过程设备设计

过程设备设计（下）第五章储存设备(8学时)第六章换热设备(8学时)

第七章塔设备(8学时)第八章反应设备(6学时)1第六章换热设备6.1概述6.2管壳式换热器6.3余热锅炉6.4传热强化技术过程设备设计6.3.1余热锅炉的作用6.3.2余热锅炉的基本特点6.3.3余热锅炉的基本结构2过程设备设计6.3.1余热锅炉的作用余热锅炉是利用工业生产中的余热来生产蒸汽的一种换热设备，又称为废热锅炉。满足工艺生产的需要提高热能总利用率，节约一次能源消耗消除环境污染，减少公害36.3.2余热锅炉的基本特点(1)余热锅炉的结构形式多种多样一般由其工作条件（如温度、压力、流量等）和介质流动循环方式决定。(2)余热锅炉的热源很广，介质多种多样不仅烟道气，而且其它气体也含有腐蚀性很强的组分，或带有大量粉尘、烟灰等，因而其腐蚀、积灰、堵灰和磨损等问题比较严重。过程设备设计4过程设备设计6.3.2余热锅炉的基本特点(3)有些余热锅炉的主体设备与辅助设备分散安装在工艺流程中的不同部位，互相之间的联系要求很高。余热锅炉的工作情况变化影响工艺气的操作条件，会对整个流程产生连锁反应，影响产品的产量和质量。(4)余热锅炉的操作不稳定受到余热源热负荷波动的影响。(5)有的余热锅炉水侧、气侧均处于高温、高压条件下，因而对锅炉结构有很高的要求。5过程设备设计6.3.3余热锅炉的基本结构一、管壳式余热锅炉由锅筒、管子及金属壳体构成一体的紧凑型小型余热锅炉。与其他形式的余热锅炉相比较，管壳式余热锅炉结构紧凑、单位换热面积的金属耗量较少，适应的介质和操作条件较为广泛。6二、烟道式余热锅炉1.特点2.应用3.操作时注意事项7第六章换热设备6.1概述6.2管壳式换热器6.3余热锅炉6.4传热强化技术过程设备设计6.4.1传热强化概述6.4.2扩展表面强化传热6.4.3壳程强化传热8过程设备设计6.4.1传热强化概述换热设备稳定传热时的传热方程式：

K——传热系数，w/m2℃；F——换热面积，m2；ΔT——热流体与冷流体的平均传热温差，℃表征传热过程强弱程度传热强化渠道增大平均传热温差增大换热面积提高传热系数9过程设备设计6.4.1传热强化概述增大平均传热温差平均传热温差ΔT是传热过程的推动力，由冷、热流体最大无相变温差决定，但一般生产工艺中已经确定。1.当冷流体和热流体进出口温度一定时，利用不同的换热面布置来改变平均传热温差；——逆流；多股流动换热。2.扩大冷、热流体进出口温度的差别以增大平均传热温差。此法受生产工艺限制，不能随意变动，只能在有限范围内采用。10过程设备设计6.4.1传热强化概述增大换热面积1采用小直径换热管；——在同样金属重量下总表面积增大2改进传热面结构，设法提高单位容积内设备的传热面积，即扩展表面换热面，既增加换热面积，又提高传热系数。问题：流动阻力增大11过程设备设计6.4.1传热强化概述提高传热系数1.有功传热强化——应用外部能量达到传热强化如：搅拌换热介质、使换热表面或流体振动、将电磁场作用于流体以促使换热表面附近流体的混合等技术2.无功传热强化——不需外部能量，而是利用扩展表面；既能增加传热面积，又能提高传热系数当前研究传热强化的重点提高对流传热系数的方法有功传热强化无功传热强化12过程设备设计6.4.2扩展表面强化传热既能增加传热面积，又能提高传热系数几种强化传热的换热元件槽管翅片13过程设备设计6.4.2扩展表面强化传热槽管——提高传热系数壁面扰流结构的换热管在圆管及圆形通道内形成扰流结构改变了流体的流动结构，增加近壁区的湍流度提高流体和壁面的对流传热膜系数14螺旋槽管

横纹槽管图6-30槽管结构碾轧槽管——特别适用于换热器中用于强化管内单相流体的传热以及增强管外流体蒸汽冷凝和液体膜态沸腾传热的作用过程设备设计6.4.2扩展表面强化传热15过程设备设计6.4.2扩展表面强化传热翅片——提高传热面积、提高传热系数(1)内翅片圆管(1)外翅片圆管(3)板式翅片(4)槽带板式翅片(5)穿孔翅片等翅片不适合用于高表面张力的液体冷凝和会产生严重结垢的场合，尤其不适用于需要机械清洗、携带大量颗粒流体的流动场合。16过程设备设计6.4.2扩展表面强化传热外翅片圆管——影响翅化表面传热的主要因素是翅片高度翅片厚度、翅片间距以及翅片材料的导热系数图6-31外翅片圆管螺旋翅片圆形翅片锯齿翅片扇形翅片17过程设备设计6.4.2扩展表面强化传热板式翅片——板式翅片上各局部位置的换热强弱存在着很大差异，板式翅片传热受到雷诺数、管排数、翅片间距和管间距的影响。图6-32板式翅片结构18过程设备设计6.4.2扩展表面强化传热槽带板式翅片——槽带板式翅片已广泛应用在空调工业,以及干式冷却塔的空气冷却器中。图6-33槽带板式翅片19过程设备设计6.4.2扩展表面强化传热穿孔翅片——增加对流传热膜系数而流动阻力增加不大。图6-34穿孔翅片结构穿孔翅换热管20过程设备设计6.4.3壳程强化传热目前，换热设备壳程强化传热的途径主要有：改变管子外形或在管外加翅片，即通过管子形状或表面性质的改变来达到强化传热目的，如采用螺纹管、外翅片管等；改变壳程挡板或管束支承结构，以减少或消除壳程流动与传热的滞留死区，使换热面积得到充分利用。21过程设备设计6.4.3壳程强化传热改变壳程挡板结构传统的单弓形折流板支承局限——壳程流体易产生流动死区，换热面积无法充分利用，因而壳程传热系数低、易结垢、流体阻力大。且当流体横向流过管束时，还可能引起管束流体诱导振动。新型——多弓形折流板、整圆形板、异形孔板、网状整圆形板等。它们的特点是尽可能将原折流板的流体横向流动变为平行于换热管的纵向流动，以消除壳程流体流动与传热的死区，达到强化传热的目的。22过程设备设计6.4.3壳程强化传热图6-35网状整圆形折流板23过程设备设计6.4.3壳程强化传热改变管束支承结构将管壳式换热器中的折流板改成杆式支承结构，具有许多优点（2）由于壳程介质为轴向流动，没有弓形折流板那么多转向和缺口处的节流效应，因而流动阻力比较小，一般为传统弓形折流板的50%以下，达到了节能的效果。（1）使换热器壳程流体的流动方向主要呈轴向流动，消除了弓形折流板造成的传热死区。24过程设备设计6.4.3壳程强化传热（4）消除了弓形折流板造成的局部腐蚀和磨损（或切割）破坏，改善了换热管的支撑情况和介质的流动状态，消除或减少了因换热管的振动而引起管子的破坏，延长了换热