气气热管换热器计算书.docx

热管换热器设计计算 1 确定换热器工作参数1.1 确定烟气进出口温度t1，t2，烟气流量v，空气出口温度t2c，饱和蒸汽压力pc.对于热管式换热器，t1范围一般在250600之间，对于普通水-碳钢热管的工作温度应控制在300以下.t2的选定要避免烟气结露形成灰堵及低温腐蚀，一般不低于180.空气入口温度t1c.所选取的各参数值如下：烟气流量 v饱和蒸汽压力 pc空气出口温度 t2c 空气入口温度 t1c排烟入口温度 t1排烟出口温度 t240000m2/h 0.2mpa 120c 20c420c 200c2 确定换热器结构参数 2.1 确定所选用的热管类型烟气定性温度： tf=t1+t22 =420c+200c2=310c在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4倍冷却介质温度的和的平均值所得出：烟气入口处： ti=t1+t2c45=420c+152c45=180c烟气出口处：to=t2+t1c45=200c+20c45=56c 选取钢-水重力热管，其工作介质为水，工作温度为，满足要求，其相容壳体材料：铜、碳钢（内壁经化学处理）。2.2 确定热管尺寸对于管径的选择,由音速极限确定所需的管径dv=1.64qcr(vpv)12根据参考文献热管技能技术，音速限功率参考范围，取，在to=56c启动时v=0.1113kg/m3pv=0.165105par=2367.4kj/kg因此 dv=1.64qcr(vpv)12=10.3mm由携带极限确定所要求的管径dv=1.78qentr(l-14+v-14)-2g(l-v14根据参考文献热管技能技术，携带限功率参考范围，取kw管内工作温度 ti=180时 l=886.9kg/m3 v=5.160kg/m3 r=2013kj/kg 因此 dv=1.7842013(886.9-14+5.16-14)-2g431.010-4(886.9-5.160)14 =13.6mm 考虑到安全因素，最后选定热管的内径为管壳厚度计算由式 式中， 按水钢热管的许用压力选取，由对应的许用230来选取管壳最大应力,而故 考虑安全因素，取,管壳外径:.通常热管外径为时，翅片高度选（一般为热管外径的一半），厚度选在为宜，应保证翅片效率在0.8以上为好.翅片间距对干净气流取；积灰严重时取，并配装吹灰装置.综上所述，热管参数如下：光管内径/mm光管外径 /mm翅片外径/mm翅片高度/mm翅片厚度/mm翅片间距/mm肋化系数 22255012.5148.7翅片节距：每米热管长的翅片数：肋化系数的计算：每米长翅片热管翅片表面积每米长翅片热管翅片之间光管面积每米长翅片热管光管外表面积肋化系数： 2.3 确定换热器结构 将热管按正三角形错列的方式排列，管子中心距s=1.21.5df 取s=70mm。3 热力计算3.1 确定换热器中热管的热侧和冷侧的管长lhlc,以及迎风面管数b 1）确定烟气标准速度v，一般取2.55m/s，假设v=4m/s，可得出烟气迎风面的面积a=vv=4000043600=2.8m2 2）确定迎风面宽度e,取e=1.8m，热管的热侧管长lh=ae=2.81.8=1.56m,适当取lh=1.5m,并且lhlc=31,lc=0.5m。 3）求出迎风面的管数b，b=es=1.80.07=25.7,b为整数，应取b=26，因此实际的迎风面的宽度e=0.0726=1.82m,同时实际的迎风面面积a=elh=1.821.5=2.73m2,实际的速度是v=va=4000036002.73=4.07m/s。3.2 确定传热系数 1）烟气定性温度：tf=t1+t22=420+2002=310,从而确定烟气的物性参数： tfkg/m3cpkj/(kg)fw/(m)fpaspf 310 0.608 1.1254.93 28.6 0.65 2）确定烟气侧管束的最小流通截面积 nfa=s-do -2(lffnf)lhb =0.07-0.025-2(0.01250.001200)1.526 =1.56m2 求烟气侧的最大质量流速 gmax=(vf)/nfa =400000.60836001.56 =4.33kg/(m2s) 求烟气侧流体雷诺数 rh=(gmaxdo)/f =4.330.02528.610-6 =3785 通过briggs公式，求的烟气侧流体的对流换热系数 hf=0.1378rh0.718f13(sflf)0.296fdo =0.1378(3785)0.718(0.65)13(412.5)0.296(4.9310-20.025) =62.3 w/(m2) 3) 假定热管管壁温度 tw=(t1+t22+t1c+t2c2)2=190 4) 由tw可以在查出热管侧的管材导热系数=40w/(m) t=tw-t2c=190-120=70 在米海耶夫推荐的1054106pa下，可推出冷侧流体的对流换热系数 hfc=0.122t2.33p0.5 =0.122702.3320.5 =3435 w/(m2) 同时 =lf2hf(wf)12 =0.0125(262.3400.001)12 =0.7 由f和dfdo=2两参数，可以查圆形翅片管的肋效率图，烟气侧的热管效率fh=0.85) 算出烟气侧每米长的热管的翅片表面积： a1=24df2-do2+dffnf1 =0.62 m2 烟气侧每米长的翅片和热管之间的面积： a2=do(1-nff) =0.063 m2 烟气侧管外每米长的热管的管外总面积： a3=a1+a2=0.62+0.063=0.683 m2 6) 算出烟气侧的管外有效对流换热系数 hf=hf(a2+fha1)a3 =62.30.063+0.80.620.683 =51 w/(m2) 算出冷流体管外有效对流换热系数 hc=hfcacac=hfc=3435 w/(m2) 7) 算出总传热系数 参考热交换器原理与设计，可查得烟气污垢热阻= 0.001 m2/w 。因此，管壁的导热热阻为 =do2lndodi=410-5 m2/w k=11hf+lhlc+1hflhlc+ =1（1518.7+410-5+410-53+33435+0.001） =233.3 w/(m2) 3.4 确定烟气侧总传热面积和换热器所需要的管数 1）算出传热量 qh=vfcp(t1-t2) =4000036000.6081.125220 =1672 kw 由于热平衡，并且考虑到6%的综合热损 qc=qh1-6%=1571.68 kw 2) 确定对数平均温差t2，420200120120，忽略其预热过程，因此 t2=tmax-tminlntmaxtmin =300-80/ln30080 =166.4 3) 确定烟气侧的总传热面积a和换热器所需要的管数m a=(qh+qc)2kt2 =(1672+1571068)103/(2233.3166.4) =41.8 m2 m=adolh =41.8(3.140.0251.5) =354.9 应取整 m=355 根3.5 确定管排数 n=mb=35526=13.6 取整n=14 排 按之前说的，以正三角方式排列，即以26、25依次排列，这样总共的管数应该是 n=3574 流阻计算4.1 确定烟气侧的流阻 对于圆形翅片管，使用robinson和briggs公式 先求出烟气侧摩擦系数 f=37.86(dogmaxf)-0.316(sdo)-0.927 =37