热管式换热器毕业设计开题报告资料

1、毕业设计开题报告课 题 名 称： 炼油厂常减压装置 空气预热器设计及部件优化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 所在院(系)部： 机 械 工 程 学 院 专 业 名 称： 过程装备与控制工程 2012 年 03 月 20 日说 明1根据毕业设计(论文)工作管理规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通

2、顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5开题报告检查原则上在第24周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。毕业设计(论文)开题报告学生姓名学 号专 业过程装备与控制工程指导教师姓名职 称所在系部机械工程学院课题来源企、事业单位委托课题课题性质工程设计课题名称炼油厂常减压装置空气预热器设计及部件优化毕业设计的内容和意义课题背景： 能源是发展国民经济的重要物质基础，能源的开发和利用程度直接影响着国

3、民经济的发展和人民物质生活水平的提高，余热回收是合理利用能源、节约能源、提高能源利用率等方面不可忽视的问题。加热炉是炼油厂关键设备之一，在使用过程中将产生大量高温烟气，排烟余热未获得充分利用，不但造成能源的严重浪费，还会污染环境。因此发展有效的余热回收装置是能源得以合理利用的有效方式。研究发现热管是一种具有高导热性、高传热效率的传热元件。我国热管研究开始于1970年左右，1980年国内第一台试验性热管换热器运转成功1。近年来，工业中的实际应用也已经证明了热管换热器的确是一种高效、紧凑、耐用的换热设备，它在工业余热回收方面发挥了良好的作用，并积累了一定的使用经验。课题内容： 在众多的传热元件中，

4、热管是人们所知的最有效的传热元件之一。随着热管技术日趋发展成熟，热管式换热器在电站、钢铁、冶金、石油、化工、建材、轻工、制冷空调、电子等领域的节能应用中发挥着越来越重要的作用。热管技术的应用将推进我国节能工作的进程，同时降低对环境的热污染，是一项很有发展前途的技术。空气预热器是利用排烟余热来加热燃烧所需空气的热交换设备。由于它工作在烟气温度最低的区域,回收了烟气的热量,降低了排烟温度,因而提高了加热炉的热效率，同时也由于空气被预热,强化了燃料的着火和燃烧的过程,减少了燃料不完全燃烧的热损失,进一步提高了加热炉的热效率2。毕业设计的内容和意义本课题要求设计一台加热炉烟气余热回收热管空气预热器，利

5、用常压炉和减压炉的高温烟气预热空气，使之作为燃料燃烧所需氧气来源以达到节能之目的。设计内容包括传热工艺计算、热管计算选型、预热器本体设计等，并结合企业现状对热管进行改进，克服为避免低温露点腐蚀而浪费能源的现状，达到节能降耗的目的。课题意义：我国的能源短缺问题日趋严重，节能已被提到了重要的议事日程。大量的工业锅炉和各种窑炉、加热炉所排放的高温烟气，用热管气-气换热器进行余热回收，所得到的高温空气可用于助燃或干燥，因此应用前景非常广阔。据有关报道称，我国三分之二的能源被锅炉吞噬，而我国工业锅炉的实际运行效率只有65%左右，工业发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率达85%，因此，提高工业锅炉的热效率，节

6、能潜力十分巨大。如果我国锅炉的热效率能够提高10%，节约的能耗则相当于三峡水库一年的发电量，做好工业锅炉及窑炉的节能工作对节约能源具有十分重要的意义37。利用热管气-气换热器代替传统的管壳式气-气换热器，一方面,能够大大提高预热空气进入炉内的温度，降低烟气温度，从而大大提高锅炉的热效率；另一方面，热管气-气换热器运行压降非常小，有时甚至不需要增加引风机等设备，从而使得运行费用大大降低。文献综述国内外研究现状：热管作为一种具有高导热性能的传热装置，其概念首先是由美国通用发动机公司的Gaugler于1944年提出的1。热管工作的主要任务是从加热段吸收热量，通过内部相变传热过程，把热量输送到冷却段，

7、从而实现热量转移。完成这一转移有6个同时发生而又相互关联的主要过程。这6个过程是：(1)热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液汽分界面；(2)液体在蒸发段内的液汽分界面上蒸发；文献综述结构构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形的极限状态：(3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；(4)蒸汽在冷凝段内的汽液分界面上凝结；(5)热量从汽液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源； (6)在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。热管的研究与开发最主要的是热管材料。虽然几乎所有金属材料、无机及有机材料均可用于制作热管，但只有与工作流体相容的材料才可能被选用。根据不同研究者

8、对热管材料的研究成果已开发的热管材料有8-10：铜、铝、碳钢、不锈钢、镍、钛、钨、铬镍铁合金、钼合金、碳化硅。近些年来，随着材料科学的不断发展，出现了一种相变材料换热技术与热管技术有效结合起来的技术，如氢氧化钡加6%氯化钡的蓄热体系11和复合中空热管专利(ZL200920192288 1) 12材料。这无疑是一种非常高效的新型节能技术，一般的相变材料导热系数较低，将热管作为换热元件应用于相变蓄热领域中是改进相变蓄热系统，提高其换热效率的一个重要手段，还合理利用了排气余热，不仅在最大程度上节省了燃料，而且降低了污染物排放量，满足我国可持续发展的战略要求。热管式换热器是一种新型的换热器，将热管元件

9、按一定行列间距成束装在框架内，用中间隔板等密封元件将加热段和散热段隔开，构成热管换热器。热管换热器于70年代初才开始应用于工业中作为节能设备。虽然热管换热器在工业中应用时间不长，但发展速度很快。由于水-碳钢热管的研制成功，使得气-气热管和气-气换热器的制造成本大幅降低，从而促进了热管气-气换热器的工业化应用。热管气-气换热器综合起来有如下一些特点13-15：(1)热性能高。由于热管气-气换热器的加热段和冷凝段都有带翅片，大大扩展了换热表面，因此，其传热系数比普通光管气-气换热器的要大好多倍；文献综述(2)流阻小，降低了换热器运行时的动力消耗。目前国内已有数千台热管气-气换热器先后投入使用，取得

10、了较好的使用效果。但也暴露了不少问题，如露点腐蚀、积灰。积灰对于灰尘较多的烟气,如其在热管气-气换热器中设计流动速度过高,虽然能够提高热管的换热能力,但是会加速热管的磨损,且增大烟气流动阻力;速度较小时,热管翅片上易积灰,使热管换热能力下降,严重时堵塞换热器,使其失效。这也与目前落后的设计方法有关，传统的设计手段难以通过进行精确的设计计算来避免积灰。露点腐蚀虽然也有工程技术人员已经采用了以避免露点腐蚀为控制目标的设计计算，但由于受传统设计计算手段的限制，设计计算采用试算验证的方式进行，难以做到各项参数的优化组合，从而造成热管气-气换热器的实际运行参数与设计参数的偏离，导致露点腐蚀，导致热管失效

11、。此外还有热管失效、漏风等。这影响了热管气-气换热器的进一步推广。因此，急需对这些问题进行细致分析与研究，完善热管气-气换热器的设计制造方法，提高热管气-气换热器的使用效果和寿命14。文献综述参考文献：1. 庄骏,等.热管与热管换热器.上海: 上海交通大学出版社, 19892. 陈慧雁,等.热管和内螺纹管在低温空气预热器中的应用 J .能源工程, 2003.13. 王斌斌，仇性启.热管及其换热器在烟气余热回收中的应用.工业加热，2006,35(05):25-254. 方信科. 热管技术在锅炉空气预热器中的应用.纯碱工业,2003, (05): 46-475. 郭振贤,刘仁涛.热管换热器应用现状

12、及其制约因素.应用能源技术,2002, (04):32-356. 纪绍斌,李生生.热管技术的应用与发展.山西建筑,2005,(13):146-147.7. 万世清.利用热管回收锅炉烟气余热.中国设备工程,2005,(04):10-128. FavioDobran,Heat Rcovery Systems&CHP.9(1),67-1009. A.A.M.Deliletal.Proc.5th Int Heat Pipe Conf.Tsukuba10. D.Heire.etal.Int Heat Pipe Conf.Grenoble,(1987)11. 章学来,于美,于树轩,林原培,施敏敏.

13、一种新型相变材料及其热管式换热器的研究M.上海:上海海事大学蓄冷技术研究所,201012. 朱文通.复合中空热管材料管壁温度与抗结露性能M.浙江:炜业锅炉容器制造,201013. 罗林,陈如冰,姚寿广.热管技术在动力工程中的应用.华东船舶工业学院学报,2003,(03):55-5714. 徐彬.无机热传导热管空气预热器在加热炉的应用J.石油炼制与化工,2004,(5):16-1815. 王瑜,屈武第,黄桂云等.水热媒空气预热器与热管空气预热器的比较.石油炼制与化工,2004,(01):35-37研究内容研究内容：(1)传热工艺计算传热方程；传热量计算；对数平均温差计算；热管换热器的总传热系数的

14、计算；流体横向掠过翅片管的换热系数计算；传热面积的计算；流体通过热管换热器的压力降。(2)热管计算选型根据一定的蒸汽速度确定热管的直径；按照工作压力对热管进行机械强度校核；按照毛细极限对吸液芯进行计算；验算其他的工作极限。(3)预热器本体设计材料的选择；筒体的设计温度、压力选择；筒体厚度的计算；椭圆形封头的设计；容器法兰的选择；开孔补强；隔板的设计。 (4)露点腐蚀防护 以重油或含硫瓦斯为燃料的锅炉和工业加热炉。燃烧时硫分被氧化, 在装置的烟道、空气预热器等低温部位与水凝聚成H2SO4 而产生的腐蚀称为烟气露点腐蚀或硫酸露点腐蚀。防止露点腐蚀可以从两方面来考虑：使用低硫的重油( 含硫量在0.5

15、%以下) 可以不造成烟气露点腐蚀；或在重油中加入能同SO3化合生成无腐蚀性物质的添加剂( 如往重油中加入0.06% 的氢氧化镁浆) 可大幅度地降低SO3的浓度, 从而减轻露点腐蚀；对设备表面进行处理，如加表面涂层或加非金属衬里。研究计划研究计划：第一周：调研、收集资料第二周：调研、收集并熟悉资料第三周：英文翻译，撰写开题报告第四周：完善开题报告第五周：确定设计方案，进行预热器工艺流程计算第六周：预热器工艺流程计算第七周：预热器工艺流程计算第八周：预热器总图设计第九周：预热器总图设计第十周：预热器总图设计第十一周：预热器总图设计第十二周：主要零部件图设计第十三周：主要零部件图设计第十四周：指导教师全面审阅，修改图纸第十五周：整理