热管型空气预热器设计说明书刘承

1、热管型空气预热器设计说明书刘承作者:日期：热管空气预热器设计说明书班级:热能0 8 01姓名：刘承学号：09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 1 0?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tih = 32 0C ;烟气出口温度12h = 180C ;空气进口温度tic = 20C ;烟气流量（标准状况）Gh= 1 2000 Nm3/h;空气流量（标准状况）GC= 1 0 80 0 Nm3/h ;烟气标况下的密度 一 fh = 1 .295

2、kg/m3;空气标况下的密度 一产=1.29 3 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=0.04 2m;热管内径di = 0 .0 3 6m;翅片高度1 f =0.0 20m ;翅片厚度:f =0 .0015 m;翅片间距Sf=6m m ;翅片节距s f =:sr + If= 0.0 0 6+0. 00 1 5 =0.0075m m;nf 11000133片 /m每米热管长的翅片数Sf 7.5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 Sr = 0. 0 8 8m ;SL=

3、 ST= 0 .0 8 8m。其热力设计计算和结构设计计算如下：热力计算序 号项目符号单位计算公式数值备1烟气进 口温度t1hc给出32 02烟气出 口温度t 2hc给出1 803烟气定 性温度tf'ct： t2h320 180J_- 2502 22 504烟气流 量hGNn3/ h给出1 20005烟气定 压比热k J /（kc ）查表附录5,定性温度1.10956密度h fkg/ m3查表附录5，定性温度0. 68257导热系 数W/)查表附录5，定性温度4.425Xi 028粘度»fhk g /(m s)查表附录5,定性温度2 6 .3-66 X 109普朗特 数PJ查

4、表附录5,定性温度0.661 0烟气放 出热量QhkWg护常倒-塩）12000353.411热管传 出热量Qck WQ h (1 -3%)=35 3 .4 X (1 -3%)342.81 2冷空气 侧实际 活动热 量Qc'k WQ c(1-3%)= 3 4 2.8 X( 1- 3 %)3 32.5二、空气侧温升及热物性参数及对数平均温差13空气流 量GcNm/ h给出108 0 014空气进 口温度t1cC给出2015空气定 压比热ckJ/(kg C )以2 0 C160 C温度范围内的平均温度取空 气比热1 .00916空气出 口温度t2CCc cQC332.5 3600t2 tc

5、-汇 c 20 103.8Vc ：c；10800 1.318 1.009103 .81 7空气侧 定性温 度tfCCt： t； 20 103.82 261.91 8空气定 压比热CpckJ/( k gC )查附录4, 103.8C的空气1.00919空气密 度c f3kg/m查附录4, 1 03. 8C的空气0 .95620空气导 热系数AfcW/(m C)查附录4, 103.8C的空气3.24 X10 -22 1粘度AfCkg/(m s )查附录4,10 3 .8C的空气2 2 .08X 10622普朗特 数pr3查附录4,103. 8C的空气0 .6 823对数平 均温差Ctt1t2 21

6、6 160tmt1216ln()ln(Tt2160186. 624标准迎 风速度5m/s迎风面速度在23 m /s范围选取2.52 5烟气侧 迎风面 积Aexhm2h Gh12000AxwN 2.5 36001.332 6空气侧 迎风面 积A excm 2» JH "ex n 曲1.3327执管执八、l=r 八、 侧长1hmlh = F128迎风面 宽度EmAx1.33E lh11.3 32 9迎面管 排数B根DE1.33_B 15.1S °.°88，取1 61630实际迎 风面宽 度E'mE'h E'c 161. 4083 1烟

7、气侧 实际迎 风速度m/sh'12°°°N1.4°8 36°°2 .3632空气侧 实际迎 风速度m/ sc'1°8°°N1.4°8 36°°2.1333实际迎 风面积Aex'm2曲h. f 血口1. 408四、 总传热系数计算34官束取 小流通 截面积NFAm2(S-d°) -2(l f fnf)IB=(0.0880.042) 2(0.02 0.0015 133) 1 160.6135热侧最 大质量 流速G ma hXkg /(m2 h)h

8、hGhG f 12°°° 0.6825max NFA0.6113 42636冷侧最 大质量 流速GmaxCkg/( m h )GcG f 1°8°°max NFA0.611692637热侧雷 诺数h RefD h G；ax d°13426 °.°42Re fh6h26.36 1° 6 36°°5 9423 8冷侧雷 诺数R efccC_c Gmax d°16926 °.°42Re fc6f22.08 1° 6 36°°

9、;8 94339热侧流 体换热 系数W /(m °C)h10.137化；)0.6338 *)3 d°2 10.137 4.425 10(5942)0'6338 0.66'°.°42314 0冷侧流 体换热 系数W/(m 2 C )c1c "r f /L c、°.6338 /f c、N0.137 (Ref)(Prf)3d°29.42 1-_10sc ,0.63380.137 (8943)0.6630.04241热侧翅 片效率| 2h；!2 31lf 0.02 JY w fV44 0.00150. 6 142热侧

10、翅 片效率A 2hC/ 2丨；c f0.02 J¥ w fV0.00150. 5743热侧翅 片效率w/(m2 C )查图3- 7 10. 8344热侧翅 片效率W/(m 2 C )查图3-710. 8645每米长 热管翅 片表面 积Af2m|2 sc (df + n1 dLj 舟 x I x Bf2 22 -(0.0820.042 )+ 141.0 946每米长 翅片间 管表面 积Arm2d°(1 nff)0.1 147每米热 管管外 总表面 积Ahm2A Af Ar 1.09 0.111.248热侧传 热面积A hhm2Ahh血2 = 1 .2 X 11. 249冷侧传

11、 热面积Ahc2mA h c = A hh1.250传热系 数hHPw/( mC )经验取值hHPh= hHPc581051热侧有 效换热 系数W/(m 2 C)hh(Arh【A；)31 (0.11 0.83 1.09).h.-Ah1.226.252冷侧有 效换热 系数碣W/(m 2 C )ccc chf (Arf Af)(0.11 0.86 1.09)A1.227. 15 3热侧污 垢热阻m2 C /w查附录D,选取经验值0.0003 454冷侧污 垢热阻m2 C/ W查附录D,选取经验值0.000 0 8655金属管壁热阻57热侧中径传热面积热侧内径传热面积A?58总传热系数m2/m2W

12、/(m2 C)_ 0.003兀=苛dwlh0.039 1dilh0.036 112 0.000061.20.000341.226.20.1221.21 1.2120.07995810 0.11327.10. 000060. 1220 .1 131 2.5五、 亠八、 七、5962加热侧总传热面积所需热管数换热器纵深管排数管子总根数m2c3Q342.8 10UH tm 12.5 186.61 47aHaH Ih1471.2 1122.5，取1 23123n 123m © 1? T取8排管子排列 1615161516151615n 164 154124124八、热管换热器的压力降6364

13、换热器的净自由容积容积当量直径热侧雷诺数NFV m 3/ mD evhm20.866 0.088 0.0880.0424(0.08220.0422)44NFVAhRe'h4 4.5 101.215 10 3 1342626.36 10 6 36004.5X 1015 X 102122656冷侧雷Re，cD： Gmax15 10 3Rp £31 946诺数ru f； 22.08 106 360067热侧摩 擦系数f h h丄d 'h、0.145丄_ 0.145f 1.92(Ref)1.92 21220.6 36 8冷侧摩 擦系数f cfc 1.92(Re'C)

14、0.1451.920.1450. 6 0Qk热侧平w - hJe-Aft-n69均管壁C159.4温度3353.4 1025026.2 1.2 124-#-r 一 i-E _冷侧平w勺h站吨n1 47 0均管壁STC温度342.8 1036 .961.927.1 1.2 124热侧壁k g/22.9 XI67 1温下流l?L根据壁温查附录得体粘度 Lv(m s)0冷侧壁kg/(m 272温下流根据壁温查附录得4.0 X 1()体粘度s)6£ h /C h2 hchT(Gmax) L z f、0.14 .P 2 Dh h ( h)(Dev )0.4( Sl )0.62 gc Dev f

15、wSTST通过热2673侧的压用口hPa0.63134260.6126.36 100.141 25736降2 1.3 1015 100.6825315 100.4 (0.088 )0.60.088 (0.088)22.09 107 4计算值LmSL cos m 0.088 0.86680.61PcfC(Gmax)2L( c ) 0.14(D； 0.4 S_0.6 c)( c)厂c c c /2gcDev fwStS通过冷75侧的压APCP a0.60169262 0.6122.0810 6 o4140.2降2 1.3 107 15 10 3 0.95624.0 10 615 10 3 0.4

16、(0.088 )0.60.088 (0.088)九、第一排热管的工作温度76第一排 管子热 侧传热量QkWh Qh 353.4Qim8（假设每排管子的传热量相等）4 4.277第一排管子传热面积m 2Ah A19.278第一排 热管热八、口八、 侧烟气粘度屮kg/ (m s )查附录5, 3 20 C的烟气28. 9 X1 0-679第一排 热管烟 气侧导 热系数屈hW/(mC)查附录5, 320 C的烟气5. 0 1X 1080第一排 热管热八、口八、 侧普朗特数Prih查附录5 ,320 C的烟气0. 6581第一排 热管换 热热侧 雷诺数Reh Glax do13426 0.042Re

17、f 1h6f128.9 10360054208 2第一排 执管蒸八、口 八、 发段传 热系数hJiW/(m 2 C)0137(Prk)2 10.137 5.01 100'6338 0.6530.04232. 983第一排 管子有 效传热 系数逼W /(m2 C)h；1(Ahh A?) 32.9 (0.11 0.83 1.09)A：1.22 7.884第一排 热管热八、口八、 侧壁温CJi -fh344.2 10320 27.8 1.2 16237.285第一排 管子冷 侧传热 量QickWcYQ332.5Q1cm8（假设每排管子的传热量相等）41. 686第一排 管子冷 侧传热 面积A

18、l2mAh A19.287热管冷 侧空气 粘度kg/(m s )查附录4, 103 .8C的空气22.1 X0-618 8第一排 执管空 气侧导cflW/(m C)查附录4, 1 0 3 .8C的空气3. 2 4X 102热系数8 9第一排 热管冷 侧普朗 特数Pric查附录4,1 0 3.8C的空气0. 68890第一排 热管换 热冷侧 雷诺数R喇cR cGmax do16926 0.042f122.1 10360089359 1第一排 热管冷 凝段传 热系数hLW/(m2 O2 1100.6338习0.137 0.68830.04229. 89 2第一排 管子有 效传热 系数唬】W/(m

19、2 ：C)h；1(Ac；A；)(0.11 0.86 1.09)A：1.22693第一排 冷侧管 热侧壁 温CiC341.6 10103.8 26 1.2 161 87.194第一排 管子工 作温度电ChtW1 tW1237.2 187.1tv1c 'c2 22 12.2十、末 排 热 管 管 壁 温 度95末排排 管子热 侧传热量Qih5kW川 Qh 353.4Q15m8（假设每排管子的传热量相等）44.296末排管 子传热 面积Ah52mAh A1 9.297末排热 管热侧 烟气粘 度h15kg/(s)查附录5,180 C的烟气23. 7X 10_69 8末排热 管烟气 侧导热 系数

20、h15W/(m C)查附录5, 180 C的烟气3. 8 3X 1099热侧普 朗特数hPri5查附录5,180 C的烟气0.68100末排热 管换热 热侧雷 诺数Re fi5厂 hG；ax d。13426 0.042Ref15heh1523.7 10 6 3600660 9末排热 管蒸发 段传热 系数 hW/( m2 C)h10.137f15(Re；15严38(Pr；Jdo101hf 152 10.137 3.83 1066090'6338 0.680.04229. 010 2末排管 子有效 传热系 数hfe15W/(m 2 -C) h hh . h.hf15(ArfAf)29.0 (0.11 0.83 1.09)24. 5Ah11.2103末排热 管热侧 壁温tw15Ch3th thQ1518044.2 103w15f15 h?e15 A1 n24.5 1.2 157 9.8十一、校核105管壁材 料许用 应力M Pa查附录8,20号钢GE 81 6 3 ,工作温度