烟道式换热器设计.docx
《烟道式换热器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《烟道式换热器设计.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
烟道式换热器设计
设计要求：
设计一台利用铜精炼反射炉（燃重油）的烟气余热助燃空气的烟道式光管钢管换热器，设计条件如下：
1）如换热器的平均烟气标况流速：
兔m畑》
2）如换热器的烟气温度：
..=600C
3）如换热器的空气标况流量：
「=1.53
4）如换热器的空气温度：
「-20C
5）出换热器的空气温度：
..1
6）地下水平烟道的断面尺寸：
W*H=1392mm*1700mm
7）烟气成分（V/V,%）
成分
（V/V）
CGj
S02
HQ
14
N1;
%
5.85
6.70
3.70
4.65
79.10
换热器结构初步确定
•流道安排、流动方式及行程确定
烟道式换热器一般不设金属外壳，空气在管内流动而烟气在管外流动；由于换热器设置在水平烟道内，烟气与空气设计成正交逆流流动；受烟道高1700mm的限制。
空气每个行程的换热管有效长度初步设定为1600mm,换热器设计成12n行程，即烟气为一行程，空气为2n行程。
•换热器规格
选用60mm3.5mm热轧无缝管，规格满足GB8162-87、
GB8163-87要求。
（3）•换热管排列
考虑清灰方便，管群按正方形排列，并取管中心距S1S22d20.0600.12（m）。
取空气在管内的标况流速c10ms，管内径di0.053m，其流通界面
积f00.0022m2。
一个行程空气侧需要流通界面积为:
B1.392m，则在其宽度上排列的换热管列数为:
见图4-13。
2.换热器的热计算
在换热器热计算中，假定换热器无换热损失、两流体在换热器中无流量损失、无变相、比热容不变、仅有显热变化。
（1）有效换热量Q
所谓有效换热量是指空气从20C被加热到400C从烟气所吸收的热
量。
由于相应温度下空气的比热容分别为％1302Jm3C和
Vc
tc.o
1.53（4001356201302）
790000（W）
烟气出口温度确定
根据热平衡方程，在换热器内空气的吸热等于烟气的放热。
首先假定
烟气出口温度th.o330C，其质量热容Ch.o1398J/m3C，对应烟气入口温度为th.i600C比热容Ch.i1447J/m3C，按热平衡求出：
tVh.iCc.ith.iQ
tc.o
Vh.och.o
1.941447600790000
1.941398
329.7（C）
由于与原先假定的出口温度th.o330C相差小于0.1%，故可确定烟气
出口温度为th.0330C。
流气对热平均温差t1.M
逆流对流体在换热器入口和出口的温差分别为：
tith.itc.o60040020（C）
tith.otc.i33020310（C）
则流体对数平均温差为：
t1.mt—'0.94251236（C）
管内空气侧传热系数
空气在管内的标况流速:
Vc
Nf0
1.53
700.0022
9.94（ms）
空气平均温度:
c.o
c.m
-（20400）210（C）
2
空气在管内流动的雷诺数:
4
2.5910
由于雷诺数大于1104，可知空气在管内属湍流状态，其传热系数可按公式（4-18A）计算。
当l=」2=30时，查第三章有关表得kL1.05
d0.053
设管壁平均温度tw.m330C，贝y
0.5
.'273tc.mkt—
273tw.m
273210
273330
0.895
对于直管，系数kR及kD为1,代入数值后得:
44.0Wm2C
管外烟气测传热系数烟气对流传热系数
管群为正方形排列的管群在垂直烟气流向断面换热管长度L=1.6m,
管群在最窄截面积为：
fn（Sd）L（0.120.06）1.6
0.096（m2）
管群最窄截面处烟气流速为：
烟气平均温度：
th.m1（600330）465（C）。
V
h
（m1）fn
1.94
（101）0.096
2.25（ms）
对正方排列的管群的当量直径为:
」2（0d）L2（0.120.06）1.6
dc
SdL0.120.061.6
0.116（m）
烟气流动的Re数为:
0.120.062时，查第三章有关图表得
带入数值后得烟气对流对流传热系数:
便）。
581.030.921.0090.99
273
.烟气辐射传热系数
（330C）下的辐射率分别为:
烟气对管群的辐射传热系数为:
烟气侧传热系数为:
hh.ch.r37.1
3.5840.7W.m2C
.总传热系数K
不考虑管壁及污垢热阻时，换热器总传热系数为:
•传热表面积F
考虑换热器运行后的结垢和留有适当的富裕系数，最后确定换热器的
传热表面积为：
'2
F1.1F1.1159175m
（8）.空气侧行程数的确定
603.5的换热管以外径计的每米长的表面积为f0.188m2m，
在一个行程内排L1.6m的换热管的根数N=70根，则一个行程具有的
换热面积为：
F0.1881.67021m2，则换热器的行程数为：
nFi921189m2
与前面计算过程所假定的tw.m
温tw.m333C。
对于逆流式换热器因最高壁温处于高温流体的入口端，因此需
计算最高壁温，计算方法同上，只是采用入口端的各有关参数，计算
出入口端的两流体的传热系数，按上面计算壁温的公式求出最高壁温。
经计算，高温流体入口端烟气侧和空气侧的传热系数分别为：
则管壁最高温度为:
w.max
.流体出口温度验算
换热器传热计算时流体平均温差分别是以烟气入口700C和出
口480C，空气入口20C和出口350C，而烟气和空气流量分别为
1.94m3s和1.53m3s等基本参数求出换热面积为75m2；考虑换热器运行
后的结垢影响并留有适当的富裕，致使换热表面积由75m2增加到
84m2。
若保持烟气入口条件及空气流量不变，则换热器运行初期将会
因换热面积增加而导致空气出口温度高于设计值。
具体数值经过验算确定如下：
空气出口温度验算：
空气水当量：
wcVccc.m1.5313242026WC
烟气水当量：
whVhCh.m1.9414062728WC
水当量之比：
对空气为：
Rcwc20260.743
wh2728
对烟气为：
Rhw27281.346
wc2026
热传递单元数:
对空气为：
NTUcKA21.11891.97
wc2027
对烟气为：
NTUhKA2111891.46
wh2728
经查表得：
Ec0.643
则空气出口温度为：
tc.oEcth.itc.itc.i0.6436002020393C
验算结果空气出口温度与设计要求400C基本相符。
2）烟气出口温度验算
烟气出口温度为：
th.oth.iRctc.otc.i6000.74340020318C
与热计算预先假定的330C相近。
3.流体流动压降计算
压力计算示意图见图4-14。
空气流动压降
1）摩擦压损
空气平均温度为：
11
tc.mtc.itc.o40020210C
22
管内空气流动雷诺数Rec2.68104（见传热计算），属湍流流
动，其摩擦阻力系数为:
2.59104
0.25
0.025
2）行阻压损
空气入口渐扩段
2314222
f1-d20.520.212m2,f21.250.841.05m2,f/f20.2121.050.2
44
，查附录六得其阻力系数为突然扩大局部阻力系数的0.8倍，而突扩
阻力系数为：
22
突扩1t.f210.20.64，
则入口简渐扩的阻力系数为：
10.8突扩0.80.640.51。
空气出口渐缩段，由于f?
1.05m2,
314
f3—d2——0.6220.302m2,f2f31.050.3023.51，出口收缩角44
30，查附录六得渐缩局部阻力系数为：
50.47t^f2..f320.47、tg153.5123.0
换热器入口的局部阻力系数22.5，换热管出口31.0，空气在空气
室内转180的局部阻力系数42.0，换热器空气入口与出口的温度补
正系数按下式计算：
换热器内空气侧阻力系数为：
123450.592.591.082.03.051
空气侧形阻压损按公式（4-45A）计算为：
2
9.942
210
Pdto.c1tc.m
51
1.57
-1.29315941Pa
2
2
273
则换热器空气侧压降为：
Pc
Pf
Pd
768
5941
6709Pa
（2）烟气侧压降
沿烟气流动方向管群的总排数：
Z
nM
97
63排
，烟气平均温度
th.m465C,烟气流动雷诺数Reh
10400,S,
S2
2d2
0.0600.12（m）,
换热管对角线中心距为：
S2亠曲0.17，由于10.060.170.650.53则
cos450.707S1d10.120.061
烟气流过管群的阻力系数按下式计算：
群3.68Z1,1d&Reh0.253.86631.0.6592210.2519.7群.S1d1
温度补正系数按下公式计算:
0.73
2thothi2330600
273th.m273465
则烟气流过管群的压降为:
22252
tVo.h1th.m197O.73.
四、换热器技术性能及总图
设计计算后确定换热器的技术性能指标见下表。
序号
名称
数值
序号
名称
数值
1
传热表面积/”
189
10
烟气侧传热
40.7
系数
/W*m-沁-
2
烟气标况流量
1.94
11
总传热系数
21.1
/ml/s
/W*m-ZL
3
烟气入口温度/C
600
12
最高管壁温
490
/C
4
烟气出口温度/C
330
13
换热管规格
5
空气标况流量
1.53
14
高温段换热
1Cr18Ni9
/ml/a
管质
6
空气入口温度/C
20
15
换热管长度
1.60
/m
7
空气出口温度/C
400
16
换热管根数
630
8
空气标况流速
w雪
9.94
17
空气压降Pa
6709
9
空气侧传热系数
/W*m_*L
44.0
18
烟气压降Pa
173
【参考书籍】：
1、《传热学》杨世铭陶文铨高等教育出版社2007版
2、《冶金锅炉》中国建设出版社1987年第一版
3、《程力学》沈维道第三版高等教育出版社第三版
4、《有色金炉设计参考资料》有色冶金出版社
5、《换热器设计手册》钱颂文主编化学工业出版社2001
第一版
升级会员 