锅炉余热利用换热器设计

1、1.余热锅炉概述根据结构形式，余热锅炉可分为管壳式和烟道式余热锅炉。管壳式余热锅炉的结构与管壳式换热器无差别，并同样有固定管板式、浮头式及U型管式。烟道式余热锅炉的结构域普通锅炉的相似，有耐火砖砌成炉膛，炉膛内装设管束，高温气体通过炉膛，将管内流动的水加热汽化。换热器的设计即是通过传热过程计算确定经济合理的传热面积以及换热器的结构尺寸，以完成生产工艺中所要求的传热任务。换热器的选用也是根据生产任务，计算所需的传热面积，选择合适的换热器。由于参与换热流体特性的不同，换热设备结构特点的差异，因此为了适应生产工艺的实际需要，设计或选用换热器时需要考虑多方面的因素，进行一系列的选择，并通过比较才能设计

2、或选用出经济上合理和技术上可行的换热器。2设计参数给定量:(1)额定饱和蒸汽量0.5t/h(2)额定饱和蒸汽压力0.5Mpa(3)给水温度20C(4)排污率2%(5)烟气的体积流量11500m3/h(6)排烟温度180c(7)烟气温度500C(8)管长4.9m采用阳泉无烟煤WMar=5.0%Aar=19.0%Car=68.9%Har=2.9%Oar=2.4%Nar=1.0%Sar=0.8%发热量Q.p=26400kJ/kg空干水分Mad=1.0%干燥无灰基挥发物Vdaf=9.0%灰熔点=1400C3设计方案3.1 平均温差(温压)的计算?T=(?tmax-?tmin)/ln(?tmax/?tm

3、in)K(3.1)逆流最大温差：？tmax=t1'-t2''K(3.2)逆流最小温差：？tmin=t1''-t2'K(3.3以上式中：t1':烟气温度，C;t1'':排烟温度，C;t2':水的进口温度，C;t2“：出口温度，由p=0.6MPa查参考文献1附录9,C3.2 换热量的计算热测烟气换热量：Q1=C1?t1M1KJ/s(3.4)冷测水换热量：Q2=1000D(Ish.s-If.w)+Pb.w(Is.w-If.w)/3600KJ/s(3.5)换热器换热量：Q=(Q1+Q2)/2KJ/s(3.6)烟气质量流量：

4、M1=(V1p)l/3600KJ/s(3.7)换热效率：刀=(Q2/Q1)*100%(3.8)以上式中：C1:热测烟气比热容，按热侧平均温度(t1'+t1”)/2查参考文献【1】附录6,KJ/(kg.K);C2:冷侧水比热容，按冷侧平均温度(t2'+t2”)/2查参考文献【1】附录9,KJ/(kg.K);p1:烟气密度，按热侧平均温度查参考文献【11附录6,kg/m3V1：烟气体积流量，mHh;Ish.s：饱和蒸?气始，由Tsh.s=159C,p=0.6MPa查参考文献2附表2,kJ/kg;w:饱和水始，按p=0.6MPa查参考文献【2】附表2,kJ/kg;If.w:给水给，按

5、给水温度tf.w=20C查参考文献【2】附表1,kJ/kg;D:蒸发量,t/h;Pb.w:排污率，;流通截面积计算烟道流通截面积：A1=V1/3600/um2(3.9)管子流通截面积：A2=M2/W/p2m2(3.10)换热器换热面积：F=1000Q/?T/Km2(3.11)以上式中：u:烟气流速，参考文献3354页(7-13m/s)取定，m/s;M2:水的质量流量，M2=D*1000/3600,kg/s;W:水的流速，参考文献3354页(不小于0.3m/s)取定，m/s;P2:水的密度，按冷侧平土温度查参考文献【11附录9,kg/m3;K:传热系数，取定范围：10100W/(m.k),W/(

6、M2.k);换热管的设计计算横向管距s1=dw*23m(3.12)纵向管距S2=2R(3.13)热管长度L=F/3.14/dw/nm(3.14)管长l"=l'-3.14R+Rm(3.15)Np=L/l'(3.16)总传热管数Nz=2Np(3.17)烟道宽度a=l"+2*cm(3.18)烟道深度b=S1+2*cm(3.19)烟道截面积F1=abm2(3.20)管数n=4*M2/p2/3.14/dn2/W以上式中：dw:管子外径，由参考文献4187页表格2取定，m;dn：管子内径，由参考文献4187页表格2取定，m;取定管厚3m;4计算汇总表表4换热器主要结构尺

7、寸和计算结果名称符号单位公式及计算结果工作压力PMPa给定条件0.5蒸发量Dt/h给定条件0.5烟气温度t1'C给定条件260排烟温度t1''C取定（小于200C）150冷侧进口温度t2'c给定条件20冷侧出口温度t2''c由p=0.6MPa查参考文献1附录9159热测温差?t1K?t1=t1'-t1''110冷测温差?t2K?t2=t2''-t2'139逆流最大温差?tmaxK?tmax=t1'-t2''101逆流最小温差?tminK?tmin=t1''-t

8、2'130温差?TK?T=(?tmax-?tmin)/ln(?tmax/?tmin)114.9热测烟气比热容C1KJ/(kg.K)查参考文献【11附录61.134冷侧水比热容C2KJ/(kg.K)查参考文献【11附录94.175烟气密度P1kg/m3查参考文献【1】附录60.457水的密度P2kg/m3查参考文献【1】附录9965.682烟气体积流量V1m3h给定条件84000烟气质量流量M1kg/sM1=(V1P)1/360010.66水的质量流量M2kg/sM2=D*1000/36000.139饱和蒸汽始Ish.skJ/kg查参考文献【2】附表22756.660饱和水给Is.wkJ

9、/kg查参考文献【2】附表2670.670给水给If.wkJ/kg查参考文献2附表183.800排污率Pb.w%给定条件2热测换热量Q1KJ/sQ1=C1?t1M11329.73冷测换热量Q2KJ/sQ2=1000D(Ish.s-If.w)+Pb.w(Is.w-If.w)/3600372.861换热器换热量QKJ/sQ=(Q1+Q2)/2451.308换热效率刀%y=(Q2/Q1)*100%70.4换热器换热面积Fm2F=0.8X1000Q1/?T/K102.9传热系数KW/(M2.k)取定范围：10100W/(itf.k)90.0烟气流速um/sXXM3354X定8.0水的流速Wm/s参考文

10、献3354页取定0.3烟道流通截面积A1m2A1=V1/3600/u2.92管子流通截面积A2m2A2=M2/W/p20.00048管子外径dwmXXM4187XM20.024管子内径dnmXXM4187页20.018弯曲半径Rm给定条件0.040横向管距S1ms1=dw*230.048纵向管距S2mS2=2R0.080管数nn=4*M2/p2/3.14/dn/dn/W1.9管数取整n2热管长度LmL=F/3.14/dw/n156.481管长l'm取值4.900l"ml"=l'-3.14R+R4.814NpNp=L/l'31.9管程取整Np'取整数32总传热管数Nz2Np'64外侧管距墙体距离cm0.040烟道宽度ama=l"+2*c4.894烟道深度bmb=S1+2*c0.128烟道截面积F1m2F1=ab0.63烟道截面积校核F2m2A1+2*dw*l"0.63换热面积校核Sm2s=3.14*Nz*dw*l'23.63换热系数校