热管型空气预热器设计说明书刘承_动视

热管型空气预热器设计说明书刘承

2025-09-27 23:43:05 责编:小OO

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热管空气预热器

设计说明书

班级：热能0801

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学号： 0 9

热管空气预热器设计任务书························2

热管空气预热器热力计算··························3

热管空气预热器结构设计计算······················10

热管空气预热器设计任务书

设计题目：热管空气预热器的设计

设计要求：烟气、空气为清洁气体，不含任何杂质，烟气成分按标准烟气进行计算

设计参数：烟气进口温度 t1h = 320℃ ；

烟气出口温度 t2h = 180℃ ；

空气进口温度 t1c = 20℃ ；

烟气流量（标准状况） Gh=12000 Nm3/h；

空气流量（标准状况） Gc=10800 Nm3/h;

烟气标况下的密度 fh =1.295kg/m3；

空气标况下的密度 fc=1.293 kg/m3

选用水为热管工质，管壳材料为20号锅炉无缝钢管，翅片材料为低碳钢，翅片与管壳连接方式为高频焊接。这种热管的参数为:

光管外径do=0.042m；热管内径di=0.036m；

翅片高度lf=0.020m；翅片厚度f =0.0015m；翅片间距 sf=6mm ；翅片节距sf’= sf + f=0.006+0.0015=0.0075mm；

每米热管长的翅片数

热管换热器管子排列形式为等边三角形排列，如图，横向管子中心距ST=0.088m；SL=ST=0.088m。

其热力设计计算和结构设计计算如下：

热力计算
一、烟气侧热物性参数及放热量	序号	项目	符号	单位	计算公式	数值	备注
	1	烟气进口温度	t1h	℃	给出	320
	2	烟气出口温度	t2h	℃	给出	180
	3	烟气定性温度	tfh	℃		250
	4	烟气流量	Gh	Nm3/h	给出	12000
	5	烟气定压比热	Cph	kJ/(kg·℃)	查表附录5，定性温度	1.1095
	6	密度		kg/m3	查表附录5，定性温度	0.6825
	7	导热系数	fh	W/(m·℃)	查表附录5，定性温度	4.425×10-2
	8	粘度	fh	kg/(m·s)	查表附录5，定性温度	26.36×10-6
	9	普朗特数	Prh		查表附录5，定性温度	0.66
	10	烟气放出热量	Qh	kW		353.4
	11	热管传出热量	Qc	kW	Qh(1-3%)=353.4×(1-3%)	342.8
	12	冷空气侧实际活动热量	Qc’	kW	Qc(1-3%)=342.8×(1-3%)	332.5
二、空气侧温升及热物性参数及对数平均温差	13	空气流量	Gc	Nm3/h	给出	10800
	14	空气进口温度	t1c	℃	给出	20
	15	空气定压比热	Cpc	kJ/(kg·℃)	以20℃~160℃温度范围内的平均温度取空气比热	1.009
	16	空气出口温度	t2c	℃		103.8
	17	空气侧定性温度	tfc	℃		61.9
	18	空气定压比热	Cpc	kJ/(kg·℃)	查附录4，103.8℃的空气	1.009
	19	空气密度		kg/m3	查附录4，103.8℃的空气	0.956
	20	空气导热系数	fc	W/(m·℃)	查附录4，103.8℃的空气	3.24×10-2
	21	粘度	fc	kg/(m·s)	查附录4，103.8℃的空气	22.08×10-6
	22	普朗特数	Prc		查附录4，103.8℃的空气	0.68
	23	对数平均温差		℃		186.6

三、确定迎风面积以及迎风面管排数	24	标准迎风速度		m/s	迎风面速度在2~3m/s范围选取	2.5
	25	烟气侧迎风面积	Aexh	m2		1.33
	26	空气侧迎风面积	Aexc	m2		1.33
	27	热管热侧长	lh	m		1
	28	迎风面宽度	E	m		1.33
	29	迎面管排数	B	根	，取16	16
	30	实际迎风面宽度	E’	m		1.408
	31	烟气侧实际迎风速度		m/s		2.36
	32	空气侧实际迎风速度		m/s		2.13
	33	实际迎风面积	Aex’	m2		1.408
四、总传热系数计算	34	管束最小流通截面积	NFA	m2	=	0.61
	35	热侧最大质量流速	Gmaxh	kg/(m2·h)		13426
	36	冷侧最大质量流速	Gmaxc	kg/(m2·h)		16926
	37	热侧雷诺数	Refh			5942
	38	冷侧雷诺数	Refc			43
	39	热侧流体换热系数		W/(m2·℃)		31
	40	冷侧流体换热系数		W/(m2·℃)		29.4
	41	热侧翅片效率				0.61
	42	热侧翅片效率				0.57
	43	热侧翅片效率		W/(m2·℃)	查图3-71	0.83
	44	热侧翅片效率		W/(m2·℃)	查图3-71	0.86
	45	每米长热管翅片表面积	Af	m2		1.09
	46	每米长翅片间管表面积	Ar	m2		0.11
	47	每米热管管外总表面积	Ah	m2		1.2
	48	热侧传热面积	Ahh	m2	Ahh==1.2×1	1.2
	49	冷侧传热面积	Ahc	m2	Ahc = Ahh	1.2
	50	传热系数	hHP	W/(m·℃)	经验取值hHPh= hHPc	5810
	51	热侧有效换热系数		W/(m2·℃)		26.2
	52	冷侧有效换热系数		W/(m2·℃)		27.1
	53	热侧污垢热阻		m2·℃/ W	查附录D，选取经验值	0.00034
	54	冷侧污垢热阻		m2·℃/ W	查附录D，选取经验值	0.000086
	55	金属管壁热阻		m2·℃/ W		0.00006
	56	热侧中径传热面积		m2		0.122
	57	热侧内径传热面积		m2		0.113
	58	总传热系数		W/(m2·℃)		12.5

五、	59	加热侧总传热面积		m2		147
六、	60	所需热管数	n’	根	,取123	123
七、	61	换热器纵深管排数	m	排		8
七、	62	管子总根数	n	跟		124
八、热管换热器的压力降	63	换热器的净自由容积	NFV	m3/m		4.5×10-3
		容积当量直径	Devh	m		15×10-3
	65	热侧雷诺数	Ref’h			2122
	66	冷侧雷诺数	Ref’c			3194
	67	热侧摩擦系数	fh			0.63
	68	冷侧摩擦系数	fc			0.60
	69	热侧平均管壁温度		℃		159.4
	70	冷侧平均管壁温度		℃		146.9
	71	热侧壁温下流体粘度		kg/(m·s)	根据壁温查附录得	22.9×10-6
	72	冷侧壁温下流体粘度		kg/(m·s)	根据壁温查附录得	24.0×10-6
	73	通过热侧的压降		Pa		125
	74	计算值	L	m		0.61
	75	通过冷侧的压降		Pa		140.2
九、第一排热管的工作温度	76	第一排管子热侧传热量	Q1h	kW	（假设每排管子的传热量相等）	44.2
	77	第一排管子传热面积		m2		19.2
	78	第一排热管热侧烟气粘度	f1h	kg/(m·s)	查附录5，320℃的烟气	28.9×10-6
	79	第一排热管烟气侧导热系数	f1h	W/(m·℃)	查附录5，320℃的烟气	5.01×10-2
	80	第一排热管热侧普朗特数	Pr1h		查附录5，320℃的烟气	0.65
	81	第一排热管换热热侧雷诺数				5420
	82	第一排热管蒸发段传热系数		W/(m2·℃)		32.9
	83	第一排管子有效传热系数		W/(m2·℃)		27.8
	84	第一排热管热侧壁温		℃		237.2
	85	第一排管子冷侧传热量	Q1c	kW	（假设每排管子的传热量相等）	41.6
	86	第一排管子冷侧传热面积		m2		19.2
	87	热管冷侧空气粘度	f1c	kg/(m·s)	查附录4，103.8℃的空气	22.1×10-6
	88	第一排热管空气侧导热系数		W/(m·℃)	查附录4，103.8℃的空气	3.24×10-2
		第一排热管冷侧普朗特数			查附录4，103.8℃的空气	0.688
	90	第一排热管换热冷侧雷诺数				35
	91	第一排热管冷凝段传热系数		W/(m2·℃)		29.8
	92	第一排管子有效传热系数		W/(m2·℃)		26
	93	第一排冷侧管热侧壁温		℃		187.1
	94	第一排管子工作温度		℃		212.2

十、末排热管管壁温度	95	末排排管子热侧传热量		kW	（假设每排管子的传热量相等）	44.2
	96	末排管子传热面积		m2		19.2
	97	末排热管热侧烟气粘度		kg/(m·s)	查附录5，180℃的烟气	23.7×10-6
	98	末排热管烟气侧导热系数		W/(m·℃)	查附录5，180℃的烟气	3.83×10-2
	99	热侧普朗特数			查附录5，180℃的烟气	0.68
	100	末排热管换热热侧雷诺数				6609
	101	末排热管蒸发段传热系数		W/(m2·℃)		29.0
	102	末排管子有效传热系数		W/(m2·℃)		24.5
	103	末排热管热侧壁温		℃		79.8
十一、校核	105	管壁材料许用应力		MPa	查附录8,20号钢GB8163，工作温度320℃	80.6
	106	工作温度下饱和压力	p	MPa	查附录7，工作温度212.2℃	1.99
	107	工作最大压力		MPa	,安全	12.4

结构设计
	序号	项目	符号	单位	计算公式	数值	备注
一、热管元件的基本选择	1	基管外径	do	mm	根据表3-10选取，423	42
	2	管壁厚度		mm	根据表3-10选取，423	3
	3	翅片外径		mm		82
	4	翅片高度		mm	根据表3-10选取,	20
	5	翅片厚度		mm	根据表3-10选取	1.5
	6	翅片间距		mm	根据表3-10选取	6
	7	横向管子中心距		mm	已选取	88
	8	纵向管子中心距		mm		88
二、换热器基本结构尺寸	9	热侧迎风速度		m/s	已算出	2.36
	10	冷侧迎风速度		m/s	已算出	2.13
	11	热侧迎风面积		m2		1.408
	12	冷侧迎风面积		m2		1.408
	13	迎风面宽度	E	m	已算出	1.408
	14	第一排热管数	B	跟	已算出	16
	15	加热段长度		m	已算出	1
	16	冷凝段长度		m	已算出	1
	17	中间隔板厚度		mm		30
	18	预留安装段		mm	上下端各预留	35
	19	热管总长	l	mm		2100
	20	换热器箱体宽度	a	mm		1590
	21	换热器总高度	H	mm		2200
	22	气体流向深度	L	mm		609.7
	23	换热器箱体长度	b	mm		791.7

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