鸟笼式换热器课程设计说明书.doc

鸟笼式换热器设计说明书学院：能源科学与工程学院班级：热动0801姓名：学号：指导老师：完成时间：2011-01-08管组式（鸟笼式）换热器一、设计内容：设计一台利用蒸汽余热预热助燃空气的管组式（鸟笼式）换热器二、设计条件如下：1）入换热器的平均烟气标况流量：Vh=0.94m3/s；2）入换热器烟气温度：th,i=1150；3）入换热器空气标况流量：Vc=0.83m3/s；4）入换热器空气温度：th,i=20；5）出换热器空气温度：th,o=480；6）烟气成分（V/V,%)成分(V/V)CO2SO2H2OO2N25.856.703.704.6579.107）换热管直径=423.5mm三、设计过程：取空气在管内标况流速c16m/s，423.5mm换热管的流通截面积f00.00096m2，管组圆筒采用的管子根数为：n54(根)取管中心距S184mm，则管组圆筒的直径为：D1.44 (m)3.烟气通道直径及烟气流速确定取烟气通道内壁距管中心距离为S2=3d=30.042=0.126(m)，则烟气通道内直径为：Db=D+2S2=1.44+20.126=1.69 (m)烟气通道断面积为：fb2.16 (m2)烟气标况流速为：4.热计算（1）换热器热负荷确定换热器将空气由20加热到450的有效热负荷为： =0.83(1361753-1302293) =533978(W)(2)烟气出口温度确定若不考虑热损失，根据热平衡空气的吸热等于烟气的防热，设烟气出口温度th.o=800，其比热容ch.o=1480J/m3，烟气入口温度th.i=1150，其比热容ch.i=1524J/m3，根据热平衡计算得出烟气出口温度为： = 800（）与假定的800基本相等，故确定烟气出口温度th.o=800。（3）对数平均温度差确定烟气与空气为顺流流动，烟气进口和出口处两流体温度差为：进口处 ti =1150-20=1130 () 出口处 to=800-480=320 ()由于ti/to=1130/320=3.5722，故取对数平均温度差： （4）空气侧传热系数计算空气平均温度为：空气流动雷诺数为： 可知空气在管内属湍流流动。先按L/d50，则补正系数kL=1.0，设管壁温度tw750（），温度补正系数 =0.75因此，空气侧的传热系数为： （5）烟气侧传热系数计算由于烟气侧对流传热系数所占份额很小可或略不计，仅计其辐射传热部分，并对进口，出口端分别计算然后取平均值。1）烟气入口端辐射传热系数烟气有效射线长度为：，烟气成分为：CO2 5.85%，H2O 3.70%（当烟气温度th.i1200时，查有关图表分别得：，,因此可求得烟气的黑度为：设管组圆筒壁的黑度b=0.8，而系数按公式为： 按公式可求得系统的黑度为： 入口处烟气温度th.i=1150，空气温度为tc.i=20 ,设壁温tw.i=900，则温度补正系数为： 2)烟气出口段辐射传热系数当烟气温度th.o=900时，查图及资料分别可得： 因此可求得烟气得黑度为：设管组圆筒壁的黑度，按公式求得系统的黑度为： 烟气入口处空气侧得对流传热系数为： 按公式求得： 查表得，则管壁温度为：或tw=1186-273=910，与原假定的900基本接近，故可按tw.i=900进行下一步计算。当烟气温度为壁温900时，查相关图表得则烟气的黑度为：按下式计算得出烟气入口处的辐射传热系数为： 出口处烟气温度th.o=800，空气温度tc.i=480.设壁温tw.o=750,温度补正系数为： 则烟气出口端空气侧的对流传热系数为： （7） 传热表面积F）（，2Mlm.24.9.33650533978KtQF=D=（8） 管组圆筒高度确定查表4-19，换热管每米长加热表面积（按外径计），则管组圆筒高度为：)(.3.493132.054.24.9mnfFHo=（9）核算管段入口系数 换热管长度L=H=3.493m，管内径，此时，计算空气侧对流换热系数时的管段入口系数=1.0，故前面空气对流传热系数计算时假定=1.0是正确的，不需计算。4. 换热器验算（1） 空气出口温度当空气温度=235 时，比热容为：=1335J/（），其水当量为：0.831335=1108（W/C);当烟气平均温度为0C时，比热容,其水当量为 ()CWcVwmhhh/1391148094.0.=.水当量之比为：80.01391/1108=hccwwR。换热器空气侧的热传递单元数为：74.01108/724.9.33/)(c=WKFNTUc。换热器空气侧传热有效度（顺流式）为： = 81.01)81.01(74.0exp1+- =0.257则，空气出口温度为： =20+0.306（115020） =3660C烟气出口温度： =1150-0.306*0.8*（1150-20）=8500C传热计算中假定的8000C高500C，误差6%（2,属湍流流动，按公式（4-42B）其摩擦压损为： =1200（Pa)(2) 空气侧形阻压损 取空气进，出口端环形集管的阻力系数，温度补正系数按公式（4-45C）为： 则空气形阻压损为：)(14502732351293.1216.13)1(2)(2.2PatwPmcoctd=+=+=D8）（brzz（3） 空气侧总压降管组式辐射换热器技术性能及总图分别见表序号名称数值1传热表面积/24.92流动方式顺流式3空气入口温度/0C204空气出口温度/0C4805空气标况流量/0.836烟气入口温度/0C11507烟气出口温度/0C8008烟气标况流量0.949空气标况流速/1610烟气标况流速/0.4411总传热系数/3312管组圆筒直径/mm144013换热管直径/mm423.514换热管材质0Cr23Ni1315烟气通道内径/mm169016空气侧压降/Pa2650四、鸟笼式结构图五、性能分析 1、换热效率高：在较低的流速下形成湍流，当雷诺数Re大约为20000时形成湍流，换热效率是管壳式换热器的3-5倍。2、热回收率高：智联换热器末端温差可以达1度，热回收率90%以上。3、BRB不等截面换热器，是两侧流道截面积不等，形成宽、窄流道，流通面积之比为2：1，使其两种介质在同流速下流量比为2：1，从而提高传热效率，降低一侧阻力损失，不等截面积采用对角流结构，使传热更充分。4、结构紧凑：体积小是管式换热器的1/5-1/10，重量是列管的1/5。5、拆卸清洗方便：可根据需要增加或减少板片来实现变换换热面积。6、投资费低：适应使用贵重金属材料工况，智联换热器投资远远低于其它换热器。板片材料：不锈钢304、316、316L钛、钛钯合金、铜板、碳钢板、复合板等，可根据用户需要选用其它板材。密封垫材料：耐油丁晴胶垫、耐温三元乙丙胶垫、混合胶垫等材料，使用温度零下30摄氏度到200摄氏度，工作压力最高2MPa。六、个人总结：本次换热器课程设计是对鸟笼式换热器的设计，通过查阅有关文献资料、上网搜索资料以及反复计算核实，本鸟笼式换热器的设计可以说基本完成了。下面就是对本次设计的一些感受和体会。经过两周时间努力，换热器的设计计算、理论分析、性能评测等环节，参阅各类书籍若干，与同学交流合作之功效，最终将此鸟笼式换热器的设计说明书和结构图整理出来。这期间，最艰难的莫过于对于设计计算这方面，因为误差的影响导致很多数据只能大概估计，并不能准确无误的带入公式计算结果，因此，结果将会产生很大的误差，但是也在预料之中，将其控制在误差范围就可以了。其次，由于很长时间没有接触AutoCAD，因此绘画三视图注定是重新学习工程制图的过程，过程很艰难但是结果确实很让人自豪，既学习了绘画技术和技巧，又掌握了大致的画图思路，收益良多，最后，请教老师一些疑难问题，并最终产生如今的成果。当然，问题难免会出现在其中，甚至错误，但是思路清晰了，技术理解了，比什么都重要。本设计所需要的换热器通过计算发现可以达到了设计的要求，且设计的鸟笼式换热器所需的换热面积较合适，计算得的面积裕度也较合适，这样所损耗的热量相对来说不会很大。至于本设计能否用在实践中生产，或者生产的效率是否会很低，这些只有在实践中才能具体的说明。课程设计需要学生自己做出决策，自己确定实验方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是增强工程观念、培养提高学生独立工作能力的有益实践。通过本次设计，我学会了如何根据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中筛选出较适合的资料，根据资料确定主要工艺流程，主要设备，及计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。了解到了工艺设计计算过程中要进行工艺参数的计算。通过设计不但巩固了对主体设备图的了解，还学习到了工艺流程图的制法。通过本次设计不但熟悉了换热器课程设计的流程，加深了对换热器设备的了解，而且学会了更深入的利用图书馆及网上资源，对前面所学课程有了更深的了解。但由于本课程设计时间比较紧，查阅的文献有限，本课程设计还有较多地方不够完善，不能够进行有效可靠的计算。本次设计非常感谢欧少端老师的指导，有了他的指导使得我们更快的进入课程设计的状态，使我们少走弯路，同时非常感谢我的同组员，正是有他们在一起讨论，才使我