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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Ф 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
１.入换热器空气的温度　　　t＇空=200C
出换热器空气的温度　　　t＇＇空=3000C
2.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=1.03×4100=4223m/h
或 V空=1.03V＇空/3600=4223/3600=1.17m/s
3.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（0.501×19.4+0.392×7.5+0.342×2.1+0.325×71）
=0.365KJ／m3℃
烟气在550℃的比热为：
C烟（500）
=0.01(0.484×19.4+0.383×7.5+0.337×2.1+0.321×71)
=0.358 KJ／m3℃
20℃空气的比热为0.311 KJ／m3℃
则φ=（i1-i2 ）/(i2-i0）
=(0.365×700-0.385×550)／（0.358×550-0.311×20）=0.309
4.入换热器的烟气量
V烟=（1+φ）V′烟
=（1+0.309）×6500
=8508.5m3／h
或
V烟=8508.5／3600=2.36m3／s
5.烟气成分（%）
VCO2= V′CO2（V′烟/V烟）=19.4×6500/8508.5=14.82
VH20=V′H2O（V′烟/V烟）=7.5×6500/8508.5=5.73
VO2=（V′O2+21φ）V′烟/V烟
=（2.1+21×0.309）×6500/8508.5
=6.56
VN2=（V′N2+79φ）V′烟/V烟
=（71+79×0.309）×6500/8508.5
=72.89
Σ=100
6.计算换热气的烟气温度
取换热气绝热效率η换 =0.90.先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（0.484×14.82+0.383×5.73
+0.337×6.56+0.321×72.89）
=0.350 kJ/m2 •℃
烟气为4000C时的比热
C烟
=0.01(0.463×14.82+0.374×5.73+0.330×6.56+0.316×72.89)
=0.342kj/m3 0C
稀释用空气量：V空=φ V′烟=0.309×6500=2008.5m3／h
t〞烟＝η换V烟C′烟t′烟-V空(C〞空t〞空-C′空t′空)/η换V＇烟Cˊ烟
=0.90×8508.5×0.350×550-4223(0.315×300-0.311×20)/0.90×
0.342×8508.5
＝400.450C
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×(0.315×300-0.311×20)
=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=250℃

t终= t〞烟- t′空=400-20=380℃
空气具有的实际流通面积
f空=N f0=80×0.0022=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=2×0.06=0.12m。在垂直烟气流动的断面上m=10列管，则沿气流方向上排列：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=1.52＜2
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=ε△t△t均=0.98×315=309℃
四．换热器内换热管的排列
Φ60×3.5mm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=0.175/0.0022=79.5≈80
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/（10×0.06）=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=10×0.06×1.6=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k′t为此设壁温t壁=250℃
则T空/ T壁=(160+273)/(250+273)=0.828
查图3-5得k′t=0.91
取管道长度的补正系数kt=1.05
则空气给热系数：a空=a0ktk′t=28×1.05×0.91=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)=475℃
475℃时烟气各组成的运动粘度系数查得：
Vco2=43.2×10-6 vH2O=87.9×10-6 vO2=71.1×10-6
vN2=70.9×10-6m2/s
烟气近似运动粘度
V烟=1/( Vco2/ vco2+VH2O/ vH2o+VO2/ vO2+VN2/ vN2)
=1×10-6/(0.1482/43.2+0.0573/87.9+0.0656/71.1+0.728/70.9)
=65.47×10-6m2/s
烟气雷诺系数：
Re=wd/v=[2.46×（1+475/273）×0.06]/65.47×10-6 =6177
查图3-12 a0=34 KJ/m2h℃
取修正系数 k=0.96
则a烟对=34×0.96=32.64 KJ/m2h℃
2.辐射给热系数
烟气有效射线长度l=2.8x=2.8（0.12-0.06）=0.168m
Pco2l= Vco2l=0.1482×0.168=0.0249m.atm
PH2O= VH2Ol=0.0573×0.168=0.00963m.atm
查图3-16，3-17，3-18
t烟=475℃ εco2=0.07 ε＇H2O=0.037 β=1.02
ε烟=εco2+βε＇H2O=0.07+1.02×0.037=0.108
当t烟= t壁=250℃时
εco2=0.062 ε＇H2O=0.048 β=1.02
ε＇烟=0.062+1.02×0.048=0.111
取管壁黑度ξ壁=0.8
C导=4.88/(1/ε＇烟+1/ε壁-1)=4.88/(1/0.111+1/0.8-1)
=0.528 KJ/m2h℃
a辐烟= C导【ε烟/ε＇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烟
K= a空a烟/( a烟+ a空)=(44.24×26.75)/(26.75+44.24)=16.67 KJ/m2h℃
八．有效换热面积
A=Q/k△tm=372806.4/(16.67×309)=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=1.1×72.38=79.62 m2
九．换热器的引程
a辐烟= C导【ε烟/ε＇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烟
K= a空a烟/( a烟+ a空)=(44.24×26.75)/(26.75+44.24)=16.67 KJ/m2h℃
八．有效换热面积
A=Q/k△tm=372806.4/(16.67×309)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=1.1×72.38=79.62 m2
九．换热器的引程
a辐烟= C导【ε烟/ε＇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烟
K= a空a烟/( a烟+ a空)=(44.24×26.75)/(26.75+44.24)=16.67 KJ/m2h℃
八．有效换热面积
A=Q/k△tm=372806.4/(16.67×309)=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=1.1×72.38=79.62 m2
九．换热器的引程
Φ60×3.5mm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=80×0.178×1.6=22.784 m2
换热器的引程：M=A/ A＇=79.62/22.784=3.49≈4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)
=(44.24×475+26.75×160)/(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 Φ60×3.5mm
换热管根数 280根
换热管长度 l=1600mm
换热管材质 16Mn