曾磊文热风炉设计.doc

键入文字 wrfl-4-q型燃气热风炉设计作者姓名：曾磊文指导教师：赵岩 讲师单位名称：材料与冶金学院专业名称：热能与动力工程东北大学2012年6月 - 55 - the design of wrfl-4-q hot blast furnaceby zeng lei wensupervisor: lecturer zhao yannortheastern universityjune 2012毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目： wrfl-4-q型燃气热风炉设计设计（论文）的基本内容：1. 燃料的燃烧计算2. 换热体结构设计计算3. 空气侧和烟气侧阻力计算4. 鼓风机的选择5. 引烟机的选择毕业设计（论文）专题部分：学生接受毕业设计（论文）题目日期 第4周指导教师签字： 年 月 日东北大学毕业设计（论文） 摘要 wrfl-4-q型燃气热风炉设计摘 要通过长时间的生产实践，人们已经认识到，只有利用热风作为介质和载体才能更大地提高热利用率和热工作效果。传统电热源和蒸汽热动力在输送过程中往往配置多台循环风机，使之最终还是间接形成热风进行烘干或供暖操作。热风炉是干燥设备里面最重要的辅助设备，是一门跨行业的加工设备，热风炉广泛应用于纺织漂染、橡胶涂层的热定型；印铁涂料烘房、彩钢板生产线烘房、金属表面除锈处理后的烘干及油漆烘干，造纸工业的烘干，粮食饲料；胶合板、石膏板的成型干燥，木材干燥，化工物料、动植物油脂的喷雾干燥以及工业厂房的采暖等等。取代目前使用的以蒸汽、油锅炉或电加热空气的方式，减少了热交换环节及相应的热交换设备，具有系统热效率高，设备简化，操作方便，安全可靠，运行成本低等优点。本文简要介绍了热风炉的原理、分类、参数和技术指标等内容，研究了热风炉换热系统的特性和设计要点。对wrfl-4-q型燃气热风炉进行了燃料的燃烧计算、燃烧装置设计、换热体设计、烟道阻力损失计算以及所用鼓风机和引烟机选择。其中最主要的是换热体的设计，本热风炉换热体由光管插件换热体和翅片管插件管换热体组成。关键词：热风炉，燃气，效率，换热体东北大学毕业设计（论文） abstractthe design of wrfl-4-q hot blast furnaceabstract through long time practice, it has been universally recognized that only using air as the medium and carrier can greatly improve the heat utilization rate and thermal effect of the hot blast furnace. traditional electric heat source and steam heat power often deploys several circulating fans during the conveyance process, which finally formed hot air indirectly to realize drying or heating operation. hot blast furnace is the most important auxiliary equipment of all kinds of drying equipments and also a kind of cross-industry processing equipment. it is widely used in textile drying, rubber coated heat setting, printing coating drying room, color steel plate production line drying room, metal surface rust treatment of drying and paint drying, the drying in paper industry, feeding grain, plywood, gypsum board drying, the wood drying, chemical materials, plant and animal oil spray drying and industrial heating etc. it also replaces the current way of heating air by steam, oil boiler or electric and reduces the heat exchange part and relevant heat-exchange equipments, which endows it many advantages, like systematicness, high heat efficiency, simple equipment, convenient operation, safety and reliability, and low operating cost.the purpose of this design is the design of wrfl-4-q hot blast furnace. this paper introduces the industry background, the principle, the classification, the main parameters and the technical index of hot blast furnace, and researches a series of characteristics and design essentials of its heat exchanger system. this thesis is mainly composed of the fuel combustion calculation of the wrfl-4-q hot blast furnace, the design of combustion device, the design of heat exchanger, the flue resistance loss calculation and the choose of air blower and ventilator needed, among which the most important is the design of heat exchanger, which is composed of stainless steel tube heat exchanger and finned tube plugin heat exchanger. key words: hot blast furnace, gas, efficiency, heat exchanger东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论第一章 绪论作为热动力机械的热风炉于20世纪70年代末在我国开始广泛应用，它在许多行业已成为电热源和传统蒸汽动力热源的换代产品。热风作为湿热交换介质，除用于各类物料的干燥外，还广泛地用于各种空间的冬季供暖等。干燥技术是一门跨行业的加工技术，涉及农产品加工、食品加工、轻工、木材、化工、制药、冶金、纺织等。热风炉是干燥设备最重要的辅助设备，也同样涉及这么多的领域，满足这些物料对热风温度的不同要求。通过长期的生产实践，人们认识到，利用热风作为热介质载体能够更大地提高热利用率和热工作效果。传统电热源和蒸汽热动力在输送过程中往往配置多台循环风机，使之最终还是间接形成热风进行烘干或供暖操作。干燥作业是一个耗能巨大的操作，干燥成本很大一部分来源于能耗，耗能指标一直是评价干燥设备的一项重要指标，因此寻求低耗能干燥方法是干燥设备设计人员奋斗的目标之一。降低能耗的最基本方法就是选择一套高效率的热风炉。热风炉是用于气流干燥、喷雾干燥、流化干燥、塔式干燥以及回转干燥等装置的主要辅助设备，也是温室及家畜饲养场加温的主要设备，广泛应用于纺织漂染、橡胶涂层的热定型；印铁涂料烘房、彩钢板生产线烘房、金属表面除锈处理后的烘干及油漆烘干，造纸工业的烘干，粮食饲料；胶合板、石膏板的成型干燥，木材干燥，化工物料、动植物油脂的喷雾干燥以及工业厂房采暖等等。取代目前使用的以蒸汽、油锅炉或电加热空气的方式，减少了热交换环节及相应的热交换设备，具有系统热效率高，设备简单，操作方便，安全可靠，运行成本低等优点。1.1热风炉原理（此段介绍的还是热风炉的分类）燃料在燃烧室内燃烧产生的高温烟气，经过热风炉换热体将高温烟气的热量传给空气或者其他介质，以加热空气或者其他介质，而高温烟气经换热后温度降至200250排入大气。加热的空气将成为热风，热风就是热风炉的产品。1.2 热风炉的分类长期以来，根据不同的需要以及燃料的不同，人们开发了各种各样的热风炉。目前用于热风炉的热源主要有天然气、煤、电、油以及太阳能。加热形式主要有直接烟道气是和间接换热式。换热器的类型更是复杂多变，有列管式、无管式及热管式等。在功率上有大型小型之分。烘干设备热源热风炉品种多，称谓不同，但大体一般按照以下方式分别：按照输出介质洁净度不同可以分为直燃烟道式热风炉和间接换热式式热风炉。烟气炉输出的介质为燃料燃烧直接产生的烟气，经过预除尘后可配套应用于热介质温度较高、对热介质洁净度无严格要求的物料干燥（如：复合肥、城市污泥、部分饲料、煤泥等），输出温度可以高达1200，且不受钢材的限制；间接式热风炉输出的介质为经过换热器充分热交换后的洁净热空气，介质温度为100550。并且间接式热风炉还可以根据热载体的不同分为导热油热风炉、蒸汽式加热风炉、烟气热风炉。根据换热器形式不同分为无管式热风炉、列管式热风炉、热管式热风炉等。根据燃烧方式不同可以分为固定炉排热风炉、机烧热风炉，沸腾燃烧燃煤热风炉。一般情况下，根据输出热量大小不同、可以选择不同燃烧形式。其中lrf型立式燃煤热风炉又称手烧炉，人工上煤，采用固定炉排，提供热量较小：1080wkcal/h；wrf型卧室燃煤热风炉采用机械链条炉排，机械上煤、出渣，提供热量601500 wkcal/h。ffb型沸腾燃烧燃煤热风炉采用流化燃烧方式，提供热量605000 wkcal/h。上述可见，限于热量及结构形式，燃烧方式有一定的变化。 按不同燃料可以分为煤、油、气热风炉，燃料种类的不同意味着燃烧装置的改变。输出热量相等情况下，固定炉排燃烧效率较低，链条炉排和沸腾燃烧炉燃烧效率较高，其中尤以沸腾燃烧效率最高。特别是在大型燃煤炉的应用上。 按输出热风温度不同，分为高温热风炉、中温热风炉、低温热风炉。输出热风温度不同，换热体材料和结构需要调整。输出温度低于250称为低温热风炉，换热器高温段材质采用20g钢管即可以满足要求；输出温度为高于250低于450称为中温热风炉，换热器材质要求为普通耐高温不锈钢即可，温度高于450称为高温热风炉，换热器材质要求为特殊耐高温不锈钢或耐高温渗铝合金钢。 以热风炉换热体的摆布形式可以分为合置式和分置式，一般情况下，根据用户厂房情况合理选择，并不能完全就说哪一种就好。大型热风炉一般由燃烧室、除尘室和换热体组成，换热体一般分体组合使用。从检修调节方便性上来看一般大型热风炉采用分置式要相对合理一些。根据功率的大小可分为大型热风炉和小型热风炉。功率在100wkcal以上的为大型热风炉，功率在100wkcal以下的为小型热风炉根据司炉方式可分为机烧式和手烧式热风炉。根据炉体结构可分为卧式热风炉和立式热风炉。根据炉排的分布形式可分为水平炉排热风炉和倾斜炉排热风炉。1.3热风炉的技术参数及评价指标1.3.1 温度参数 热风炉温度参数主要有：燃烧温度、烟气出口温度、热风温度、换热体器壁温度。 燃烧温度为燃料燃烧时燃烧产物的温度，可近似认为是产生的烟气温度。燃料不同，燃烧温度不同。 烟气出口温度是热风炉的排烟温度，排烟温度低说明换热效率高。不过为了防止低温烟气腐蚀，以及烟气温度过低时换热面积急剧增加导致成本增加和阻力损失的增加，排烟温度一般取200250。 热风温度是指热风炉能将洁净空气加热到的温度，热风温度是选择热风炉的一个重要指标，一般情况下热风温度与燃料的燃烧状况、空气量及空气入口温度有关。 换热体壁温度涉及到采用什么材质，换热体最高壁温在换热段烟气入口处。在一定的温度条件下，两侧谁的换热系数大，壁温度就接近那边的温度。为了降低壁温度，可适当提高冷空气测的对流给热系数。1.3.2 热风炉的风量和供热量 供热量是热风炉最重要的技术参数，必须与干燥技术工艺所要求的热量平衡。更确切地说干燥工艺首先确定的是风量和温度，这两者一定，供热量就确定了。众所周知 q2=v2(twocpo-twicpi) (1-1)空气比热容为物性参数，所以v2和two由工艺确定后，热风炉的供热量即确定。在设计热风炉的供热量时我们还需要考虑以下三个问题：（1） 空气流量 式（1-1）中v2中的单位是nm3/h，是标准状态下体积流量，而工艺上往往给出的是热态下的体积流量，这必须换算成标准状态下的空气流量，再求出供热量，才能为热风炉传热计算提供准确数据。（2） 空气出口温度two并非工艺要求的温度，他往往要高于工艺要求的温度。因为热风炉与干燥机之间连接管道有散热损失，设计时切不可忽略这一点。（3） 空气入口温度twi作为固定产品的热风炉设计计算时应取热平衡的基础温度0。但炉子运行时可能低于或高于这个温度，这对炉子工作有极大影响。例如冬天温度可能会-20，而夏天温度又会达30。以1000m3/h风量的炉子为例，同样的热风出口温度，炉子应提供的热量相差15 wkcal/h，这必须引起设计者和用户的注意。1.3.3 热风炉热工指标（1）温度效率温度效率指的是热风出口温度与燃料实际燃烧温度之比。它与燃料种类、发热量、空气过剩系数、助燃空气温度有关；在计算温度效率时，炉温系数估计的是否准确，直接影响炉内辐射传热计算、炉壁及管道的温度、传热面积等重要参数。（2）热效率热效率是空气所获热量与燃料燃烧发热量之比，热风炉的热效率是衡量热风炉运行经济性的主要指标，是燃料发热量和热损失之差。热风炉有以下几项热支出，：加热空气需要的热量、排烟带走的热量、炉体散热、炉渣带走的热量、其他热支出。热损失有化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、排烟损失、灰渣热损失、炉体散热损失等。主要影响炉子热效率的是炉体散热损失和排烟热损失。（3）单位生产率 单位生产率有两种直观表示法，分为单位质量生产率和单位体积生产率。单位质量生产率：指冷热气体介质之间平均温差为1，在1h内每吨热风炉的传热量，热值越大说明热风炉所用材料越少.单位体积生产率：指冷热气体介质之间的平均温差为1，在1h内每立方米热风炉中的传热量，热值越大，说明热风炉占地面积或所占空间越小。（4） 气体阻力损失热风炉内有烟气通道和空气通道，在温度和流量一定时，速度越大，流经路线越长，几何形状越复杂，阻力损失越大。要保证两种气体流动通畅，减少通风设备的动力消耗，必须对流体通道进行合理的设计。（5） 换热系数k换热系数k为换热器主要性能参数，换热系数高，换热效率高，所以热效率也高。它与金属壁面热阻、烟气侧热阻、空气侧热阻、烟尘热阻等有关，在提高综合传热系数k时，须注意两点，一是不能盲目地较少热阻，必须分析空气侧和烟气侧谁的热阻大，哪个大减少哪个最有效。二是设置肋片，增加传热面积，哪边热阻大，肋片设置在哪边。1.4热风炉的特性1.4.1直接加热热风炉直接加热炉的特点是燃料燃烧后产生的烟气，经高净化处理形成热风，不通过换热设备，而和物料直接接触加热干燥或烘烤。该种方法燃料的消耗量约比用蒸汽式或其他间接加热器减少一半左右。设备成本比较低，热损失少。因此，在不影响烘干产品品质的情况下，完全可以使用直接式高净化热风。 燃料为气体燃料，如煤气、天然气、液体气。 燃料经燃烧反应后得到的高温燃烧气体进一步与外界空气接触，混合到某一温度后直接进入干燥室或烘烤房，与被干燥物料相接触，加热、蒸发水分，从而获得干燥产品。为了利用这些燃料的燃烧反应热，必须增设一套燃料燃烧装置。如：煤气烧嘴1.4.2间接加热热风炉 间接式热风炉主要适用于被干燥物料不允许被污染，或应用于温度较低的热敏性物料干燥。如：奶粉、制药、合成树脂、精细化工等。此种加热装置，即是将蒸气、导热油、烟道气等做载体，通过多种形式的热交换器来加热空气。 间接式热风炉的最本质问题就是热交换。热交换面积越大，热转换率越高，热风炉的节能效果越好，炉体及换热器的寿命越长。反之，热交换面积的大小也可以从烟气温度上加以识别。烟温越低，热转换率越高，热交换面积就越大。1.5热风炉的设计热风炉不同于一般的换热器。一般的换热器只涉及到冷热两种流体的换热，并不涉及燃料的燃烧及相应的由燃料的化学能向热能的转换。而热风炉必须包括两个过程：燃料的燃烧过程及燃烧产物和空气的换热过程。所以，热风炉在某些方面更像一般的锅炉，不过他提供的不是热水和蒸汽，而是热风。在某些换热及温度条件下，换热壁面的温度可高达600700，若局部表面的空气冷却条件不好，壁温还可能升高。在这样高的温度下，一般的碳钢材料很难承受的。一方面，这一温度能使钢材产生屈服变形，使钢管或钢板烧弯；另一方面，高温腐蚀及高温氧化，可使受热面一层层剥落，受热面很快烧穿。这就是设计热风炉所面临的主要难题。涉及热风炉的第二个难题是烟气与空气之间的传热系数较低，尤其是在烟气的低温区。因而使传热面积增大，紧凑性下降。在相同的热负荷下，热风炉比一般的蒸汽锅炉或热水锅炉需要较多的传热面积，这就是为什么热风炉的造价要高于同等供热量的锅炉的原因。设计热风炉的第三大难题是积灰问题，因为传热面积大，管子布置的多，烟气流程较长，因而一般来说热风炉的积灰状况比一般的锅炉更严重，因而设计时要引起足够重视。但是，与一般锅炉比较，热风炉也有其独特的优点，即它不是一个压力容器，因为一般被加热的空气是在接近常压下流动的，这给热风炉的设计和制造提供了有力的条件。针对热风炉的这几大难题，可采取以下几方面的对策。1 将燃烧设备（燃烧器）与换热体分离；2 降低进入换热体的烟气温度；3 强化空气侧的换热；4 改变高温烟气和空气的流动方向；5 采用耐高温的材料；上述几种对策，可以灵活地选择几种组合加以应用。对于积灰问题，和其他型式的换热器一样是一个具有普遍性的问题，在设计时应考虑合适的吹灰和清灰措施。1.6本文主要涉及内容本论文包括计算和设计两部分：计算内容主要有：燃料燃烧计算、换热体热平衡计算、空气侧和烟气侧阻力损失计算。设计内容：燃烧装置设计、换热体设计以及鼓风机、引烟机的选择。其中换热体的设计是主要的部分，本论文换热体采用不锈钢管插件换热体和翅片管插件换热体结构。因此，需要分别确定各自的换热系数，并且根据换热系数和换热量来确定换热面积，进而确定插件换热体结构和翅片管形式。本设计流程图如下所示：燃烧机燃烧室换热器体引烟机鼓风机烟气东北大学毕业设计（论文） 第二章 燃烧装置的设计第二章 燃烧装置的设计2.1燃料燃烧计算（1）天然气干湿成分换算天然气温度为20，gh2o干=18.9g/nm3 k=100/(100+0.124 gh2o干) =100/(100+0.12418.9) =0.977 (2-1) 计算天然气湿成分，为干成分乘以k，列于下表表2.1 天然气成分项目干成分(%)湿成分(%)ch496.03594.13c2h40.410.40co0.100.98h20.470.46n22.462.40co20.210.20(2)天然气的低发热量qd=35651 ch4+59369 c2h4+12615 co+10726 h2 =3565194.13+593690.40+126150.098+107260.46 =33859.09kj/ nm3 (2-2)(3)理论空气需要量l0l0=(0.5 h2+0.5 co +3 c2h4+2 ch4)/21 =(0.50.98+0.50.46+294.13+30.40)/21 =9.04 nm3/ nm3 (2-3)(4)实际空气需要量ln，去空气过剩系数a=1.2，则ln=9.041.2=10.8 nm3/ nm3ln湿=（1+0.0012418.9）10.8=11.05 nm3/ nm3（5）燃烧产物生产量n2 v co2=0.01（co +co2 +c2h4 +ch4）=0.01（0.096+0.20+20.40+94.13）=0.9524 nm3/ nm3 (2-4) v n2=0.01（n2+79 ln） =0.01（2.40+7910.8） =8.556 nm3/ nm3(2-5)vh2o=0.01（h2 +2ch4 +2c2h4 +0.124gln） =2.148 nm3/ nm3 (2-6)vo2=0.21（n-1）l0=0.21（1.2-1）9.04=0.38 nm3/ nm3 (2-7)vn= v co2 +v n2 +vh2o +vo2 =0.9524+8.556+2.148+0.38 =12.0364 nm3/ nm3 (2-8)（6） 燃烧产物成分 co2=100=0.952/12.0364=7.91n2=100=8.556/12.364=71.08依次可以计算出h2o、o2。总计为100 表2.2 燃烧产物及其生成量项目生成量（单位）体积含量co20.95247.91n28.55671.08h2o2.14817.85o20.383.16合计12.0364100（7） 计算燃烧产物密度把上表的燃烧产物百分比含量代入烟= = =1.232 kg/ nm3 （2-9）2.2燃料理论燃烧温度t理假设t理=1800，查表得此时c产=1.630t理=本设计中由于空气和燃料没有预热，所以q空=q燃=0，不估计分解产物，则q分=0，所以 t理= (2-10) t理= =1725验证（1800-1725）/18005鉴于此炉的燃烧特性较好，取炉温系数为0.97则燃烧温度t=17520.97=1673.252.3热效率计算单位时间内炉子有效利用热量占炉子输入热量的百分比，或相应于每千克燃料(固体和液体燃料)，或每标准立方米(气体燃料)所对应的输入热量中有效利用热量所占百分比为炉子热效率，是炉子的重要技术经济指标，它表明炉子设备的完善程度和运行管理水平。炉子 的热效率的测定和计算通常有以下两种方法：2.3.1正平衡法用被热风炉利用的热量与燃料所能放出的全部热量之比来计算热效率的方法叫正平衡法，又叫直接测量法。正平衡热效率的计算公式可用下式表示： 热效率有效利用热量/燃料所能放出的全部热量 = (2-11) 式中：、炉子热效率；q1有效利用热；q燃料燃烧热。从上述热效率计算公式可以看出，正平衡试验只能求出热风炉的热效率，而不能得出各项热损失。因此，通过正平衡试验只能了解热风炉的热效率的高低，不能据此研究和分析影响炉子热效率的种种因素，以寻求提高炉子热效率的途径，无法提出改进的措施。为此在实际实验过程中，往往测出炉子的各项热损失，再求出炉子的热效率，这就是下面要介绍的反平衡法，也是我们计算要选用的方法2.3.2 反平衡法：通过测定和计算热风炉各项热量损失，以求得热效率的方法叫反平衡法，又叫间接测量法。此法有利于对热风炉进行全面的分析，找出影响热效率的各种因素，提出提高热效率的途径。反平衡热效率可用下列公式计算。锅炉的热损失主要有以下这些： 排烟热损失：由于排烟带走一部分锅炉的热量所造成。 化学不完全燃烧热损失：燃料进行燃烧时，或因助燃空气供给不足，或因燃料与空气混合不好，烟气中含有可燃气体造成的热损失。这些气体主要是一氧化碳，另外还有微量的氢和甲烷。 机械不完全燃烧热损失：机械不完全燃烧热损失是指供给炉子的燃料，未经炉内燃烧而损失掉的热量，对固体燃料是指经炉栅漏掉和灰渣夹带而损失的燃料；对气体和液体是指管道和烧嘴不严密处漏失的燃料。散热损失：炉子运行时，各部分炉墙、钢架、管道和其他附件等的表面温度均比周围空气温度高，这些热量损失叫散热损失。散热损失的大小主要取决于炉子散热表面积的大小、表面温度及周围空气温度等因素。灰渣或飞灰物理热损失：它包括灰渣损失、飞回损失和漏煤损失。炉子炉渣排出炉外时带出热量所造成的热损失。热效率100各项热损失的百分比之和 100式中 排烟烟气热损失，； 气体未完全燃烧热损失，本燃烧器燃烧充分，其值为0； 固体未完全燃烧热损失，其值为0； 炉子散热热损失，其值取5； 灰渣物理热损失以及其他热损失，其值为0。大多时候采用反平衡计算，找出影响热效率的主因，予以解决。180烟气成分焓值表烟气成分co2n2h2oo2单位焓值357260304267kj/ nm3iy=iy0-(a-1)ik0 (2-11) 其中iy0= v co2 ico2+v n2 in2+vh2oih2o =0.9524357+8.556260+2.148304 =3218 kj/ nm3180空气的焓值：i空=260 kj/ nm3ik0=l0i空=9.04260=2350.4 kj/ nm3 (2-12)iy=iy0-(a-1)ik0 =3218+0.22350.4 =3688 kj/ nm3散热损失q2=12散热损失q5=5炉子热效率= q1=1（q2q3 q4 q5） =1-（12+0+0+5） =83设燃料燃烧的热量为qrs，炉子的热量供应是4mw，则有:4mw/qrs=83即qrs=4.82mw2.4燃料消耗量计算计算出热风炉的热效率之后，燃料消耗量b可根据热风炉的供热量n求出，所以燃料消耗量：b= (2-13)式中n为热风炉的供热量b=512.4 nm3/h2.5燃烧室的计算与设计2.5.1单位燃烧生成气参与冷空气体的计算参与冷烟气，按下式计算：v2= (2-14)式中v1未参与冷烟气前的烟气量t0=180 c0=1.44kj/nm3t1=1673 t2=850c1=1.635 kj/nm3 v1=12.0364 nm3/ nm3c2=1.526 kj/nm3 c2=1.526 kj/nm3v2= =16.72 nm3/ nm32.5.2燃烧装置选择（1）燃烧器选择由于天然气消耗量b=512.4 nm3/h，所以选择百得牌燃气燃烧器，型号为bgn400p百得牌燃烧器主要由以下几个优点：a、燃烧器采作整体铸铝外壳。 b、风机有很强耐压的特殊结构设计，既能使燃烧器装在半正压和正压锅炉上也能安全运行。 c、燃烧头上的滑动连接法兰允许安装人员能将燃烧头装在对炉膛来说确切的位置并将他们精确的连接。 d、燃烧头的构造使燃烧器在其运行范围内的每点都能得到最好的燃烧配比 e、电子设备控制整个运行过程和安全保障功能。 f、型号多、容量范围广。 g、安装维护方便。 h、燃烧器总装完备，便于现场连接。（3）参入冷烟气量v=bv2=512.416.72=8567 nm3/h (2-15)参入冷烟气管1根，选外径d1=600mm，壁厚8mm，验算流速公式：罐子断面积f=0.268m2v=8.88m/s (2-16)（4）燃烧室主要尺寸燃烧器相关尺寸：由燃烧器选型要求查的bgn400p型，h=356mm，则选择d5=370mm,略大于h，取d2=360mm出烟口尺寸d3850时烟气量： v850=b(v1+v2)=512.4(12.0364+16.72)=14735nm3/h (2-17)取d3=800mm，验算出烟口流速v=8.14m/s (2-18)确定燃烧室前段，中段，后段尺寸，根据燃烧时选取相关要求取d1=2610mm， 取l1=500mm，l2=2000mm， l3=1000mm， l4=100mm求燃烧室容积：v= =+2.0=6.31m3 (2-19)验算容积热强度：qv=159104kj/(m3h) (2-20)符合燃烧室热强度要求。则燃烧室尺寸确定为内经d，燃烧室总长度为l=5250mm，烟气出口直径。东北大学毕业设计（论文） 第三章 换热体设计第三章 换热体设计3.1不锈钢管插件换热体的设计计算由2.5.2可知，参与换热的烟气量为：烟气量v=14735nm3/h由q=c空 v空t得4.01063.6=1.3045v空（300-20）得v空=39424 nm3/h烟气量v=14735 nm3/h；空气流量v空=39424 nm3/h3.1.1烟气侧换热系数的确定换热体的总传热系数k综合反映了传热设备的性能，流动状况和流体物性对传热过程的影响，倒数1/k称为传热过程的总热阻。在工业成产中热交换包括壁式换热、蓄热式换热和混合式换热，其中间壁式换热是化工生产中两流体间常见的热交换形式，即冷热流体处于固体间壁的两侧，热量由热流体以对流方式传递到壁面一侧，通过间壁的导热，再由壁面另一侧以对流形式传递到冷流体。换热体的总换热系数k可由下式计算得到： (3-1)对于金属换热器，右边第二项可以忽略，则上式可简化为： (3-2)（1） 烟气侧对流换热系数为：流体流过固体表面时流体与固体之间的热量交换称为对流传热。影响对流传热的因素就是影响流动的因素及影响流体中热量传递的因素。对流传热过程是流体与壁面间的传热过程，所以凡是与流体流动及壁面有关的因素，也必然影响对流传热系数的数值，实验表明传热系数 值与流体流动产生的原因。流体的流动形态、流体的物性、流体有无相变和加热面的几何形状、尺寸、相对位置等因素有关。一般来说对性质相近的流体，强制对流的传热系数大于自然对流的传热系数。湍流流动的对流传热系数大于层流流动的对流传热系数，对于同一种流动形态，流速越大，对流传热系数越大。流体的物性有流体的粘度 、导热系数 、密度 、比热容 、体积膨胀系数 等。对于有相变的传热，还有相变热的影响，除粘度 外，其余的物性，随着其增加，对流传热系数相应增大。对于同一种流体，有相变的传热系数大于无相变的传热系数。传热的形状、大小、相对位置影响传热，如冬天房间采暖，应将加热壁面放置空间的下部，反之，夏天的冷却装置，应放置空间的上部。假定烟气入口温度为850，出口温度470，钢管取503mm，烟气流速3m/s。则烟气平均温度：t烟=查表的烟气在660时的参数 烟气密度：=0.393kg/ nm3导热系数：8.1810-2w/(m)动力粘度：37.910-6pas普朗特数：pr=0.61则：gm=v=30.393=1.179kg/(m2s) (3-3)re= (3-4)= =0.33 =33.89j/(m2h) =29.05kcal/(m2h) (3-5)(2)烟气辐射换热系数：热辐射的基本概念：任何物体在发出辐射能的同时，也在不断吸收周围物体发来的辐射能。研究热辐射规律，对于炉内传热的合理设计十分重要，对于高温炉操作工的劳动保护也有积极意义。当某系统需要保温时，即使此系统的温度不高，辐射传热的影响也不能忽视。一物体辐射出能量与吸收的能量之差，就是它传递出去的净能量。物体的辐射能力（即单位时间内单位面积向外辐射的能量），随温度的升高增加很快。一般来说，当一物体受到其他物体投来的辐射（能量为q）时，其中被吸收转为热能的部分为qa，被反射的部分为qr,透过物体的部分为qd，显然这些部分与总能量之间有下式所示的关系：qa+qr+qd=q辐射传热依靠电磁波辐射实现热冷物体间热量传递的过程，是一种非接触式传热，在真空中也能进行。物体发出的电磁波，理论上是在整个波谱范围内分布，但工业上所遇到的温度范围内，有实际意义的是波长位于0.381000m之间的热辐射,而且大部分位于红外线(又称热射线)区段中0.7620m的范围内。所谓红外线加热,就是利用这一区段的热辐射。平均辐射行程l为： l= = =0.15m； (3-6)由2.1知烟气成分中co2、 h2o百分比为：表3.1 烟气成分中co2和h2o百分比成分 百分比co2 7.91h2o 17.85则：pco2l=0.07910.15=0.0119ph2ol=0.190.15=0.0268烟气平均温度t烟=650查表得求得co2和h2o的黑度为： =0.055 =0.058则=4.6（+） =4.6（0.054+0.060）30 =15.594 kcal/(m2h) (3-7)则烟气的总传热系数为：=+=29.05+15.594=44.644 kcal/(m2h) (3-8)3.1.2空气侧对流换热系数流体流过固体表面时流体与固体之间的热量交换称为对流传热。影响对流传热的因素就是影响流动的因素及影响流体中热量传递的因素。对流传热过程是流体与壁面间的传热过程，所以凡是与流体流动及壁面有关的因素，也必然影响对流传热系数的数值，实验表明传热系数值与流体流动产生的原因。流体的流动形态、流体的物性、流体有无相变和加热面的几何形状、尺寸、相对位置等因素有关。一般来说对性质相近的流体，强制对流的传热系数大于自然对流的传热系数。湍流流动的对流传热系数大于层流流动的对流传热系数，对于同一种流动形态，流速越大，对流传热系数越大。流体的物性有流体的粘度 、导热系数 、密度 、比热容 、体积膨胀系数 等。对于有相变的传热，还有相变热的影响，除粘度 外，其余的物性，随着其增加，对流传热系数相应增大。对于同一种流体，有相变的传热系数大于无相变的传热系数。传热的形状、大小、相对位置影响传热，如冬天房间采暖，应将加热壁面放置空间的下部，反之，夏天的冷却装置，应放置空间的上部。空气温度：t空=225导热系数：4.1310-2w/(m)动力粘度：38.8110-6m2/s普朗特数：pr=0.675麻花铁参数：扭曲比：y=2.5空气流速：v=10m/s特征长度： =0.044m则雷诺数为：re=12110 (3-9)努赛尔数：nu=1.804 =1.804 =57.66 (3-10)则空气对流换热系数：=40.95 kcal/(m2h) (3-11)3.1.3换热体总换热系数 kcal/(m2h) (3-12)3.1.4换热体尺寸确定烟气经过两行程的插件钢管换热体后，空气被加热到300，则空气被加热所需的热量为：q空=394241.3099(300-150) =7746225kj/h =1850066kcal/h (3-13)出口温度为：=483根据