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换热器的计算举例.doc

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换热器的计算举例.doc

1、换热器的计算举例条件: 1.空气量 4100m3/h 2.空气预热温度 t空=300 0C (冷空气为20 0C) 3.烟气量V烟6500m3/h (烟气温度为7000C) 4.烟气成分（体积）CO2 H2o O2 N2 19.4 7.5 2.1 71.0 5.换热器的型式及材质型式：直管形平滑钢管换热器材质：换热管采用 60*3.5毫米无缝钢管材质16Mn钢最高使用温度小于4500C计算举例：一. 主要热之参数的确定.入换热器空气的温度t空=200C 出换热器空气的温度t空=3000C2.入换热器空气量取换热器本身的漏损及管道漏损 3% 则V真实=1.03 V空=1.034100=4223

2、m/h 或 V空=1.03V空/3600=4223/3600=1.17m/s3.入换热器烟气的温度考虑16Mn铜的最高温度不大于450。初步确定入换热器的烟气温度t烟=550，稀释导数确定如下：烟气700的比热为：C烟（700）=0.01（0.50119.4+0.3927.5+0.3422.1+0.32571）=0.365KJm3烟气在550的比热为：C烟（500）=0.01(0.48419.4+0.3837.5+0.3372.1+0.32171)=0.358 KJm320空气的比热为0.311 KJm3则=（i1-i2）/(i2-i0）=(0.365700-0.385550)（0.35855

3、0-0.31120）=0.3094.入换热器的烟气量V烟=（1+）V烟=（1+0.309）6500=8508.5m3h或V烟=8508.53600=2.36m3s5.烟气成分（%） VCO2= VCO2（V烟/V烟）=19.46500/8508.5=14.82 VH20=VH2O（V烟/V烟）=7.56500/8508.5=5.73 VO2=（VO2+21）V烟/V烟 =（2.1+210.309）6500/8508.5=6.56 VN2=（VN2+79）V烟/V烟 =（71+790.309）6500/8508.5=72.89 =1006.计算换热气的烟气温度取换热气绝热效率换 =0.90.先

4、假定烟气出口温度为400。烟气入口温度为550时的比热C烟（550）=0.01（0.48414.82+0.3835.73+0.3376.56+0.32172.89）=0.350 kJ/m2 烟气为4000C时的比热C烟=0.01(0.46314.82+0.3745.73+0.3306.56+0.31672.89)=0.342kj/m3 0C稀释用空气量：V空= V烟=0.3096500=2008.5m3h t烟换V烟C烟t烟-V空(C空t空-C空t空)/换V烟C烟=0.908508.50.350550-4223(0.315300-0.31120)/0.900.3428508.5400.450

5、C 与假设的4000C相接近，故确定烟气出口温度 t烟=4000C二.有效换热量Q效=V空(C空t空-C空t空)=4223(0.315300-0.31120) =372806.4kj/h三烟气和空气平均温度差烟气和空气在换热器内为正交逆流因此：t始=t烟-t空=550-300=250t终= t烟- t空=400-20=380空气具有的实际流通面积f空=N f0=800.0022=0.176m2空气的实际流速W空=V空/f空=1.17/0.176=6.648m/s烟气在管外流动，换热器成交错式排列，并取管中心距S1=S2=S=2d=20.06=0.12m。在垂直烟气流动的断面上m=10列管，则沿

6、气流方向上排列：n=N/m=70/10=7列管群排列方式如下图上图见课程设计资料（要可到学习委员处借阅也可拿去复印）第六页 t终/t始=380/250=1.522故可取算术平均值 t均=1/2(t始+t终)=1/2(250+380)=315正交逆流，乘以修正系数t=0.98则tm=tt均=0.98315=309四换热器内换热管的排列603.5mm无缝钢管的流通截面积f0=0.0022m2取空气在馆内流动的流速W空=10m/s(适宜经验取值为5-10m/s)则一个行程内空气应具有的流通面积：f空=V空/W空=1.17/6.7=0.175 m2一个行程内换热器的根数为N= f空/ f0=0.175

7、/0.0022=79.580根取烟气在管群最窄截面处的流速W烟=2.7m/s（经验取值：2-4m/s）则烟气具有的流通截面：f烟= V烟/W烟=2.36/2.7=0.84m管群最窄截面的管间宽度a=s1-d=0.12-0.06=0.06m则烟气通道具有的高度：b= f烟/ma=0.87/（100.06）=1.45m取换热管长度l=1.6m则实际烟气的流通截面为：f烟=mal=100.061.6=0.96m2实际烟气流速：W烟= V烟/ f烟=2.36/0.96=2.46m/s五空气给热系数空气平均温度t空=1/2(t空+ t空)=1/(300+200)=160因W空=9.94n=m/s管内直径

8、D=0.053m查图3-2得：Re=18000（紊流）查图3-6得：空气对流给热系数a0=28KJ/m2h因空气层加热，需乘修正系数kt为此设壁温t壁=250则T空/ T壁=(160+273)/(250+273)=0.828查图3-5得kt=0.91取管道长度的补正系数kt=1.05则空气给热系数：a空=a0ktkt=281.050.91=26.75 KJ/m2h六烟气给热系数1.对流给热系数烟气平均温度T烟=1/2(t烟+ t烟)=1/2(550+400)=475475时烟气各组成的运动粘度系数查得：Vco2=43.210-6 vH2O=87.910-6 vO2=71.110-6vN2=70

9、.910-6m2/s烟气近似运动粘度V烟=1/( Vco2/ vco2+VH2O/ vH2o+VO2/ vO2+VN2/ vN2) =110-6/(0.1482/43.2+0.0573/87.9+0.0656/71.1+0.728/70.9) =65.4710-6m2/s烟气雷诺系数：Re=wd/v=2.46（1+475/273）0.06/65.4710-6 =6177查图3-12 a0=34 KJ/m2h取修正系数 k=0.96则a烟对=340.96=32.64 KJ/m2h2.辐射给热系数烟气有效射线长度l=2.8x=2.8（0.12-0.06）=0.168mPco2l= Vco2l=0.

10、14820.168=0.0249m.atmPH2O= VH2Ol=0.05730.168=0.00963m.atm查图3-16，3-17，3-18t烟=475 co2=0.07 H2O=0.037 =1.02烟=co2+H2O=0.07+1.020.037=0.108当t烟= t壁=250时co2=0.062 H2O=0.048 =1.02烟=0.062+1.020.048=0.111取管壁黑度壁=0.8C导=4.88/(1/烟+1/壁-1)=4.88/(1/0.111+1/0.8-1)=0.528 KJ/m2ha辐烟= C导【烟/烟(T烟/100)4-( T壁/100)】/(t烟-t壁)=1

11、1.6 KJ/m2h则a烟= a辐烟+a烟对=32.64+11.6=44.24KJ/m2h七传热系数不考虑管壁及污垢热阻1/K=1/a空+1/a烟K= a空a烟/( a烟+ a空)=(44.2426.75)/(26.75+44.24)=16.67 KJ/m2h八有效换热面积A=Q/ktm=372806.4/(16.67309)=72.38m2考虑烟尘沾污换热管使传热降底，故增加10%的换热面A=1.172.38=79.62 m2九换热器的引程a辐烟= C导【烟/烟(T烟/100)4-( T壁/100)】/(t烟-t壁)=11.6 KJ/m2h则a烟= a辐烟+a烟对=32.64+11.6=44

12、.24KJ/m2h七传热系数不考虑管壁及污垢热阻1/K=1/a空+1/a烟K= a空a烟/( a烟+ a空)=(44.2426.75)/(26.75+44.24)=16.67 KJ/m2h八有效换热面积A=Q/ktm=372806.4/(16.67309)=72.38m2考虑烟尘沾污换热管使传热降底，故增加10%的换热面A=1.172.38=79.62 m2九换热器的引程a辐烟= C导【烟/烟(T烟/100)4-( T壁/100)】/(t烟-t壁)=11.6 KJ/m2h则a烟= a辐烟+a烟对=32.64+11.6=44.24KJ/m2h七传热系数不考虑管壁及污垢热阻1/K=1/a空+1/a

13、烟K= a空a烟/( a烟+ a空)=(44.2426.75)/(26.75+44.24)=16.67 KJ/m2h八有效换热面积A=Q/ktm=372806.4/(16.67309)=72.38m2考虑烟尘沾污换热管使传热降底，故增加10%的换热面A=1.172.38=79.62 m2九换热器的引程603.5mm无缝钢管每米长的加热面f=0.178m2则一个引程的加热面：A=Nfl=800.1781.6=22.784 m2换热器的引程：M=A/ A=79.62/22.784=3.494引程换热器的总加热面：4 22.784=91.14 m2十换热器的实际传热系数（设计值）K=372806.4/(91.14 309)=13.24 KJ/m2h十一.壁温(平均)T壁= （a烟t烟+ a空t 空）/( a烟+ a空)=(44.24475+26.75160)/(44.24+26.75)=356.3换热器的技术性能：加热面 79.5m2换热方式 4行程正交逆流空气出口温度 300空气入口温度 20空气量 5500m3/h烟气入口温度 550烟气出口温度 400入换热器烟气量 9170 m3/h空气流速 9.94 m/s烟气流速 2.65 m/s传热系数 22.3KJ/m2h管壁温度 230换热管尺寸 603.5mm换热管根数 280根换热管长度 l=1600mm换热管材质 16Mn