换热器设计说明书.doc

换热器课程设计任务书题 目：环缝式换热器设计 专业班级： 指导老师： 姓 名： 学 号： 日 期： 计算过程：一已知条件如下：1） 入换热器的平均烟气标况流量：；2） 入换热器烟气温度：3） 入换热器空气标况流量：；4） 入换热器空气温度：；5） 出换热器空气温度：；6） 烟气成分（V/V,%)成分（V/V)%5.856.703.704.6579.107) 环缝内安装螺旋形导向片，螺旋节.2 确定内，外筒直径（1） 内筒直径 取烟气的标况流速，通道断面为： 内筒内径为： 取内筒壁厚6mm，则内筒外径（2） 环缝宽度 取空气在环缝螺旋通道内的标况，则 环缝断面积为： 环缝宽度为：（3） 外筒内径 去外筒壁厚为6mm，则外筒外径3 热计算（1） 有效传热热流量（指空气所需的显热增量）查附录三得比热容分别为：，则 （2） 烟气出口温度计算 根据热平衡式，在不考虑热损失的情况下，空气的吸热等于烟气的放热，因而可先计算出烟气的出口温度。按照烟气成分求出烟气的比热容（见表如下） 烟气比热容80090010001100120016351495151115261540假设，其比热容为，而烟气入口温度时，其比热容为：，按热平衡计算得： 与假定的915相等，故先按915的出口温度进行下一步热计算。（3） 平均温度差计算设计采用烟气与空气为顺流流动，则换热器进，出口流体温度差为： 由于，故取对数平均温度差 （4） 空气侧传热系数 空气平均温度为： 螺旋通道当量直径： 空气流速，空气的雷诺数为： 属于湍流，可用计算，公式中的系数确定如下： 设壁温 则， 螺旋半径 则 由于内筒高度还未求出，先假定管段入口系数 ； 空气在环缝内的对流传热系数为： （5） 烟气侧传热系数 烟气平均温度为： 由于烟气在内筒内的流速很小，其对流传热系数可忽略不计，仅计算烟气的辐射传热系数。 根据辐射换热器热计算的特点，对于烟气的辐射传热系数按进、出口分别计算。1） 入口端烟气的辐射传热系数 烟气在内筒内的有效射线长度为： 烟气成分（V/V,%）：、3.7%、6.7%，烟气入口处温度，插图3-16至图3-19。得. 则烟气的黑度为： 取内筒金属壁的黑度， 按公式求得系统的辐射系数为： 入口处环缝内空气侧传热系数为： 当入口空气温度,空气标态流速设壁温，温度补正系数代入公式（4-21A）求得入口端空气传热系数为：查表419得f(a)=0.72,则内筒壁温为：。当烟气温度为时，查第三章有关图表。则烟气的黑度为：因此，入口处烟气的辐射传热系数为：2） 出口端烟气的辐射传热系数出口端烟气温度为查第三章有关图表得。则烟气的黑度为： 取内筒金属壁的黑度，按公式求得系统的辐射系数为： 出口处环缝内空气侧传热系数为：当出口空气温度，空气标态流速设壁温， 温度补正系数，同样求得入口端空气传热系数为查表4-19得f(a)=0.96,则内筒壁温为：当烟气温度为时，有关图表。则烟气的黑度为：因此，出口处烟气的辐射传热系数为： （3） 烟气平均辐射传热系数 考虑进、出口集箱辐射的影响去辐射增量，则烟气侧辐射传热系数为： （6） 换热器总传热系数K （7）传热表面积F （8） 内筒高度 取内筒搞去H=5.6m，则换热器传热面积为 （9）核算管段入口系数 螺旋节距h=1.0m，旋转直径为： 内筒高度H=5.6m，螺旋圈，螺旋长度（指空气流程长度）为： 在进行环缝通道内空气传热系数计算时，环缝的当量直径，则，故计算空气对流传热系数时假定是正确的，不需再算。4 换热器验算（1） 空气出口温度 当空气温度=220 时，比热容为：=1337.6J/（），其水当量为：1.711337.6=2287 当烟气温度1057.5时，比热容=1519.6J/（），其水当量为：1.941519.6=2950 水当量之比为： 2287/2950=0.76换热器空气侧热传递单元数为38.131.2/2287=0.52换热器空气侧的传热有效度（顺流式）为： =0.341则，空气出口温度为： =20+0.341（1220-20）=422()经验算空气出口温度能满足420的要求。（2）烟气出口温度=1200-0.3410.76(1200-20)=921()验算结果表明，空气出口温度422和烟气出口温度921与热计算的条件基本相符，传热表面积F=31.2可满足要求。（3） 壁温计算 1）平均壁温为：=632() 2）烟气入口处壁温为：=641() 3）烟气出口处壁温为：=557()五、 流体降压计算(1) 空气侧压损1） 摩擦压损由热计算知空气在环缝通道内雷诺数=24227，属于湍流计算状态。按公式（4-44）和表4-14得摩擦阻力系数为：0.038按公式（4-43B）计算得摩擦阻力损失为：=6633（）2） 形阻（局部）压损区进、出口环形集管阻力系数=3.0，温度补正系数：=1.6按公式（4-46A）求得形阻损失为：=2695（）3） 空气侧总压损：6633+2695=9328（）（2） 烟气侧压损 烟气侧阻力损失包括烟进气、出口的形阻损失和内筒内的摩擦阻力损失两部分。由于换热器为立式安装，烟气的浮力影响忽略不计。烟气在内筒内的标况流速为：=0.8 烟气雷诺数为： =，故为湍流。1）摩擦阻力损失摩擦系数：=0.039摩擦阻力损失为：=0.255（）2） 形阻损失取换热器烟进气、出口总阻力系数3.5，而温度正补系数为：形阻损失为：=8.1（）3） 烟气侧总阻力损失 （）六、 环缝式换热器技术性能表有效加热面31.2介质流动方式螺旋顺流式空气入口温度空气出口温度空气量1.71烟气入口温度烟气出口温度烟气量空气流速烟气流速传热系数内筒内径内筒壁厚内筒壁温（平均）内筒材质1Cr18Ni9外筒内径 外筒壁厚6mm外筒材质20g空气阻力9328Pa性能分析：这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,体积小，占地面积小，能够承受高温高压，结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高。可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数。为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。对换热器的防腐蚀和防泄漏的方法也比其他设备要多加考虑因此必须经过清洗来改善换热器的性能。由于清洗的困难程度是随着垢层厚度或沉积的增加而迅速增大的，所以清洗间隔时间不宜过长，应根据生产装置的特点，换热介质的性质，腐蚀速度及运行周期等情况定期进行检查，修理及清洗。根据换热器的形式，应在换热器的两端留有足够的空间来满足条件（操作）清洗、维修的需要。个人总结：通过这次课程设计使我充分理解到传热学课程的重要性和实用性，更特别是对辐射传热及提高传