【正文】 入 熱量輸出 液體在芯網(wǎng)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)力作用下進(jìn)行流動 蒸發(fā)區(qū) 凝結(jié)區(qū) 芯網(wǎng) 蒸汽 5. 加熱段和冷卻段的面積可以人為的調(diào)節(jié)，因而有較強(qiáng)的抗露點(diǎn)腐蝕的能力。 綜上可以總結(jié)出熱管換熱器具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1．傳熱系數(shù)大，尤其是對氣 —— 氣型換熱。每根熱管可以從鍋爐的壓力 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 11 頁 共 43 頁 容器上拆卸，便于檢修，熱管廢熱鋁爐可以做得十分緊湊。在 P= 時，飽和水溫度為 ts=℃，h′′ =則鍋爐有效利用熱量 kg/kJ...hhQ 362 7 6 0=8 6 5832 2 52 7 6 0=′′′=1 鍋爐熱效率 鍋爐的熱效率為 ）（ 65432 ++++100= qqqqq? =100（ +0+0++0） =% 4 熱管 換熱器 在化工等生產(chǎn)領(lǐng)域中最常用的換熱器類型有管殼式換熱器，折流桿換熱器，翅片管式換熱器，板式換熱器，螺旋板式換熱器以及其他非金屬換熱器。 對于額定容量 D≦ 2t/h 的快裝鍋爐，可按下式計算散熱損失 q5 1004650=r5 BQ 式中 F—— 鍋爐的散熱表面積， m2； 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 10 頁 共 43 頁 B—— 燃料消耗量， m3/s； Qr—— 送入鍋爐系統(tǒng)的熱量， kJ/m3。利用煙氣分析的結(jié)果，可以得到此項(xiàng)熱損失。 表 不同排煙溫度下的排煙熱損失 排煙 空氣系數(shù) py? 排煙溫度（℃） 排煙損失 q2（ %） 150 180 150 180 氣體不完全燃燒熱損失 氣體不完全燃燒熱損失 q3系指排煙中未完全燃燒或燃盡的可燃?xì)怏w（如 CO、 HCH4等）所帶走的熱量占送入鍋爐輸入熱的份額。 從上式中可以看出，排煙熱損失隨排煙溫度的升高和空氣系數(shù)的增大而增加。對于一定的燃料，排煙量決定于空氣系數(shù)的大小，而空氣系數(shù)又是和燃燒狀況直接關(guān)系的。 kJ/m3； Qwl—— 用鍋爐系統(tǒng)以外的熱量加熱送入鍋爐的空氣時，相應(yīng)于每立方米燃?xì)馑哂械臒崃浚?kJ/m3； ir—— 燃?xì)獾奈锢盹@熱， KJ/m3。同時，氣體燃料燃燒時，一般沒有固體不完全燃燒現(xiàn)象，即 Q4=0。對燃?xì)忮仩t，一般以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 1m3氣體燃料為基礎(chǔ)計算。 表 回收顯熱量 溫度℃ 20 25 30 35 40 50 60 100 140 kC 煙氣焓 回收顯熱 潛熱回收 在水蒸氣分壓下，查水及水蒸氣物理性質(zhì)表得ρ =，則原天然氣代入水量 m=ρ v= = 103kg。 而由上式計算理論煙氣焓得 t=100℃時， 0yh = kJ/kg； t=200℃時，0yh =,則差值法得 t=180℃時， 0yh = kJ/kg。 理論煙氣焓 )tC(V)tC(V)tVh OHOHNNCOR222222 00O0y ++C= （ = tCO2C+ tCN2+ tCOH2 CCO2,CN2,CH2O—— CO2,N2,H2O 在 壓力下由 0℃至 t℃ 的平均體積熱容； tCO2C ， tCN2 ， tCOH2 —— CO2,N2,H2O 在溫度為 t℃ 時的體積熱焓。 理論煙氣量 0OH0NROg0 222 ++= VVVV 2 . 1 3 38 . 5 0 41 . 0 2 8 ??? = m3/m3 實(shí)際煙氣量 （ 1） 不計天然氣所帶水分進(jìn)入鍋爐燃燒 ，以干天然氣為基礎(chǔ)計算。然后選擇余熱回收換熱器進(jìn)行換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算。 此外 ,由于天然氣燃料含氫量大 ,每產(chǎn)生 10 104kcal 的熱量大約可以生成 18kg水蒸氣 ,比燃煤鍋爐多 2 倍 ,比重油鍋爐多 46 %左右。由于天然氣中雜質(zhì)含量很少 ,基本不存在磨損和結(jié)渣問題 ,可以大幅度地提高受熱面的煙氣流速 ,從而提高鍋爐的整體效率。一般來說 ,現(xiàn)在保溫較好的天然氣鍋爐的效率已經(jīng)可以達(dá)到 90 %左右。常壓下水的汽化溫度是 100 ℃ ,而各種型號的天然氣鍋爐其排煙溫度都在 200 ℃ 以上 ,因此大量的水蒸氣隨煙氣排入大氣 ,對其加以回收利用也可提高鍋爐的熱效率。最后用化工流程模擬軟件 Simsci ProII 軟件對換熱過程進(jìn)行模擬機(jī)設(shè)計優(yōu)化。 實(shí)際水蒸氣體積 H2OV = 0H2OV +( ) 01? V =+（ ） = m3/m3 實(shí)際煙氣體積 ( ) ( )0 .1 6 1+11?+++= 0OHN0ROg 222 VVVVV 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 3 頁 共 43 頁 =+++() = m3/m3 實(shí)際 N2體積 20N 0 .0 1 N+?0 .7 9=2 VV = + = m3/m3 過量 O2體積 ( ) 0O 1?=2 VV = () = m3/m3 實(shí)際煙氣質(zhì)量 ( ) 0wnm 22222y V?0 3 61+1 0 0d+HCn0 4 50+0 . 5 3 6 m+ 0 . 0 8 9 8 H+1 . 2 5 C O+1 . 4 3 O+1 . 2 5 N+SH521+CO961010=M ∑ ..... =[ + 104 + +0+0+0+ + + + + + ]+0+ = + =（ 2） 以濕天然氣為基礎(chǔ)計算 天然氣在進(jìn)入鍋爐時為濕天然氣，且相對濕度 ? =80%，則實(shí)際水蒸氣體積H2OV =+= m3/m3； 煙氣總體積 Vg=+= m3/m3； 天然氣消耗量 供給自來水溫度 t=20℃時，由《水及水蒸氣性質(zhì)表》得， h′ =天然氣燃燒放熱，水吸收熱量生成蒸汽。 理論空氣焓 ttCVh aa00a 9 .4 9 7 C== ）（ taC —— 濕空氣在溫度為 t℃時的煙氣焓。 而煙氣焓 fh0k0yy +1?+= hhhh ）（ 其中（ 1）飛灰焓 hfh 可忽略，近似為 0。 查水及水蒸氣性質(zhì)表，由不同溫度下水蒸氣分壓對應(yīng)的飽和蒸汽分壓，得水在不同溫度下的冷凝量，從而得到回收的潛熱及提高的效率見表 。 鍋爐機(jī)組熱平衡方程的普遍形式為 Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 式中 Qr—— 進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)的熱量； Q1—— 鍋爐系統(tǒng)的有效利用的熱量； Q2—— 排煙帶走的熱量； Q3—— 氣體不完全燃燒（又稱化學(xué)不完全燃燒）損失的熱量； Q4—— 固體不完全燃燒（又稱機(jī)械不完全燃燒）損失的熱量； Q5—— 鍋爐系統(tǒng)向周圍空氣損失的熱量； Q6—— 燃料中灰、渣帶走的熱量。因此，燃?xì)忮仩t的熱平衡方程可簡化為： Qr=Q1+Q2+Q3+Q5 如各項(xiàng)熱量用其占輸入熱量的百分?jǐn)?shù)表示，則熱平衡方程可表示為： q1+q2+q3+q4+q5+q6=100% 式中 %q 100= rii，其中 Qi為每一項(xiàng)熱量。 用鍋爐系統(tǒng)以外的熱量加熱空氣時，隨著這些空氣帶入鍋爐（進(jìn)入空氣預(yù)熱器或直 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 8 頁 共 43 頁 接進(jìn)入鍋爐爐膛）的熱量，計算式為 Qwl= ）（ 0lk0k ′ hh? 式中 ?? —— 進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)的空氣量與理論空氣量之比，若沒有空氣預(yù)熱器， ?? 可用空氣系數(shù) ? 代替； 0kh —— 按理論空氣量計算的進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)空氣的焓， kJ/m3； 0lkh —— 按理論空氣量計算的冷空氣的焓， kJ/m3,在沒有規(guī)定時，冷空氣溫度可取30℃ 。 排煙熱損失 q2可用鍋爐機(jī)組的排煙和冷空氣的焓差計算 100=100= r 0Ikpypyr22 Q I?Iq 式中 Ipy—— 在排煙空氣系數(shù)及排煙溫度下，相應(yīng)于燃燒 1m3燃?xì)馑艧煹撵?， kJ/m3； py? —— 排煙的空氣系數(shù) ； Ilk0—— 在送入鍋爐的空氣溫度下， 1m3燃?xì)馑枰睦碚摽諝忪剩?kJ/m3。在一般鍋爐中，這項(xiàng)損失時所有排煙損失中最大的一項(xiàng)。在設(shè)計計算時，對燃用天然氣、油田伴生氣和焦?fàn)t煤氣的鍋爐，可取 q3=%；對燃用高爐煤氣的高爐，取 q3=1%。由于設(shè)計中假定的為完全燃燒，故該項(xiàng)為零。 上式是按每平方米爐墻表面積 來計算的，只適合小型鍋爐。綜合各種換熱器的換熱效率，結(jié)構(gòu)等因素，可以選用熱管式換熱器和列管式換熱器，兩種換熱器具有各自的優(yōu)點(diǎn)，一下設(shè)計經(jīng)過計算對比兩種換熱器，得出最適合此次天然氣蒸汽鍋爐余熱回收系統(tǒng)的 換熱器類型及設(shè)計。 在能源緊張的今天，很多應(yīng)用電加熱的設(shè)備改用蒸汽或熱水加熱，因此熱管廢熱鍋爐是有競爭能力的，可以用在冶煉爐、焚燒爐和其它工業(yè)排氣的廢熱回收，產(chǎn)生一定壓力的蒸汽。 2．傳熱溫差大。 6. 傳熱面積和管排數(shù)易于增減。 熱管換熱器是把熱管元件置于欲取出輸入熱量的兩介質(zhì)形成一體的換熱器中，其特點(diǎn)是小溫差下船體大熱流；以高熱流密度吸 收熱量，經(jīng)過熱管面以低熱流密度傳過去；可作為溫度控制裝置使用，通過一定的措施，使熱管在近于恒溫下工作；使它在需要時才傳熱，并只在一個方向傳遞熱量。例如，對直徑為 、長度為 300mm 的熱管，與相同尺寸的銅棒相比，當(dāng)從一端向另一端傳到的熱流量均為 100w 時，熱管兩端的溫差只有 1~2℃，而銅棒兩端的溫差達(dá) 600℃左右，這說明熱管的導(dǎo)熱能力是銅棒的數(shù)百倍。當(dāng)工種作液體滲入液芯的毛細(xì)孔時，由于表面張力 ? 的作用，在毛圖 毛細(xì)管作用 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 13 頁 共 43 頁 圖 熱管內(nèi)的壓力分布 (a) 蒸汽及液體的壓力分 （ b）蒸汽流量變化 細(xì)管內(nèi)將形成一個彎月面。熱管內(nèi)工質(zhì)的循環(huán)過程如圖 所示。在蒸發(fā)段，由于液體蒸發(fā)而使氣、液界面在液芯表面向內(nèi)收縮成彎月面，因而蒸氣與液體之間產(chǎn)生式所示的壓差 ? Pq 蒸氣在向冷凝段流動時，由于流動阻力，蒸氣壓力 Pq 將有所減小。因此，冷凝段的液體壓力將高于蒸發(fā)段中液體壓力，靠此壓差 ? P 最為工質(zhì)循環(huán)的動力，與流動阻力的平衡關(guān)系式可寫為： gyq ++= pppp ???? 式中 p? g—— 蒸發(fā)段與冷凝段的幾何靜壓差，對水平管， Δp g=0；對重力式熱管， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 14 頁 共 43 頁 由于冷凝段高于蒸發(fā)段， p? g 為負(fù)，成為循環(huán)的動力。 進(jìn)而根據(jù)以上各式計算工質(zhì)的循環(huán)量為 ????LAKm ?? cos2 如果工質(zhì)的氣化潛熱為 ? h，并且，管芯具有完全濕潤檔（ cosα =1） ， 則每根熱管沿軸向能夠傳遞的熱量為 2==q ?????? hLAKhm 由于工質(zhì)的氣化潛熱大，每根直徑為 50mm 的熱管的熱量輸送能力可大 至 5~6kW，直徑為 25mm的熱管的熱量輸送能力為 2~3kW。在選擇熱管的工質(zhì)時，要盡可能選擇指數(shù) M 較大的物質(zhì)。工作壓力為工質(zhì) 溫度對應(yīng)的飽和壓力。一般與管殼采用相同材質(zhì)。但是，我國銅材較少，價格較貴 ，可考慮采用鋼 — 銅復(fù)合管。 由水及水蒸氣性質(zhì)表查得 20℃水的比熱容 Cp= kJ/(kg/K)， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 16 頁 共 43 頁 則水出口溫度 4160=4140+20=217422 00 36 0014104+20=+′=′′ 222 ....CpQ QTT℃ 工質(zhì)選擇 管內(nèi)估計：煙氣入口處 nTnTTv +1 ′′+′= 21，對于水作為換熱介質(zhì)，取 n=3，則3190=3+1 41603+180=v ..T ℃； 煙氣出口處 527=3+1 203+50=+1 ′+′′= 21 .nTnTTv℃，故對于溫度工作范圍為 5~230℃，選用水作為工作介質(zhì)是合適的。 管殼厚度計算由式 ? ??200 ivdPS? 式中，水 — 鋼熱管換熱的許用壓力 Pv=。 加熱段和冷卻段長度的選擇 由表 ,選取傳熱系數(shù)。 第一排管傳熱面積 ? ? 211010 2 ???????? ??? nLdA 傳熱系數(shù) K0 的選擇 由表 并考慮污垢熱阻的影響，取 K0=130 ?2/mw ℃ 計算對數(shù)平均溫差 煙氣： 180℃ 50℃； 水： ℃ 20℃，逆流換熱； 則 591 1 9=41601 8 0=1 ..T m? ℃， 3020502 ???? mT ℃， 對數(shù)平均溫差 30 2121 ????? ????? LnTTLn TTTmmmm 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 19 頁 共 43 頁 表 不同傳熱過程的污垢熱阻 氣體質(zhì)量流速 氣體傳熱系數(shù)α 2 ? ?smkg ?2/ 3 ? ?smkg ?2/ 4 ? ?smkg ?2/ 5 ? ?smkg ?2/ 氣側(cè)翅化比β