空气加热器设计计算及选型.docx

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空气加热器设计计算及选型

空气加热器设计计算及选型

矿井口空气加热系统

主要介绍井口空气加热设计的一般方法及步骤。

一、井口空气加热方式

井口一般采用空气加热器对冷空气进行加热，其加热方式有两种。

1.井口房不密闭的加热方式

当井口房不宜密闭时，被加热的空气需设置专用的通风机送入井筒或井口房。

这种方式按冷、热风混合的地点不同，又分以下三种情况：

（1）冷、热风在井筒内混合

这种布置方式是将被加热的空气通过专用通风机和热风道送入井口以下2m处，在井筒内进行热风和冷风的混合，如图8-1-1所示。

（2）冷、热风在井口房内混合

这种布置方式是将热风直接送入井口房内进行混合，使混合后的空气温度达到2℃以上后再进入井筒，如图8-1-2所示。

（3）冷、热风在井口房和井筒内同时混合

这种布置方式是前两种方式的结合，它将大部分热风送入井筒内混合，而将小部分热风送入井口房内混合，其布置方式如图8-1-3所示。

以上三种方式相比较，第一种方式冷、热风混合效果较好，通风机噪声对井口房的影响相对较小，但井口房风速大、风温低，井口作业人员的工作条件差，而且井筒热风口对面井壁、上部罐座和罐顶保险装置有冻冰危险；第二种方式井口房工作条件有所改善，上部罐座和罐顶保险装置冻冰危险减少，但冷、热风的混合效果不如前者，而且井口房内风速较大，尤其是通风机的噪声对井口的通讯信号影响较大；第三种方式综合了前两种的优点，而避免了其缺点，但管理较为复杂。

图8-1-1图8-1-2

1─通风机房；2─空气加热室；3─空气加热器；1─通风机房；2─空气加热室；

4─通风机；5─热风道；6─井筒3─空气加热器；4─通风机；5─井筒

图8-1-3

1─通风机房；2─空气加热室；3─空气加热器；4─通风机；5─热风道；6─井筒。

2.井口房密闭的加热方式

当井口房有条件密闭时，热风可依靠矿井主要通风机的负压作用而进入井口房和井筒，而不需设置专用的通风机送风。

采用这种方式，大多是在井口房内直接设置空气加热器，让冷、热风在井口房内进行混合。

对于大型矿井，当井筒进风量较大时，为了使井口房风速不超限，可在井口房外建立冷风塔和冷风道，让一部分冷风先经过冷风道直接进入井筒，使冷、热风即在井口房混合又在井筒内混合。

采用这种方式时，应注意防止冷风道与井筒联接处结冰。

井口房不密闭与井口房密闭这两种井口空气加热方式相比，其优缺点见表8-1-1。

井口空气加热方式

优点

缺点

井口房不密闭时

1．井口房不要求密闭；

2．可建立独立的空气加热室，布置较为灵活；

3．在相同风量下，所需空气加热器的片数少。

1．井口房风速大、风温低，井口作业人员工作条件差；

2．通风机运行噪声对井口房通讯有影响；

3．设备投资大，管理复杂。

井口房密闭时

1．井口房工作条件好；

2．不需设置专用通风机，设备投资少。

1．井口房密闭增加矿井通风阻力；

2．井口房漏风管理较为麻烦。

二、空气加热量的计算

1.计算参数的确定

（1）室外冷风计算温度的确定。

井口空气防冻加热的室外冷风计算温度，通常按下述原则确定：

立井和斜井采用历年极端最低温度的平均值；平硐采用历年极端最低温度平均值与采暖室外计算温度二者的平均值。

（2）空气加热器出口热风温度的确定。

通过空气加热器后的热风温度，根据井口空气加热方式按表8-1-2确定。

表8-1-2空气加热器后热风温度的确定

送风地点

热风温度（℃）

送风地点

热风温度（℃）

立井井筒

60～70

正压进入井口房

20～30

斜井或平硐

40～50

负压进入井口房

10～20

2.空气加热量的计算

井口空气加热量包括基本加热量和附加热损失两部分，其中附加热损失包括热风道、通风机壳及井口房外围护结构的热损失等。

基本加热量即为加热冷风所需的热量，在设计中，一般附加热损失可不单独计算，总加热量可按基本加热量乘以一个系数求得。

即总加热量Q，可按公式（8-1-1）计算：

，KW（8-1-1）

式中M─井筒进风量，Kg/s；

α─热量损失系数，井口房不密闭时α＝1.05～1.10，密闭时α＝1.10～1.15；

th─冷、热风混合后空气温度，可取2℃；

tl─室外冷风温度，℃；

CP─空气定压比热，Cp＝1.01KJ/（Kg·K）。

三、空气加热器的选择计算

1.基本计算公式

（1）通过空气加热器的风量

，Kg/s（8-1-3）

式中　M1─通过空气加热器的风量，Kg/s；

　th0─加热后加热器出口热风温度，℃，按表8-1-2选取；

其余符号意义同前。

（2）空气加热器能够供给的热量

Q‘＝kS△tp，KW（8-1-4）

式中Q＇─空气加热器能够供给的热量，KW；

K─空气加热器的传热系数，KW/（m2·K）；

S─空气加热器的散热面积，m2；

△tp─热媒与空气间的平均温差，℃。

当热媒为蒸汽时：

△tp＝tv-（tl+th0）/2，℃（8-1-5）

当热媒为热水时：

△tp＝（tw1+tw2）/2-（te+tho）/2，℃（8-1-6）

式中tv─饱和蒸汽温度，℃；

tw1、tw2─热水供水和回水温度，℃；

其余符号意义同前。

空气加热器常用的在不同压力下的饱和蒸汽温度，见表8-1-3。

表8-1-3不同压力下的饱和蒸汽温度

蒸汽压力（KPa）

≤30

98

196

245

294

343

392

饱和蒸汽温度（℃）

100

119.6

132.8

138.2

142.9

147.2

151

2.选择计算步骤

空气加热器的选择计算可按下述方法和步骤进行：

（1）初选加热器的型号

初选加热器的型号首先应假定通过空气加热器的质量流速（vρ）＇，一般井口房不密闭时（vρ）＇可选4～8Kg/m2.s,井口房密闭时（vρ）＇可选2～4Kg/m2.s。

然后按下式求出加热器所需的有效通风截面积S＇：

S＇＝M1/（vρ）＇，m2（8-1-7）

在加热器的型号初步选定之后，即可根据加热器实际的有效通风截面积，算出实际的（vρ）值。

（2）计算加热器的传热系数

表8-1-4中列举了部分国产空气加热器传热系数的实验公式，供学习时参考，更详细的资料请查阅有关手册。

如果有的产品在整理传热系数实验公式时，用的不是质量流速（vρ），而是迎面风速vy,则应根据加热器有效截面积与迎风面积之比α值（α称为有效截面系数），使用关系式

，由vρ求出vy后，再计算传热系数。

空气加热器传热系数：

K=P·（vρ）q

式中：

p，q--经验公式的系数和指数，可在文献中查取。

如果热媒为热水，则在传热系数的计算公式中还要用到管内水流速VW。

加热器管内水流速可按下式计算：

，m/s（8-1-8）

式中VW─加热器管内水的实际流速，m/s；

Sw─空气加热器热媒通过的截面积，m2；

C─水的比热，C＝4.1868KJ/Kg·K。

其余符号意义同前。

（3）计算所需的空气加热器面积和加热器台数

空气加热器所需的加热面积可按下式计算：

m2（8-1-9）

式中符号意义同前。

计算出所需加热面积后，可根据每台加热器的实际加热面积确定所需加热器的排数和台数。

（4）检查空气加热器的富余系数，一般取1.15～1.25。

（5）计算空气加热器的空气阻力△H，计算公式见表8-1-4。

（6）计算空气加热器管内水阻力△h，计算公式也见表8-1-4。

表8-1-4部分国产空气加热器的传热系数和阻力计算公式表

SRZ型空气加热器采用热介质可以为蒸汽或热水。

SRZ型空气加热器蒸汽的工作压力为0.3～16公斤／平方厘米，热水温度可在130～70℃左右。

SRL型空气加热器蒸汽的工作压力为0.3～8公斤／平方厘米，热水温度可在160～70℃左右。

SRZ型空气加热器主要由顺空气流向的三排叉排列螺旋翅片管束组成，其翅片管均用Ф21×2mm无缝钢管绕制上15×0.5mm的皱折钢带而成，呈螺旋状，片距有5mm-大“D”，6mm-中“Z”、8mm-小“X”三种共三十八种规格。

SRL型空气加热器是采用钢管铝翅片管束组成，SRL型空气加热器在顺气流方向分二排、三排，供有37种型号。

型号：

按通风正截面长度尺寸分米数的化整×通风正截面宽度尺寸分米数的化整，如通风正截面的长为1505mm，宽为1001，大型，片距为5mm，则为SRZ-15×10（D）

型号：

通风正截面长度尺寸分米数的化整×通风正截面宽度尺寸分的化整，如通风正截面的长为1250mm，宽为545，三排热管道，则为SRL-12×5/3。