气气热管换热器计算书

1、热管换热器设计计算1确定换热器工作参数1.1 确定烟气进出口温度 ti，t3，烟气流量 V,空气出口温度頁，饱和蒸汽压力Pc?对于热管式换热器， ti 范圉一般在 250°C? 600°C 之间，对于普通水 - 碳钢热管的工作温度应控制在 300°C 以下. t2的选定要避免烟气结露形成 灰堵及低温腐蚀，一般不低于 180°C.空气入口温度的 . 所选取的各参数值 如下：烟气流量饱和蒸汽空气出口空气入口排烟入口排烟出口V压力 Pc温度塩温度温度 b温度 t240000m7h0. 2MPa120° C20° C420° C20

2、0°C2 确定换热器结构参数2.1确定所选用的热管类型烟气定性温度： f 宇_4 沁； 2 沁=310 比在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4 倍冷却介质温度的和的半均值所得出：烟气入口处：q =如 +営=420? c+严 z = 18O°C. t2+tiX4200°C+20°Cx4烟气出口处：l°5 5 C选取钢 -水重力热管 . 其工作介质为水 . 工作温度为 30OC25°0 C? 满足要求 . 其相容壳体材料：铜 . 碳钢（内壁经化学处理）。2.2 确定热管尺寸对于管径的选择，由音速极限确定所需的管径dv = 1.

3、64 Qc t J厂 9必)2根据参考文献热管技能技术，音速限功率参考范闱，取10 = 56 吃启动时pv = O.1113k/7H 3pv = 0.165 X 105par = 2367.4 幼 /kg因此 dv = 1.64 I ! = 10.3 mmyr(p vpv)l由携带极限确定所要求的管径d _ I1.78 X QentQc=4kW,在P Ji (PL"1/4 + PV1/4)_2(PL - Pv 1/4根据参考文献热管技能技术，携带限功率参考范围，取 180°C时PL = 886.9kg/m3 pv = 5.160/c/m3 r = 203kJ/kgQent=

4、4kw 管内工作温度 tt =J = 431.0xl0N/m因此178x4nx20L3x(8Q6. i/4+SA6i/4)-2 gX431.0xl0-4(886.9-5.160)1/4=13.6nun考虑到安全因素，最后选定热管的内径为4 = 22111111管売厚度计算由式Pv420qcr式中， Pv按水钢热管的许用压力 28.5kg /nmr 选取，由对应的许用 230°C來选 取管壳最大应力乐朋 =14kg/nim 2,而<r= - (7, = 3.5ka / nmr 428? 5x0.022=0.89611U11考虑安全因素， = 1.5210101x131.15, 管

5、壳外径： df =4+2S= 22+2x1.5= 25mm.通常热管外径为 25? 38mm时，翅片高度选 10? 17mm （般为热管外径的一半），厚度选在 0.31.2mm为宜，应保证翅片效率在 0.8以上为好 . 翅片间距对干净气流取 2.5? 4mm：积灰严重时取 6? 12inm,并配装吹灰装置 . 综上所述 ,热管参数如下：光管内径光管外径翅片外径翅片高度翅片厚度翅片间距肋化系数d/mmd。/mmdf /mmIf /mm6 /mmSf /nunP22255012.5148.7翅片节距： Sf = Sf+务=4+1= 5mm每米热管长的翅片数： n厂啤= = 200/mSf 5肋化系

6、数的计算：每米长翅片热管翅片表面积Af =2x.x （d-d；） + df . Jf nf 4 4 每米长翅片热管翅片之间光管面积A=”a（i- i “込 ）每米长翅片热管光管外表面积肋化系数 :宀2xx(d-d;) + d f Jf nf l + do (l-nf Jf)訂 - 4 力40.5 x (O.O5 2 - 0 0253) + 0 05 x0 0011x200 + 0.025 x(l-0.2) o =8.70.0252.3确定换热器结构S' = (1.21.5)蚣取 S'=将热管按正三角形错列的方式排列，管子中心距70nmio3 热力计算3. 1确定换热器中热管的热

7、侧和冷侧的管长 Wc，以及迎风面管数 B1）确定烟气标准速度 V, 般取 2.55m/s,假设 vMm/s,可得出烟气迎风面 的面积 4=匕 =黑=2.8n】22）确定迎风面宽度 E,取 E=1.8m,热管的热侧管长“=霍=1.56m,适当D 1.0取= 1.5m,并且 lh/lc = 3/1<? lc = 0.5mo3）求出迎风面的管数 B, B = E/S = 1.8/0.07 = 25.7,B为整数，应取 B=26, 因此实际的迎 风面的宽度 E = 0.07 X26 = 1.82m,同时实际的迎风面面积 A' =Exl h = 1.82 X 1.5 = 2.73m2,实际

8、的速度是 d = v/A'=疵鲁石= 4.07m/So3.2确定传热系数1）烟气定性温度： tf = ti + t2/2 = 420°C；200°C = 310 C°,从而确定烟气的物性 参数：tPf kg/m3CpAfpa ? sPfkJ/(kg C°)w/(m °C)3100. 6081. 1254. 9328.60. 652)确定烟气侧管束的最小流通截面积NFA = (S '一 d。)一 2 ? (I 厂 6厂与) ? 1严 =(0.07 一 0.025) -2 X (0.0125 X 0.001 X 200) X 1.5

9、 X 26 =1.56m 2 求烟气侧的最大质量流速Gmax = WPf'NFA =40000 X 0.608/3600 X 1.56 =4.33kg/(m2 ? s)求烟气侧流体雷诺数Rh = (fimax ' d。)/" =4.33 X 0.025/28.6 X 106 =3785通过 Briggs 公式，求的烟气侧流体的对流换热系数hf = 0.1378 ? R718 .扌? g) 0.296 ? 77J lfdo=0.1378 X (3785)0718 x (0.65苗 X (-) 0296 X(4- 93xlQ 2) =62.3 w/(m2 ? °

10、C)3) 假定热管管壁温度tw =( 宁 + 竽")/2 = 190 C °4) 由心可以在查出热管侧的管材导热系数入 =40w/(m- °C)At = tw -= 190 °C 一 120°C = 70 °C在米海耶夫推荐的 10s-4 X 10 6pa下，可推出冷侧流体的对流换热系数 hf = 0.122-At 233-p05=0.122 X 70233 x 205=3435 w/(m2 ? ° C)同时卩=1 厂2 蚣/（ 兀?号 ）*=0.0125 X （产穿 ）扌v40x0.0017=0.7由占和 df/d0 =

11、2 两参数，可以査圆形翅片管的肋效率图，烟气侧的 热管效率龙 =0.85）算出烟气侧每米长的热管的翅片表面积：4 =2 X 扌 X （殍 _ d?） + 7T ? df? sA - nf ? 1 =0.62 m2烟气侧每米长的翅片利热管之间的面积：2 = 7T ? d。?（1 Zlf ?）=0.063 ni2烟气侧管外每米长的热管的管外总而积：3 = 41+42 = 0.62 + 0.063 = 0.683 ni26）算出烟气侧的管外有效对流换热系数Nf = hf ? + 砧 ?力 1）3=62.3 X (0.063 + 0.8 X 0.62)/0.683=51 w/(m2 ? °C

12、算) 出冷流体管外有效对流换热系数hc =并? Ac/Ac = h = 3435 w/(m2 ? °C)7）算出总传热系数 参考热交换器原理与设计，可查得烟气污垢热阻 = 0.001 m2 - C°/w o 因此，管壁的导热热阻为，=务? Zn 鲁? = 4 X KT ： m2 ? °C/w. 侖+F + F ( +#( )"/( + 4x105 + 4x105x3 + +0.001) =233.3 w/(m2 ? °)C3.4 确定烟气侧总传热面积和换热器所需要的管数1）算出传热量Qh = V ? p厂 Cp(tx -12)400004306

13、00000 X 0.608 x 1.125 X 220 C=1672 kw由于热平衡，并且考虑到 6%的综合热损2)Qc = Qh ? (1 - 6%) = 1571.68 kw 420°CT200°C 确定对数平均温差肛 2, 412200°°CC-T122000°°CC， 忽略其预热过程，因此At2 = At max -A/Zn= 300 °C-80 °C/Zn=166.4 C° 3)确定烟气侧的总传热面积 A和换热器所需要的管数 mA' = ? +QJ/2K02=(1672 + 1571068) X 10 3/(2 X 233.3 X 166.4) =41.8 m2m = A /TI ? d ° ? g=41.8/(3.14 X 0.025 X 1.5) =354.9应取整 ni=355 根3.5 确定管排数N = m/B = 355/26 = 13.6取整 N = 14 排按之前说的，以正三角方式排列，即以 26、25 依次排列，这样总共的 管 数应该是 N=3574 流阻计算4.1 确定烟气侧的流阻对于圆形翅片管，使用=37.86