計算2.1空氣平衡計算相關(guān)參數(shù)及公式的選取2.1.1煤成分計算根據(jù)任務(wù)書我們選擇煤種為撫順煙煤，其煤的收到基成分如下所示：①碳②氫③氧④氮⑤硫⑥水分⑦灰分煤的收到基低位發(fā)熱量2.1.2空氣平衡計算選用的公式〔1〕上級空氣預(yù)熱器過量空氣系數(shù)及各受熱面的漏風(fēng)系數(shù)選擇如下所示。表2—1空預(yù)器中各受熱面的漏風(fēng)系數(shù)及過量空氣系數(shù)煙道名稱過量空氣系數(shù)漏風(fēng)系數(shù)入口出口上級空氣預(yù)熱器1.251.280.03爐膛1.20.1煤粉系統(tǒng)0.04空氣預(yù)熱器出口熱空氣的過量空氣系數(shù)為：其中、通過查表2—1得出。燃燒產(chǎn)物體積及焓的計算煤完全燃燒〔〕時理論空氣量及燃燒產(chǎn)物體積計算如下。理論空氣量〔標(biāo)況下〕為：理論體積為：的理論體積：的理論體積：2.2空氣平衡計算結(jié)果匯總2.2.1空氣平衡計算結(jié)果匯總表根據(jù)燃料的收到基成分及以上公式得到空氣平衡計算的結(jié)果如表2—1表2-1理論燃燒產(chǎn)物計算結(jié)果表序號名稱公式及計算結(jié)果1理論空氣需要量/m3/kg2RO2的理論體積/m3/kg3N2的理論體積/m3/kg4H2O的理論體積/m3/kg3.單級空氣預(yù)熱器煙氣特性計算根據(jù)空氣平衡計算結(jié)果，選取相應(yīng)的空氣過剩系數(shù)，即可計算出煙氣的成分，并根據(jù)煙氣成分及其各個成分在不同溫度下的焓值，計算出煙氣的溫焓表，為后續(xù)煙氣放熱系數(shù)及迭代計算做準(zhǔn)備。3.1煙氣的特性參數(shù)計算依據(jù)3.1.1空氣過剩系數(shù)的選取根據(jù)煙道前部結(jié)構(gòu)的漏風(fēng)系數(shù)及取單級空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)系數(shù)0.03，得到了單級空氣預(yù)熱器入口過量空氣系數(shù)=1.25及出口空氣過剩系數(shù)=1.28，具體如下表所示。表3—1空預(yù)器中各受熱面的漏風(fēng)系數(shù)及過量空氣系數(shù)煙道名稱過量空氣系數(shù)漏風(fēng)系數(shù)入口出口上級空氣預(yù)熱器1.251.280.033.1.2煙氣特性參數(shù)計算依據(jù)根據(jù)入口空氣過剩系數(shù)、出口空氣過剩系數(shù)及理論燃燒產(chǎn)物得到了煙氣相關(guān)特性參數(shù)見表3—2。3.2煙氣特性參數(shù)計算匯總表3—2煙氣特性名稱及公式上級空氣預(yù)熱器出口處過量空氣系數(shù)1.28平均過量空氣系數(shù)1.265過?？諝饬?.574體積0.77煙氣總體積8.113體積份額0.131體積份額0.0918三原子氣體總體積份額0.2228煙氣質(zhì)量10.669灰分濃度0.01233.3煙氣的溫焓表計算3.3.1煙氣的溫焓表根據(jù)煙氣的成分計算不同溫度下煙氣的焓值匯總?cè)缦卤恚罕?—3煙氣溫焓表煙氣溫度665.5709.4459.52161.0544.5405.631240.8煙氣溫度3316.8472.52807.14102.84.熱平衡及燃料消耗量計算鍋爐的熱平衡計算是指根據(jù)送入鍋爐機(jī)組的熱量與鍋爐機(jī)組有效利用的熱量及各項損失之間的平衡。根據(jù)任務(wù)書給定的參數(shù)及前述計算，以1kg燃料為計算根底，計算出鍋爐的有效利用熱，根據(jù)給水參數(shù)及吸熱后蒸汽參數(shù)及鍋爐容量，計算出燃料消耗量。4.1相關(guān)公式的選取鍋爐有效利用熱：(4-1)燃料消耗量：(4-2)3〕計算燃料消耗量：Bj=(4-3)4.2相關(guān)計算參數(shù)的選取1〕給水焓及過熱蒸汽焓：查《水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表》得到任務(wù)書給定壓力下的過熱蒸汽焓和給水焓，具體數(shù)值見表5。2〕固體不完全燃燒損失：查《實(shí)用鍋爐手冊》表2-71得。4.3計算結(jié)果匯總4.3.1熱平衡及燃料消耗計算結(jié)果匯總表根據(jù)以上參數(shù)、公式及任務(wù)書給定條件，得到以下計算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚罕?—1熱平衡及燃料消耗計算序號名稱公式及計算結(jié)果1燃料擁有熱量任務(wù)書給定22415〔收到基低位發(fā)熱量〕2排煙溫度任務(wù)書給定226.893排煙焓查表1—42258.654冷空氣溫度任務(wù)書給定205冷空氣焓見表3—3128.66鍋爐效率任務(wù)書給定89.77過熱蒸汽出口焓查水蒸氣熱力表3333.58飽和水焓，查水蒸氣性質(zhì)表1113.59給水焓，查水蒸氣性質(zhì)表720.010排污率任務(wù)書給定211鍋爐總吸熱量25479.712燃料消耗量)1.26713計算燃燒消耗量1.14314保熱系數(shù)0.995.單級空氣預(yù)熱器的設(shè)計計算5.1單級空預(yù)器的結(jié)構(gòu)計算采用鋼管式預(yù)熱器，高溫〔上級〕空氣預(yù)熱器有一個管組，由四個并列管箱組成。管式空氣預(yù)熱器常用于中、小型鍋爐，它是直徑30mm~40mm，壁1.2mm~1.5mm的有縫薄鋼直管與錯列開孔的上下板焊接而成，形成立體管箱。對燃煤鍋爐，為了減輕積灰，采用立式布置，煙氣在管內(nèi)縱向流動。在我國管式空氣預(yù)熱器近年來都采用Φ40×1.5mm的有縫管焊接在兩端較厚的管板上制成(有時管板間還有把氣流隔成幾個流程的管板〕，外部有時還焊一些鋼架以增強(qiáng)其鋼度。管子的排列從空氣側(cè)來說采用錯列，常用的管距如下在選用S1、S2時應(yīng)注意使兩管間的斜向距離的數(shù)值不得小于10mm，如值太大或太小，管板會在管子焊接時發(fā)生過大的變形。如果在決定S1、S2時預(yù)先考慮是橫向管間間隙S1-d為斜向管間間隙之二倍，那么空氣氣流在管簇中流動時沒有過多的壓縮、膨脹，因而流阻較小，根據(jù)計算，以下的一些S1、S2的配合是比擬適宜的。表5-1適合值表 S1606468727782S2404142434445在空氣預(yù)熱器中煙氣流速wy一般在10m/s~14m/s的范圍里選取、煙氣流速過高那么磨損大，煙氣過低那么堵灰，設(shè)計中一般取空氣流速比煙氣流速低，為煙氣流速45%~55%。高溫空氣預(yù)熱器中煙氣與空氣流動的方向互相垂直，為交叉流動，總的流動方向是逆流。初選煙氣流速為14m/s，空氣流速為7m/s，那么可算得管子的根數(shù)：其中，可從后面的表4-3取。高溫〔上級〕空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)計算見表5-2。表5-2高溫〔上級〕空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)計算序號名稱符號單位公式及計算結(jié)果1管子規(guī)格__40__1.52橫向節(jié)距__603縱向節(jié)距__404橫向相對截距—1.755縱向相對截距—1.06橫向管數(shù)個637沿空氣流相管排數(shù)排268煙道寬度給定3.89煙道深度比管道高度高6.910管子根數(shù)根163811管子高度6.312總受熱面1247.413空氣流通截面2.18414煙氣流通截面1.766.單級空氣預(yù)熱器的傳熱熱力計算熱力計算是確定煙氣運(yùn)行過程中各種鍋爐受熱面吸收煙氣熱量的比例關(guān)系，通過熱量平衡，計算鍋爐各受熱面的結(jié)構(gòu)尺寸，確保鍋爐到達(dá)額定的出力和參數(shù)。此局部計算分為設(shè)計計算和校核計算，設(shè)計計算是在給定水溫和燃料特性的前提下，為到達(dá)額定的參數(shù)和出力，選定的計鍋爐各個受熱面的結(jié)構(gòu)尺寸，并為選配輔助設(shè)備和進(jìn)行鍋爐類型計算提供原始資料。設(shè)計計算是一個從無到有的過程；校核計算是根據(jù)已有的鍋爐各受熱面結(jié)構(gòu)參數(shù)和鍋爐參數(shù)，燃料種類或局部受熱面發(fā)生變化時，通過計算確定各受熱面各節(jié)點(diǎn)水溫，蒸汽溫度濕度，確定鍋爐熱效率和燃料消耗量等。限于篇幅，本設(shè)計僅將最終計算結(jié)果匯總與下表中。6.1確定傳熱方式單級空氣預(yù)熱器布置在煙道中，主要為煙氣通過管道與水進(jìn)行換熱，其換熱方式主要為對流放熱與輻射換熱。在換熱過程中對流放熱占據(jù)主導(dǎo)地位，故將輻射換熱折合成對流換熱來計算。6.2計算傳熱系數(shù)6.2.1確定煙氣對流放熱系數(shù)根據(jù)管徑d=32mm，相對橫向節(jié)距為2.8，相對縱向節(jié)距為1.7，煙氣流速為11.2m/s及n=16,查《實(shí)用鍋爐手冊》圖10-32得，，及的值并根據(jù)以下公式計算出煙氣對流放熱系數(shù)的值：(6-1)6.2.2確定輻射放熱系數(shù)爐膛中產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬鹘?jīng)對流受熱面時，主要以對流方式將熱量傳遞給管道中的工質(zhì)。但是煙氣中的三原子氣體，以及隨煙氣流動的灰粒均具有一定的輻射能力因此鍋爐受熱面的換熱系數(shù)由對流換熱系數(shù)與輻射換熱系數(shù)組成。為了簡化計算，在輻射換熱系數(shù)的計算中，只考慮管壁與煙氣的一次輻射吸收能，被忽略的屢次反射與吸收局部用增加管壁黑度的方法進(jìn)行校正。計算黑度時只考慮三原子氣體和灰粒，也就是把煙氣和管束間的輻射換熱看成黑體間的換熱。計算過程見表四。6.2.3確定綜合傳熱系確定輻射換熱系數(shù)與對流放熱系數(shù)后根據(jù)以下公式便可以確定綜合傳熱系數(shù)：(6-2)6.3誤差計算根據(jù)傳熱方程計算出傳熱量后，再由表四中公式即可以求出傳熱誤差，最后通過迭代法將誤差確定在2以下即可。6.4計算結(jié)果匯總表表6—1單級空氣預(yù)熱器傳熱熱力計算表序號名稱公式及計算結(jié)果1煙氣入口溫度見表2—42煙氣入口焓由表3—3推出4102.83空氣入口溫度任務(wù)書給定204空氣入口焓查表3-3128.65空氣出口溫度任務(wù)書給定2886空氣出口焓由表3—3推出1863.367平均空氣溫度1548平均空氣焓995.989出口過量空氣系數(shù)進(jìn)爐膛的熱空氣份額，查表1-11.1410空氣吸熱量3087.8711煙氣出口焓2258.6512煙氣出口溫度226.8913平均煙溫288.4514煙氣體積〔標(biāo)準(zhǔn)狀況〕查表3—28.11315煙氣流速11.2516相對管長157.517水蒸氣體積份額0.091818煙氣側(cè)放熱系數(shù)38.0919空氣流速5.6520空氣側(cè)放熱系數(shù)61.2821污染系數(shù)單行程，選用0.8522傳熱系數(shù)19.9623入口溫壓6224出口溫壓206.8725逆流溫壓155.4426大溫降26827小溫降123.1128參數(shù)P0.37329參數(shù)R2.17730溫壓修正系數(shù)查《實(shí)用鍋爐手冊》0.931溫壓139.8932傳熱量305033誤差0.0127.單級空氣預(yù)熱器校核計算為了使單級空氣預(yù)熱器的壓力滿足要求，即單級空氣預(yù)熱器中水阻力在中壓時不大于鍋爐壓力的8%，本小節(jié)內(nèi)容對阻力進(jìn)行校核。7.1空氣預(yù)熱器校核計算匯總空氣預(yù)熱器校核計算匯總表表7-1單級空氣預(yù)熱器校核計算表序號名稱符號單位公式及計算結(jié)果1煙氣入口溫度給定3502煙氣入口焓查焓—溫表〔未示出〕4102.83煙氣出口溫度假定后復(fù)校226.894煙氣出口焓查焓—溫表2258.655平均煙氣溫度288.456熱平衡傳熱量(為漏風(fēng)焓，預(yù)先假定為1943)30507空氣出口溫度給定2888空氣出口焓查焓溫表1863.369空氣入口焓128.610空氣入口溫度查焓—溫表2011漏風(fēng)焓kJ/kg995.9512平均空氣溫度15413煙氣流速11.2514煙氣測放熱系數(shù)38.0915空氣流速5.6516空氣側(cè)放熱系數(shù)查《實(shí)用鍋爐手冊》61.2817傳熱系數(shù)19.9618逆流溫壓155.4419大溫降26820小溫降123.1121參數(shù)_0.37322參數(shù)_2.17723交叉流溫壓改正系數(shù)_0.925交叉流溫壓139.8926傳過熱量305027誤差0.0128.計算結(jié)果匯總通過以上設(shè)計和計算，得出了該單級空氣預(yù)熱器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，本小節(jié)內(nèi)容將上述計算的重要參數(shù)匯總?cè)缦卤怼?.1計算結(jié)果匯總8.1.1計算結(jié)果匯總表根據(jù)以上計算，將主要計算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚罕?-1計算結(jié)果匯總表序號名稱及單位計算結(jié)果序號名稱及單位計算結(jié)果1煙氣總體積Vy/m3/kg7.65310煙道深度6.92煙氣質(zhì)量G/kg/s10.811有效受熱面積1247.43計算燃料消耗量Bj/kg/s2.3412煙氣流通截面積1.764管子規(guī)格/13出口煙溫/℃226.895橫向截距1.7514傳熱系數(shù)K/℃〕19.966縱向截距1.015平均溫差/℃139.897橫向排數(shù)/縱向排數(shù)Z1/Z216誤差/%0.0128有效受熱面管長630017煙氣平均流速Vy/11.259煙道寬度3.89.單級空氣預(yù)熱器設(shè)計總結(jié)本設(shè)計按照任務(wù)書給定的參數(shù)，給出了單級空氣預(yù)熱器設(shè)計的詳細(xì)步驟。首先,根據(jù)燃料的收到基成分計算出了理論空氣需要量和理論燃燒產(chǎn)物，再通過設(shè)計要求選定空氣消耗系數(shù)求出了煙氣成分，并得到了煙氣的特性參數(shù)和煙氣的溫焓表。其次，根據(jù)煤的低位發(fā)熱量和鍋爐容量等參數(shù)進(jìn)行了熱平衡及燃料消耗計算。再次，根據(jù)入口水焓，出口水焓，入口煙氣焓對有效換熱面積進(jìn)行了估算，得出