热管型空气预热器设计说明书 (结构设计).doc

热管空气预热器设计说明书班级： 热能0801 姓名： 李佳 学号： 0 4 目 录热管空气预热器设计任务书2热管空气预热器热力计算3热管空气预热器结构设计计算10热管空气预热器设计任务书设计题目：热管空气预热器的设计设计要求：烟气、空气为清洁气体，不含任何杂质，烟气成分按标准烟气进行计算设计参数：烟气进口温度 t1h = 280 ； 烟气出口温度 t2h = 180 ； 空气进口温度 t1c = 20 ； 烟气流量（标准状况） Gh=8000 Nm3/h；空气流量（标准状况） Gc=6400 Nm3/h; 烟气标况下的密度 fh =1.295kg/m3；空气标况下的密度 fc=1.293 kg/m3选用水为热管工质，管壳材料为20号锅炉无缝钢管，翅片材料为低碳钢，翅片与管壳连接方式为高频焊接。这种热管的参数为:光管外径do=0.032m；热管内径di=0.026m；翅片高度lf=0.015m；翅片厚度f =0.0012m；翅片间距 sf=4mm ； 翅片节距sf= sf + f=5.2mm；每米热管长的翅片数nf=1sf=10005.2=192片/m。热管换热器管子排列形式为等边三角形排列，如图，横向管子中心距ST=0.081m；SL=ST=0.081m。其热力设计计算和结构设计计算如下：热 力 计 算一、烟气侧热物性参数及放热量序号项目符号单位计算公式数值备注1烟气进口温度t1h给出2802烟气出口温度t2h给出1803烟气定性温度tfht1h+t2h2=280+18022304烟气流量GhNm3/h给出80005烟气定压比热CphkJ/(kg)查表附录5，定性温度1.1056密度hkg/m3查表附录5，定性温度0.717导热系数fhW/(m)查表附录5，定性温度4.2610-28粘度fhkg/(ms)查表附录5，定性温度25.610-69普朗特数Prh查表附录5，定性温度0.6610烟气放出热量QhkWGhfhCpht1h-t2h=80000.711.295280-180317.011热管传出热量QckWQh(1-3%)=317(1-3%)307.012冷空气侧实际活动热量QckWQc(1-3%)=307(1-3%)298二、空气侧温升及热物性参数及对数平均温差13空气流量GcNm3/h给出640014空气进口温度t1c给出2015空气定压比热CpckJ/(kg)以20160温度范围内的平均温度取空气比热1.00916空气出口温度t2ct1c+QcGc fcCpc=20+299360064001.2931.00914917空气侧定性温度tfct1c+t2c2=20+148.9284.518空气定压比热CpckJ/(kg)查附录4，84.5的空气1.00919空气密度ckg/m3查附录4，84.5的空气0.98620空气导热系数fcW/(m)查附录4，84.5的空气3.0910-221粘度fckg/(ms)查附录4，84.5的空气21.710-622普朗特数Prc查附录4，84.5的空气0.69123对数平均温差tmtm=t1-t2lnt1t2=160-131.1ln160131.1145三、确定迎风面积以及迎风面管排数24标准迎风速度Nm/s迎风面速度在23m/s范围选取2.625烟气侧迎风面积Aexhm2Aexh=GhN=80002.636000.8526空气侧迎风面积Aexcm2Aexh=Aexc0.8527热管热侧长lhmlh=lc0.828迎风面宽度EmE=Aexhlh=0.850.81.0629迎面管排数B根B=EST=1.060.081=13.25，取141430实际迎风面宽度EmEh=Ec=140.0811.131烟气侧实际迎风速度Nhm/sNh=80001.10.836002.5232空气侧实际迎风速度Ncm/sNc=64001.10.836002.0233实际迎风面积Aexm2Aexh=Aexc0.88四、 总传热系数计算34管束最小流通截面积NFAm2ST-do-2lffnflB=0.081-0.032-20.0150.00121920.8140.4735热侧最大质量流速Gmaxhkg/(m2h)Gmaxh=GhfhNFA=80001.2950.4722.0410336冷侧最大质量流速Gmaxckg/(m2h)Gmaxc=GcfcNFA=64001.2930.4717.6010337热侧雷诺数RefhRefh=Gmaxhdofh=22.041030.03225.610-63600765338冷侧雷诺数RefcRefc=Gmaxcdofc=17.601030.03221.710-63600721239热侧流体换热系数hfhW/(m2)0.137fhdoRefh0.6338Prfh13=0.1374.2610-20.03276530.63380.661345.9640冷侧流体换热系数hfcW/(m2)0.137fcdoRefc0.6338Prfc13=0.1373.0910-20.03272120.63380.6911332.6141热侧翅片效率fhlfh2hfhwhf=0.015245.96440.00120.6342热侧翅片效率fclfc2hfcwcf=0.015232.61490.00120.5043热侧翅片效率fhW/(m2)rfro=31162，fh=0.63，查图3-710.8744热侧翅片效率fcW/(m2)rfro=31162，fc=0.50，查图3-710.9145每米长热管翅片表面积Afm224df2-do2+dfflnf=23.1440.0622-0.0322+3.140.0620.001211920.8946每米长翅片间管表面积Arm2do1-nff=3.140.0321-1920.00120.07747每米热管管外总表面积Ahm2Ah=Af+Ar=0.89+0.0770.9748热侧传热面积Ahhm2Ahh=Ahlh=0.970.80.7849冷侧传热面积Ahcm2Ahc = Ahh0.7850传热系数hHPW/(m)经验取值hHPh= hHPc581051热侧有效换热系数hfehW/(m2)hfhArh+fhAfhAhh=45.960.077+0.870.890.9740.352冷侧有效换热系数hfecW/(m2)hfcArc+fcAfcAhc=32.610.077+0.910.890.9729.853热侧污垢热阻ryhm2/ W查附录D，选取经验值0.0003454冷侧污垢热阻rycm2/ W查附录D，选取经验值0.00008655金属管壁热阻rwm2/ Wrw=ww=0.003500.0000656热侧中径传热面积Awhm2dwlh=3.140.0290.80.07357热侧内径传热面积Aihm2dilh=3.140.0260.80.06558总传热系数UHW/(m2)1hfeh+2rwhAhhAwh+ryhAhhAyh+1hHPh+1hHPcAhhAih+1hfec=140.3+20.000060.780.073+0.000340.970.97+2158100.780.065+129.815.63五、59加热侧总传热面积AHhm2QcUHtm=30710315.63145136.1六、60所需热管数n根n=AHhAhhlh=136.10.970.8175七、61换热器纵深管排数m排m=nB=17514=12.6排，取13排1362管子总根数n跟管子排列14131413141314131413141314n=147+136=176176八、热管换热器的压力降63换热器的净自由容积NFVm3/m0.866STSL-4do2-4df2-do2fnf=0.8660.0810.081-3.1440.0322-3.1440.0622-0.03220.00121924.410-364容积当量直径Devhm4NFVAhh=44.410-30.9722.610-365热侧雷诺数RefhRefh=DevhGmaxhfh=22.610-322.0410-325.610-63600540866冷侧雷诺数RefcRefc=DevcGmaxcfc=22.610-317.6010-321.710-63600509267热侧摩擦系数fhfh=1.92Refh-0.145=1.925408-0.1450.5568冷侧摩擦系数fcfc=1.92Refc-0.145=1.925092-0.1450.5669热侧平均管壁温度twhtwh=tfh-QhhfehAnhn=230-317100040.30.78176172.770冷侧平均管壁温度twctwc=tfc+QchfecAncn=84.5+307100029.80.78176159.571热侧壁温下流体粘度whkg/(ms)根据壁温查附录得23.710-672冷侧壁温下流体粘度wckg/(ms)根据壁温查附录得24.110-673通过热侧的压降PhPaPh=fhGmaxh2L2gcDevhfhfhwh-0.14DevhST0.4SLST0.6=0.5522.0410320.91221.310722.610-30.7125.610-623.710-6-0.1422.610-30.0810.134874计算值LmL=SLcosm=0.0810.866130.91275通过冷侧的压降PcPaPc=fcGmaxc2L2gcDevcfcfcwc-0.14DevcST0.4SLST0.6=0.5617.610320.91221.310722.610-30.98621.710-624.110-6-0.1422.610-30.0810.1166九、第一排热管的工作温度76第一排管子热侧传热量Q1hkWQ1h=Qhm=31713（假设每排管子的传热量相等）24.477第一排管子传热面积A1hm2A1h=AhhB=0.781410.978第一排热管热侧烟气粘度f1hkg/(ms)查附录5，280的烟气27.510-679第一排热管烟气侧导热系数f1hW/(m)查附录5，280的烟气4.6710-280第一排热管热侧普朗特数Pr1h查附录5，280的烟气0.6681第一排热管换热热侧雷诺数Ref1hRef1h=Gmaxhdof1h=22.041030.03227.510-63600712482第一排热管蒸发段传热系数hh1hW/(m2)0.137f1hdoRef1h0.6338Prf1h13=0.1374.6710-20.03271240.63380.661348.1583第一排管子有效传热系数hfe1hW/(m2)hf1hArh+fhAfhAhh=48.150.077+0.870.890.9742.2684第一排热管热侧壁温tw1htw1h=tf1h-Qh1hfe1hAnhn=280-24.4100042.260.7814227.185第一排管子冷侧传热量Q1hkWQ1c=Qcm=30713（假设每排管子的传热量相等）23.686第一排管子冷侧传热面积A1cm2A1h=AhhB=0.781410.987热管冷侧空气粘度f1ckg/(ms)查附录4，149的空气24.110-688第一排热管空气侧导热系数f1hW/(m)查附录4，149的空气3.5510-289第一排热管冷侧普朗特数Pr1h查附录4，149的空气0.68390第一排热管换热冷侧雷诺数Ref1cRef1c=Gmaxcdof1c=17.61030.03224.0610-63600650291第一排热管冷凝段传热系数hh1cW/(m2)0.137f1cdoRef1c0.6338Prf1c13=0.1373.5510-20.03265020.63380.6831334.9492第一排管子有效传热系数hfe1cW/(m2)hf1cArc+fcAfcAhc=34.940.077+0.910.890.9731.9593第一排热管热侧壁温tw1ctw1c=tf1c+Qc1hfe1cAncn=149+23.6100031.950.7814216.694第一排管子工作温度tv1htv1h=tw1h+tw1c2=227.1+216.62221.8十、末排热管管壁温度95末排排管子热侧传热量Q13hkWQ13h=Qhm=31713（假设每排管子的传热量相等）24.496末排管子传热面积A13hm2A13h=AhhB=0.781410.997末排热管热侧烟气粘度f13hkg/(ms)查附录5，180的烟气23.710-698末排热管烟气侧导热系数f13hW/(m)查附录5，180的烟气3.8310-299热侧普朗特数Pr13h查附录5，180的烟气0.68100末排热管换热热侧雷诺数Ref13hRef13h=Gmaxhdof13h=22.041030.03223.710-636008266101末排热管蒸发段传热系数hh13hW/(m2)0.137f13hdoRef13h0.6338Prf1h313=0.1373.8310-20.03282660.63380.681343.8102末排管子有效传热系数hfe13hW/(m2)hf13hArh+fhAfhAhh=43.80.077+0.870.890.9738.44103末排热管热侧壁温tw13htw13h=tf13h-Qh13hfe13hAnhn=180-24.4100038.440.7814121.9十一、校核105管壁材料许用应力MPa查附录8,20号钢GB8163，工作温度280106.5106工作温度下饱和压力pMPa查附录7，工作温度2212.42107工作最大压力pMPap=2Sdi+S=2106.4326+3p,安全2