换热器的热负荷和热平衡你了解多少

1、Word文档 换热器的热负荷和热平衡，你了解多少？ 翅片管换热器是浩大的换热器家族中的一种，其设计计算确定要基于共性的和基础性的设计计算原理和方法，本期我将跟大家共享换热器中的两个基本概念：热负荷和热平衡，并通过多个实例来把握它的应用和计算。 一：热负荷 对一个换热设备来说，热负荷就是指换热量或传热量，即在单位时间内所交换的热量，单位是KW（KJ/S）或Kcal/h（千卡每小时）。工程上热负荷常用Q来表示。 （请记住二者的换热关系： 1 KW=860 Kcal/h）。 在翅片管换热器的设计中，热负荷通常并不是由用户直接提出来的，而是由设计者依据用户的实际需求和现场的技术参数计算出来的。下面举几

2、个实例加以说明。 【案例1】 有一个供热公司要为一台供暖用的10t/h热水锅炉安装一台翅片管式省煤器，盼望将排烟温度从220C降至120C。烟气流量说不准，可能是2万多立方米每小时，并告知引风机的型号和流量。 为了确定省煤器的热负荷，设计者要从用户那里猎取尽可能多的与排烟量有关的信息，如：燃煤量、煤的热值、锅炉是否满负荷运行、风机型号等。最终依据自己的阅历关心用户确定排烟量的设计值：16000Nm/h 。 然后按下式计算省煤器的热负荷： Q=Gg（Tg1 Cpg1 Tg2 Cpg2） KW 此处：Gg：烟气的质量流量，kg/s Cpg1 Cpg2：烟气的入口处比热和出口处比热，查物性表，KJ/

3、（KgC） Tg1：烟气入口温度，C Tg2：烟气出口温度，C 在本例中，Gg=160001.295/3600=5.755 kg/s Cpg1=1.102 KJ/（KgC）； Cpg2 = 1.074 KJ/（KgC） Tg1=220C Tg2=120C 1.295 是烟气在0C时的密度（kg / m） 计算得 Q=653 KW 应当记住：烟气（或空气）在某一温度下含有的热能可以通过下式计算： Qg = Gg（TgCpg） 【案例2】 有一燃气加压站，盼望设计一台翅片管式空气冷却器，将压缩后的燃气从134 C降至50 C，燃气流量为7500Nm/h。其结构特点是：管内走燃气，管外加翅片，由空气

4、冷却。空气侧的流量不确定。 热负荷Q值同样由燃气侧的已知条件计算： 此处，燃气的比热Cpg取的是平均温度下的数值。 【案例3】 在冬天，某工厂想将一台已有的1 t/h蒸汽锅炉用于车间的供暖，详细方案是选用一台翅片管式蒸汽/空气换热器，用锅炉产生的0.8 t/h ,150 C 的饱和蒸汽加热空气，盼望将空气从0 C加热到100C，蒸汽凝聚后的凝聚水温度为120 C。为了选择风机，要求计算风量。 这一课题的热负荷应当认为是已经给出了，只需简洁的计算一下：首先应从相应的热物性表查出150 C下饱和蒸汽的焓值i=2745.3 kJ/kg和120 C的饱和水的焓值i=503.7kJ/kg，则热负荷为：Q

5、=（800/3600）/s(2745.3-503.7)KJ/kg=498 KJ/s=498 KW 对空气侧，有下列关系式： Q=GaCpa(Ta2-Ta1) 式中， Ga:空气流量，/s Cpa = 1.005 KJ/(KgC):空气比热，按平均温度查表 Ta2=100 C,空气出口温度； Ta1=0 C,空气入口温度由上式解出Ga= Q / Cpa(Ta2-Ta1) = 4.96 kg / s =17840 kg / h =13800 Nm3 / h 【案例4】 有一个小型钢铁厂，拟在其烧结炉的高温排气段装一台翅片管余热锅炉，高温段的平均排烟温度为320 C,烟气流量大约为 70000 Nm

6、/h,盼望产生的饱和蒸汽压力为 0.6MPa。试计算可以回收利用的热负荷。 在这一命题中并没有给出烟气的出口温度，因此，需要选择一个合理的烟气出口温度，并与用户协商。该余热锅炉所产生的0.6MPa 的饱和蒸汽对应的饱和温度可由热物性表查出：tv=158 C。由此确定烟气出口温度应当大于158 C,最终协商确定烟气出口温度取 Tg2=190 C。 回收热负荷： Q= GgCpg(Tg1-Tg2)=(700001.295/3600)1.11(320-190)=3633 KW 由上面的几个实例可知，计算热负荷应遵循下面几条原则： (1)、对用户给出的参数按热流体侧和冷流体侧进行分类比对， 如序号1

7、2 3 热流体侧热流体进口温度、热流体出口温度、热流体流量； 序号 4 5 6 冷流体侧冷流体进口温度、冷流体出口温度、冷流体流量 一般只需给出上述六个量中的 5 个，选择给出条件最全面的那一侧流体进行热负荷计算。 例如，若热流体侧 1、2、3 个条件都给出了，而冷流体侧只给出了两个4、5。 则应依据热流体侧给出的条件计算热负荷， 即： Q=【流体流量，(kg/s)】【进口焓值(kJ/kg)出口焓值(kJ/kg)】 得出的单位是 kJ/s 或 KW。 进出口焓值，对于水和水蒸气而言，可直接查物性表，对于烟气和空气，若用户没有给出焓值的数据，则可按下式计算： 焓值(kJ/kg)=比热(kJ/kg

8、C)温度(C) 即，i =CpT (2)。 不要轻易信任用户(需方)给定的参数，尤其是烟气或空气流量，需要经过分析和核实。 例如，有的用户将风机的铭牌流量作为计算热负荷的参数，这是不对的。 若流量是波动的(如炼钢炉的排气), 则应了解其波动的振幅和周期，取其合理的数值作为设计值。大多数状况下，需要和用户进行面对面的分析和协商，做深化的调研或测试，以确定较为精确的设计参数，作为计算热负荷的依据。 曾经有过这样一个案例：某钢铁厂为了回收电弧炼铁炉的余热，要求上一台余热回收装置，用以产生蒸汽。当时依据厂方供应的数据，可以产生 35t/h 蒸汽，经过设计、制造、安装运行后，得到的实际产汽量仅为15-1

9、8t/h。为什么有这么大的差距？后来经过调查，发觉用户给出的烟气流量大大超过烟气的实际流量，给出的入口温度值也偏高了，即过高的估量了余热资源的数量。虽然运行取得胜利，但却造成了一次投资的巨大铺张。 二：热平衡 这儿所说的热平衡是一个换热设备中冷热流体之间的热平衡，即热流体放出的热量 = 冷流体得到的热量。有时还要考虑传热过程中的热损失，即：热流体放出的热量 =冷流体得到的热量 + 热损失。 一般，热损失小于5%，对于保温良好的设备，在设计中也可以不考虑热损失。 热平衡是能量守恒定律在传热过程中的详细应用，热平衡既是一个理念，也是一种方法。所谓理念，就是在任何状况下都不能动摇。 例如：有人声称，

10、他的换热设备或元件有奇妙功能，输入1KW，输出大于1KW。请千万不要信任。一般加热侧和冷却侧的热量消失少许不平衡，多数是由于测量误差造成的。说热平衡是一种方法是指我们常常应用这一概念进行推导和计算，计算得步骤是： 由某一侧的参数计算出热负荷之后，然后依据热平衡概念计算另一侧中尚未给出的参数。仍由上面给出的例子说明： 【例2】中，热流体（燃气）：134 C 50C，7500 Nm/h，Q=242KW冷流体（空气）：20 C30 C，流量待定。 当由热流体侧计算出热负荷Q=242KW之后，则可推算出冷流体（空气）的流量。Ga=Q/Cpa（30-20） = 242/（1.00510）=24kg/s=

11、86686kg/h=67000Nm/h 由此可见，由于空气的温升很小，需要的空气流量是特别巨大的！ 【例4】中，热流体（烟气）：310 C190C，70000Nm/h，Q=3633KW 冷流体（蒸气）：进口水温158 C，产汽量未知。（未知） 首先与用户协商后，设定进口水温为100 C（经省煤器后进入）。需要确定的就是蒸汽产量Gv了 Gv=Q/（i158 C-i100 C） 由热平衡概念，认为蒸汽侧汲取的热量等于烟气侧放出的热量Q=3633KW，由物性表查得出口蒸汽的焓值i158 C =2755kJ/kg，进口水的焓值i100 C=419.1 kJ/kg 故： Gv =3633/（2755-419.1）=1.555kg/s=5599kg/h=5.6t/h(产汽量) 在该项目的洽谈中，产