管組式（鳥籠式）換熱器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　換熱器課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p>

2、;<p>　　專 業(yè) </p><p>　　完成時(shí)間 </p><p>　　管組式（鳥籠式）換熱器設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)一臺(tái)利用煙氣余熱預(yù)熱助燃空氣的管組式（鳥籠式）換熱器。</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)條件</b></p><p

3、>　　入換熱器的平均煙氣標(biāo)況流量：Vh=0.90m3/s;</p><p>　　入換熱器煙氣溫度：th,i=1150℃</p><p>　　入換熱器空氣標(biāo)況流量：Vc=0.75 m3/s;</p><p>　　入換熱器空氣溫度：th,i=20℃；</p><p>　　出換熱器空氣溫度：th,o=435℃；</p><

4、p>　　煙氣成分（V/V, %）</p><p><b>　　換熱管直徑。</b></p><p><b>　　二.設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、 換熱器結(jié)構(gòu)初步確定</p><p>　　[1] 管組圓筒直徑；</p><p>　　取空氣在管內(nèi)標(biāo)況流速ωc=

5、16m/s，換熱管的流通截面積f0=0.00096m2,,管組圓筒采用的管子根數(shù)為：</p><p>　　曲管中心距離S1=84mm，則管組圓筒的直徑為：</p><p>　　[2] 煙氣通道直徑；</p><p>　　取煙氣通道通道內(nèi)壁距管中心距離:</p><p>　　S2=3d=30.042=0.126（m）</p>

6、<p><b>　　則煙氣通道內(nèi)徑為:</b></p><p>　　Db=Du+2S2=1.31+20.126=1.56(m)</p><p><b>　　煙氣通道斷面積為：</b></p><p>　　= 1.90（m2）</p><p><b>　　煙氣標(biāo)況流速為：</

7、b></p><p>　　2、換熱器熱計(jì)算（包括設(shè)計(jì)計(jì)算與流體出口溫度校驗(yàn)計(jì)算）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　(1)換熱器熱負(fù)荷確定</p><p>　　換熱器將空氣由20℃加熱到435℃的有效熱負(fù)荷為：</p><p>　　=0.75(13594351

8、30220) </p><p>　　=423843(W)</p><p>　　(2)煙氣出口溫度的確定</p><p>　　若不考慮熱損失，根據(jù)熱平衡空氣的吸熱等于煙氣的放熱。設(shè)煙氣出口溫度th.o=880℃。</p><p>　　其比熱容ch,o=1537J/m3，煙氣入口溫度th,i=1150℃,其比熱容為1582J/m3,根據(jù)熱平衡式

9、計(jì)算煙氣出口溫度為</p><p><b>　　（℃）</b></p><p>　　與假定880℃基本相等，故確定出口溫度=880℃。</p><p>　　(3)對(duì)數(shù)平均溫差確定</p><p>　　煙氣與空氣為順流流動(dòng)，煙氣進(jìn)、出口處兩流體的溫差為：</p><p><b>　　進(jìn)口處

10、 ℃</b></p><p><b>　　出口處 ℃</b></p><p>　　由于/=2.59>2,故取對(duì)數(shù)平均溫差</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　(4)空氣側(cè)傳熱系數(shù)的計(jì)算</p><p>　　空氣平均溫度為：tc,m

11、=(435+20)/2=228℃</p><p><b>　　空氣流動(dòng)雷諾數(shù)為：</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　可知空氣在管內(nèi)屬于湍流流動(dòng)。按L/d>50，則補(bǔ)正系數(shù)kL=1.0。設(shè)管壁溫度tw=750(℃),溫度補(bǔ)正系數(shù)k't=(Tg/Tw)0.5=[(228+273)

12、/(750+273)]0.3=0.70。因此，空氣側(cè)的傳熱系數(shù)為：</p><p>　?。?）煙氣側(cè)傳熱系數(shù)計(jì)算</p><p>　　由于煙氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)所占份額很小可或略不計(jì)，僅計(jì)其輻射傳熱部分，并對(duì)進(jìn)口，出口端分別計(jì)算然后取平均值。</p><p>　　1）煙氣入口端輻射傳熱系數(shù)</p><p>　　煙氣有效射線長(zhǎng)度為：，煙氣成分為：C

13、O2 16.0%，H2O 11.1%，當(dāng)煙氣溫度th.i＝1150℃時(shí)，查有關(guān)圖表分別得：，，因此可求得煙氣的黑度為：</p><p>　　設(shè)管組圓筒壁的黑度εb=0.8，而系數(shù)φ按公式為：</p><p>　　按公式可求得系統(tǒng)的黑度為：</p><p>　　入口處煙氣溫度th.i=1150℃，空氣溫度為tc.i=20℃ ,</p><p>

14、　　設(shè)壁溫tw.i=1000℃，則溫度補(bǔ)正系數(shù)為：</p><p>　　煙氣入口處空氣側(cè)得對(duì)流傳熱系數(shù)為：</p><p><b>　　按公式求得：</b></p><p><b>　　=2676K</b></p><p>　　查表得，則管壁溫度為： </p><p>　　

15、或tw=1284-273=1011℃，與原假定的1000℃基本接近，故可按tw.i=1000℃進(jìn)行下一步計(jì)算。</p><p>　　當(dāng)煙氣溫度為壁溫1000℃時(shí)，查相關(guān)圖表得 </p><p><b>　　則煙氣的黑度為：</b></p><p>　　按下式計(jì)算得出煙氣入口處的輻射傳熱系數(shù)為：</p><p><

16、;b>　　=69</b></p><p>　　2)煙氣出口端輻射傳熱系數(shù)</p><p>　　當(dāng)煙氣溫度th.i＝880℃時(shí)，查有關(guān)圖表分別得：，，因此可求得煙氣的黑度為：</p><p>　　設(shè)管組圓筒壁的黑度εb=0.8， 按公式可求得系統(tǒng)的黑度為：</p><p>　　出口處煙氣溫度th.o=880℃，空氣溫度為tc.

17、o=435℃ ,</p><p>　　設(shè)壁溫tw.i=700℃，則溫度補(bǔ)正系數(shù)為：</p><p>　　煙氣入口處空氣側(cè)得對(duì)流傳熱系數(shù)為：</p><p><b>　　按公式求得：</b></p><p><b>　　=1259K</b></p><p>　　查表得，則管壁溫

18、度為：</p><p>　　或tw=982-273=709℃，與原假定的700℃基本接近，故可按tw.o=1000℃進(jìn)行下一步計(jì)算。</p><p>　　當(dāng)煙氣溫度為壁溫700℃時(shí)，查相關(guān)圖表得 則煙氣的黑度為：</p><p>　　按下式計(jì)算得出煙氣入口處的輻射傳熱系數(shù)為：</p><p><b>　　=115</b&g

19、t;</p><p>　　3)煙氣平均傳熱系數(shù)（僅考慮輻射傳熱系數(shù)）</p><p>　　(6)換熱器的總傳熱系數(shù)K</p><p><b>　　(7)傳熱表面積F</b></p><p><b>　　(8)管組圓筒高度</b></p><p>　　查表可知換熱管每米長(zhǎng)加熱表

20、面積（按外徑計(jì)），則管組圓筒高度為：</p><p>　　(9)核算管的入口系數(shù)kL</p><p>　　換熱管長(zhǎng)度L=H=2.72m，管內(nèi)徑，此時(shí)，計(jì)算空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)的管段入口系數(shù)=1.0，故前面空氣對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算時(shí)假定=1.0是正確的，不需再算。</p><p><b>　　校驗(yàn)計(jì)算</b></p><p>

21、<b>　　(1)空氣出口溫度</b></p><p>　　當(dāng)空氣溫度=228℃ 時(shí)，比熱容為：=1326J/（℃），</p><p>　　其水當(dāng)量為：0.751326=995（W/C);</p><p>　　當(dāng)煙氣平均溫度為℃時(shí),比熱容,</p><p><b>　　其水當(dāng)量為 </b></

22、p><p>　　0.91477=1329（W/C) </p><p><b>　　水當(dāng)量之比為：</b></p><p>　　Rc= /=995/1329=0.75</p><p>　　換熱器空氣側(cè)的熱傳遞單元數(shù)為：</p><p>　　換熱器空氣側(cè)傳熱有效度（順流式）為：</p>&l

23、t;p><b>　　= 0.365</b></p><p>　　則，空氣出口溫度為：</p><p>　　=20+0.319（1150—20）</p><p>　　=432℃煙氣出口溫度： </p><p>　　=1150-0.365*0.8*（1150-20）=885℃</p><p>

24、　　傳熱計(jì)算中假定的880℃高50℃，誤差0.5%（<4%),故熱計(jì)算認(rèn)可。</p><p>　　驗(yàn)算結(jié)果表明，空氣出口溫度432℃和煙氣出口溫度885℃與熱計(jì)算中的條件基本相符，傳熱表面積F=17.6可滿足要求。</p><p><b>　　（3）壁溫計(jì)算</b></p><p><b>　　1）平均壁溫</b>&

25、lt;/p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=726℃</b></p><p><b>　　2）煙氣入口處壁溫</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=792℃

26、</b></p><p><b>　　3）煙氣出口處壁溫</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=713℃</b></p><p><b>　　材質(zhì)選型計(jì)算</b></p><p>

27、　　根據(jù)最高壁溫792℃換熱管材質(zhì)選0Cr23Ni13。</p><p>　　3、流體流動(dòng)壓降計(jì)算</p><p><b>　　[1]空氣側(cè)壓降</b></p><p>　　由于煙氣流速較小，其壓降可忽略不計(jì)。</p><p><b>　　[2]煙氣側(cè)壓降</b></p><p&

28、gt;　　(1)空氣側(cè)摩擦壓損</p><p>　　空氣在管內(nèi)流動(dòng)，其雷諾數(shù)Re=21567>20000,屬湍流流動(dòng)，按公式計(jì)算可知，其摩擦壓損為：</p><p><b>　　=741（Pa)</b></p><p>　　(2)空氣側(cè)形阻壓損</p><p>　　取空氣進(jìn)，出口端環(huán)形集管的阻力系數(shù)，溫度補(bǔ)正系數(shù)按

29、公式計(jì)算為：</p><p><b>　　=1.7</b></p><p><b>　　則空氣形阻壓損為：</b></p><p><b>　　=1447(Pa)</b></p><p><b>　　(3)空氣側(cè)總壓降</b></p><

30、;p>　　741+1447=2188(Pa)</p><p><b>　　4、換熱器技術(shù)性能</b></p><p>　　管組式輻射換熱器技術(shù)性能及總圖分別見表</p><p><b>　　5、總結(jié)</b></p><p>　　附錄 換熱器總圖（1#）</p><p>

31、<b>　　三.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　T.Kuppan.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè).中國(guó)石化出版社.</p><p>　　機(jī)械工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（動(dòng)力設(shè)備卷）【第二版】.機(jī)械工業(yè)出版社.</p><p>　　有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè).冶金工業(yè)出版社.</p><p>　　任曉光.化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).化學(xué)工業(yè)出版社.</p