回转式空气预热器设计计算大纲

2/2回转式空气预热器设计计算大纲一、编制依据与适用范围1.1编制依据本大纲严格遵循现行国家及行业回转式空气预热器、锅炉相关规范标准，所有计算方法、公式及参数取值均以规范条文与工程通用理论为依据，确保计算结果的科学性与合规性，主要依据包括：《回转式空气预热器》（JB/T10570-2006）《锅炉机组热力计算标准方法》《水管锅炉》（GB/T16507-2013）《锅炉安全技术监察规程》（TSG11-2020）《电站锅炉性能试验规程》（GB/T10184-2015）《工业锅炉设计计算标准方法》《火力发电厂回转式空气预热器运行维护导则》（DL/T1085-2018）1.2适用范围本大纲适用于电站锅炉、工业锅炉的回转式空气预热器的设计计算工作，涵盖二分仓、三分仓、四分仓等各类结构的回转式空预器，包括燃煤、燃气等不同燃料配套的空预器，可作为回转式空预器设计阶段计算工作的统一指导框架，适用于烟气-空气换热的蓄热式换热工况，与其他换热设备设计大纲形成完整的工艺与设备设计体系。二、基础热负荷与热力参数计算2.1工艺热负荷计算回转式空预器的核心输入是工艺所需的热负荷，基于能量守恒原理，忽略热损失时，烟气放出的热量等于空气吸收的热量：

Q=参数说明：Q：工艺热负荷，即单位时间传热量（W）mg、macpg、cpa：烟气、空气的定压比热容（Tg1、Tg2Ta1、Ta2若考虑热损失，热负荷需修正为：Qreq=Q/η，其中η为热损失系数，一般取0.97\0.98，预留规范依据：《锅炉机组热力计算标准方法》第4.2条2.2烟气与空气流量计算根据燃料燃烧计算，确定实际的烟气与空气流量：实际烟气量：Vg=α×Vy0，其中α实际空气量：Va=α×V0，其中质量流量换算：mg=Vg×ρg，ma=2.3转子热容流率计算回转式空预器为蓄热式换热器，转子的蓄热能力是核心参数，计算公式：

C参数说明：Cr：转子的热容流率（W/KM：转子的总质量（kg），包含换热元件、转子框架的质量cp：转子材料的定压比热容（J/(kg・K)，碳钢取450J/(kg・K)n：转子的转速（r/min）该参数用于蓄热式传热的效能计算，体现转子的蓄热能力。三、传热计算3.1对数平均温差计算对于回转式空预器，冷热流体的传热温差，采用逆流对数平均温差：

Δ参数说明：Δtlm：对数平均温差（其余参数同前当两端温差的比值Δt13.2效能-传热单元数（NTU）法（蓄热式）回转式空预器作为蓄热式换热器，采用修正的NTU法计算传热效能：热容流率比：

C传热单元数：

NTU=蓄热式换热器效能：

ε=1-e-NTU1-Cr1-Cre-NTU参数说明：ε：换热器效能，即实际传热量与最大可能传热量的比值K：总传热系数（W/(m²・K)）A：总换热面积（m²）规范依据：《锅炉机组热力计算标准方法》第6.3条3.3对流传热系数计算换热元件为波纹板结构，烟气侧与空气侧的对流传热系数采用波纹板的经验公式：

Nu=0.3R参数说明：Nu=αdeλ：努塞尔数，Re=ρudeμ：雷诺数，u为通道内的流速，Pr：普朗特数，空气常温下取0.7，烟气取0.68μ、μ常规波纹板的对流传热系数，烟气侧为60\90W/(m²・K)，空气侧为70\100W/(m²・K)。3.4总传热系数计算综合两侧对流、污垢热阻的总传热系数：

1参数说明：K：总传热系数（W/(m²・K)）αg、Rf：污垢热阻（m²・K/W），常规取0.0002~0.0005常规回转式空预器的总传热系数为30~50W/(m²・K)。3.5换热面积计算根据传热基本方程，计算所需的最小换热面积：

A设计时需预留10%~20%的面积裕度，以应对长期运行的积灰、工况波动，即实际换热面积Aact规范依据：《回转式空气预热器》（JB/T10570-2006）第5.2条四、转子与换热元件设计计算4.1转子尺寸设计转子直径计算：

根据流通截面积与流速计算，保证流速合理：

Dr=4Aflowπfsector

其中Aflow=Vg3600ug转子高度计算：

根据换热面积与转子直径计算：

Hr=AactπDr参数说明：Dr：转子的直径（m），常规为6~16mHr：转子的高度（m），常规为计算后圆整为标准尺寸，保证结构合理。4.2转子转速设计转子的转速决定了蓄热的周期，计算公式：

n=60τ

其中τ为蓄热周期，常规取30\60s，对应转速为适用条件：转速不宜过高，否则会增加携带漏风；也不宜过低，否则转子的温度波动过大，影响换热效率。4.3换热元件设计波纹板参数：板厚：常规取0.5~1.2mm，碳钢或搪瓷材质，保证耐腐蚀与刚度波纹高度：常规取1.5~3.0mm，决定了通道的当量直径波纹间距：常规取6~12mm，保证流通与传热的平衡元件比表面积：单位体积的换热面积，felement=2s元件排列：冷热侧的波纹板交错排列，强化扰动，提高传热系数五、漏风计算5.1漏风率计算漏风率是回转式空预器的核心控制指标，计算公式：

\alpha_{leak}=\frac{V_{leak}}{V_g^0}\times100%参数说明：αleak：漏风率（%），设计要求≤6%，新建机组要求Vleak：总漏风量（Nm³/kgVg0：理论烟气量（规范依据：《回转式空气预热器》（JB/T10570-2006）第5.4条5.2直接漏风计算直接漏风是由于空气侧与烟气侧的压差，空气通过密封间隙漏入烟气侧，计算公式：

V参数说明：Vdirect：直接漏风量（m³/sCd：流量系数，常规取Agap：密封间隙的总流通面积（m²ΔP：空气侧与烟气侧的压差（Pa），常规为0.5~1.0kPaρa：空气的密度（kg/m³5.3携带漏风计算携带漏风是转子转动时，转子空隙中的空气被带入烟气侧，计算公式：

V参数说明：Vcarry：携带漏风量（kg/sε：转子的空隙率，常规取0.7~0.8，即换热元件之间的空隙占比Vrotor：转子的有效体积（m³n：转子的转速（r/s）携带漏风与转速正相关，转速越高，携带漏风越大。5.4漏风对温度的修正漏风会导致烟气温度降低，空气温度升高，修正公式：

T保证温度计算的准确性，避免漏风导致的温度偏差。六、阻力计算6.1烟气侧阻力计算烟气通过转子换热元件的阻力，计算公式：

Δ参数说明：ΔPg：烟气侧的阻力压降（ξg：摩擦阻力系数，波纹板常规取ρg：烟气的密度（kg/m³ug：烟气流速（m/sHr：转子的高度（mde：通道的当量直径（m常规烟气侧的阻力为800~1200Pa，满足引风机的选型要求。6.2空气侧阻力计算空气通过转子换热元件的阻力，与烟气侧类似：

Δ参数说明：ΔPa：空气侧的阻力压降（ua：空气流速（m/s），常规取其余参数同前常规空气侧的阻力为600~1000Pa，满足送风机的选型要求。6.3总阻力与风机选型总阻力为两侧阻力之和，ΔPtotal七、密封系统设计计算7.1径向密封设计径向密封用于密封转子径向的间隙，防止空气漏入烟气侧：密封间隙：径向密封片与扇形板的间隙，冷态下取1\2mm，热态下考虑转子的热膨胀，修正为0.5\1.0mm密封片参数：密封片的厚度取1.5~2.0mm，材质为耐磨不锈钢，保证使用寿命密封压力：密封片的压紧力，保证密封紧密，常规取5~10N/cm7.2轴向密封设计轴向密封用于密封转子轴向的间隙，防止上下的漏风：密封间隙：轴向密封片与转子端面的间隙，冷态下取2\3mm，热态下修正为1\2mm密封片布置：沿转子圆周均匀布置，间距取100~150mm，保证密封连续7.3环向密封设计环向密封用于密封转子与外壳的环向间隙，防止周向的漏风：密封间隙：环向的间隙，常规取3~5mm，通过密封片填充密封结构：采用柔性密封片，适应转子的热膨胀与变形7.4密封系统漏风验算密封系统设计完成后，验算总漏风率，保证满足设计要求，即\alpha_{leak}\leq6%，若不满足，需调整密封间隙，优化密封结构。八、强度与承压校核8.1壳体强度校核空预器的壳体作为承压部件，需满足强度要求：

σ=参数说明：σ：壳体的应力（MPa）P：设计压力（MPa），常规取-0.005~0.01MPa，微压Di：壳体内径（mmt：壳体壁厚（mm）φ：焊接接头系数，取0.85σ：材料的许用应力（MPa），Q235钢取113MPa规范依据：《水管锅炉》（GB/T16507-2013）第4.6条8.2转子强度校核转子的筒壳强度，校核外压稳定性：

p参数说明：pcr：临界失稳压力（MPaE：材料的弹性模量（MPa）其余参数同前，保证转子在压差作用下不发生失稳。8.3水压试验校核水压试验的压力与应力验算：

p参数说明：pT：水压试验压力（MPate：有效壁厚（mmσs：材料的屈服强度（MPa保证水压试验时，壳体不发生塑性变形。8.4热膨胀验算转子与壳体的热膨胀量，计算公式：

ΔL=α×L×Δt

其中α为线膨胀系数，碳钢取12×10⁻⁶九、传动系统设计计算9.1传动功率计算驱动转子转动的电机功率，计算公式：

N=参数说明：N：电机功率（kW）M：转子的摩擦力矩（N・m），常规取5000~20000N・m，根据转子重量确定n：转子转速（r/min）η：传动效率，常规取0.8~0.9常规电机功率为5.5~22kW，根据转子大小确定。9.2减速比计算电机的转速一般为1450r/min，减速比：

i=nmotorn9.3传动支撑验算传动的支撑轴承，验算承载力，保证转子的重量与传动的力矩可以被支撑承受。十、空预器效果验证与优化10.1传热效果验证传热效率验证：实际效能与设计效能的偏差，要求≤5%出口温度验证：烟气、空气的出口温度与设计值的偏差，要求≤2℃热负荷验证：实际传热量满足工艺要求，保证锅炉的热效率。10.2漏风效果验证漏风率验证：实际漏风率≤6%，满足设计与环保要求密封效果验证：密封间隙的实际值满足设计要求，保证漏风受控。10.3阻力效果验证阻力验证：烟气侧、空气侧的阻力满足风机的选型要求，避免风机过载流速验证：通道内的流速合理，避免积灰或磨损。10.4设计优化当参数不满足要求时，可通过以下方式优化：调整换热面积：增加换热元件的高度，提高传热能力优化密封系统：减小密封间隙，降低漏风率调整流速：优化烟气流速，降低阻力，提高传热系数调整转子转速：优化转速，平衡漏风与换热效率。十一、计算成果与验收要求11.1计算成果整理回转式空预器设计计算完成后，需整理以下成果：计算依据：引用的规范标准、燃料参数、工况参数热力计算：热负荷、传热系数、换热面积的计算结果结构尺寸：转子直径、高度、换热元件的参数漏风计算：漏风率、漏风量的计算结果阻力计算：烟气侧、空气侧的阻力计算结果强度验算：壳体、转子的强度、水压试验的验算结果传动设计：电机功率、减速比的参数计算结论：明确空预器设计是否满足规范要求，提出施工与维护注意事项。11.2验收要求计算报告需经专业工程师审核、签字确认，确保计算过程合规、结果准确设备的材料、规格、性能参数需与计算取值一致，进场时需提供产品合格证、检测报告施工过程中，需严格按照计算确定的参数安装密封片、换热元件，保证密封间隙符合设计要求试运行期间，需监测进出口温度、压力、漏风率，验证空预器的运行效果是否满足设计要求。参考文献[1]中华人民共和国工业和信息化部。回转式空气预热器(JB/T10570-2006)[S]。北京：机械工业出版社，2006.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局。水管锅炉(GB/T16507-2013)[S]。北京：中国标