【正文】 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(jì) 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(jì)算 天然氣在進(jìn)入鍋爐時(shí)為濕天然氣，且相對(duì)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(shí)，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。 而煙氣焓 fh0k0yy +1?+= hhhh ）（ 其中（ 1）飛灰焓 hfh 可忽略，近似為 0。 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。 用鍋爐系統(tǒng)以外的熱量加熱空氣時(shí)，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(jì) 第 8 頁 共 43 頁 接進(jìn)入鍋爐爐膛）的熱量，計(jì)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(jì)算的進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)空氣的焓， kJ/m3； 0lkh —— 按理論空氣量計(jì)算的冷空氣的焓， kJ/m3,在沒有規(guī)定時(shí)，冷空氣溫度可取30℃ 。在一般鍋爐中，這項(xiàng)損失時(shí)所有排煙損失中最大的一項(xiàng)。由于設(shè)計(jì)中假定的為完全燃燒，故該項(xiàng)為零。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(jì)經(jīng)過計(jì)算對(duì)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(jì)。 2．傳熱溫差大。 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(shí)才傳熱，并只在一個(gè)方向傳遞熱量。當(dāng)工種作液體滲入液芯的毛細(xì)孔時(shí)，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(jì) 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(gè)彎月面。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(dòng)時(shí)，由于流動(dòng)阻力，蒸氣壓力 Pq 將有所減小。 進(jìn)而根據(jù)以上各式計(jì)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(rùn)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。工作壓力為工質(zhì) 溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力。但是，我國(guó)銅材較少，價(jià)格較貴 ，可考慮采用鋼 — 銅復(fù)合管。 管殼厚度計(jì)算由式 ? ??200 ivdPS? 式中，水 — 鋼熱管換熱的許用壓力 Pv=。 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(jì)算對(duì)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(duì)數(shù)平均溫差 30 2121 ????? ????? LnTTLn TTTmmmm 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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 40 ?2/mw ℃ 50 ?2/mw ℃ 60 ?2/mw ℃ 70 ?2/mw ℃ 5 140 170 200 230 10 250 300 340 380 16 340 400 450 490 20 420 380 530 580 估算傳熱面積 23000 mTQA ?? ???? 管子根數(shù)及排數(shù) 管子根數(shù) ????? ?? LdAn根 考慮設(shè)計(jì)余量 ，選取 n=225 根。所需材質(zhì) ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。 3．無毒性：不結(jié)垢，不污染介質(zhì)，也可用于食品工業(yè)。 ，因管子直徑較小，承壓能力強(qiáng)，也避免采用耐壓的殼體。因此選族水走管程，煙氣走殼程。另外，選擇高的流速使管子數(shù)目減少，對(duì)一定的傳熱面積，不得不采用較長(zhǎng)的 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 24 頁 共 43 頁 管于或增加程數(shù)。 而此次設(shè)計(jì)冷熱流體溫度差距較大，且對(duì)進(jìn)鍋爐水的清潔要求，不選用加熱劑和冷卻劑。為阻止垢層的形成，常在冷卻水中添加阻垢刑和水質(zhì)穩(wěn)定刑。 則 A=? = 換熱管規(guī)格的選擇 換熱器中最常用的管子有 mmmm 219 ?? 和 mmmm ?? 兩種規(guī)格。但是程數(shù)過多，導(dǎo)致廣成流體阻力加大，增加動(dòng)力費(fèi)用；同時(shí)會(huì)使平均溫度差下降；此外，分程隔板使管板上可利用的面積減小。 8 余熱回收流程 考慮進(jìn)入換熱器水的流量要保證進(jìn)入鍋爐的流量滿足生產(chǎn) 2 噸蒸汽，而且保證換熱器內(nèi)水側(cè)湍流，以及系統(tǒng)連續(xù)補(bǔ)水，從而確定最佳煙氣余熱回收方案如下： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 29 頁 共 43 頁 在鍋爐余熱回收原理圖中，在煙道上布置列管式換熱器，且整組換熱器 由三個(gè)集箱組成，各集箱內(nèi)有 34 根換熱管，管列布置情況見圖 。 化工模擬過程的最優(yōu)化設(shè)計(jì) 是 個(gè)系統(tǒng)合成問題，需要按照設(shè)計(jì)要求合成出化工流程的結(jié)構(gòu)，這比系統(tǒng)分析和模擬復(fù)雜的多。 Aspen Plus 是一種廣泛應(yīng)用于化工過程的研究開發(fā)，設(shè)計(jì)，生產(chǎn)過程的控制，優(yōu)化及技術(shù)改造等方面的性能優(yōu)良的軟件。產(chǎn)品的 PROVISION圖形用戶界面 GUI), 提供了 一個(gè)完全交互的、基于 Windows 的環(huán)境，無論是對(duì)于建立簡(jiǎn)單的，還是復(fù)雜的 PRO/II 模型，它都是理想的環(huán)境。 換熱模擬過程 已知條件：煙氣流量 1817m3/h，煙氣進(jìn)口溫度 180℃ ，水進(jìn)口溫度 20℃ ，換熱器傳熱系數(shù) (m2℃ )。但煙氣出口溫度降低幅度較水出口溫度降低幅度小，故可以在滿足系統(tǒng)循環(huán)水流量條件下，減小通入水流量。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是各方面已學(xué)知識(shí)的綜合，并且與實(shí)際結(jié)合緊密。提升了自己的能力。 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中， 王 老師給我們提供了很大的幫助。 0ah 理論空氣焓 taC 煙氣焓。 其次感謝和我一起生活學(xué)習(xí)的 朋友和 同學(xué)，當(dāng)我對(duì)以往學(xué)過的知識(shí)產(chǎn)生模糊時(shí)是他們給與我準(zhǔn)確的答案，并且 一起研究我們?cè)O(shè)計(jì)的課題，發(fā)表自己的思路和方法 。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)給我?guī)淼牟粌H僅是知識(shí)方面的收益，帶給我更多的是人生經(jīng)歷，使我的思維更加成 熟嚴(yán)謹(jǐn)。 在接到自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目時(shí)，只是新奇，不知道從何處下手。其中 也 遇到 了很多 問題 ： 1．專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)打的不牢固 ， 如天然氣鍋爐燃燒，熱管結(jié)構(gòu)，在開始進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 無從下手， 不知道我要設(shè)計(jì)的順序是怎樣的，只是在老師的引導(dǎo)下一步一步的設(shè)計(jì)最后明白自己的設(shè)計(jì)思路 。 2．進(jìn)水流量 4000kg/h, 假設(shè)不同煙氣出口溫度 建立的模型如下圖： E1E2 E3G ASS2 S1 S3S4S5S6S7 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 33 頁 共 43 頁 模型建立并運(yùn)行正確后，輸入不同的煙氣出口溫度得到不同的換熱面積及冷凝水量，結(jié)果見下表 : 煙氣出口溫度 ℃ 所需換熱面積 m2 冷凝水量 kg 水出口溫度 ℃ 140 0 100 0 60 0 50 40 35 —— 30 —— 25 —— 20 —— 注：換熱模擬軟件模擬煙氣出口溫度最低為 ℃ ，水出口溫度為 ℃ 。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 31 頁 共 43 頁 以下為軟件模擬換熱情況流程： 1． 繪制流程圖。由美國(guó) AspenTech 公司 80 年代初推向市場(chǎng)，它用嚴(yán)格和最新的計(jì)算方法，進(jìn)行單元和全過程的計(jì)算，為企業(yè)提供準(zhǔn)確的單元操作模型，還可以評(píng)估已有裝置的優(yōu)化操作或新建，改建裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)?；ち鞒棠M在化工優(yōu)化設(shè)計(jì)中是十分重要的基本環(huán)節(jié)。左側(cè)水箱浮球閥通過控制自來水流量控制水箱液面高度。 換熱 計(jì)算 估算傳熱系數(shù) 煙氣側(cè)的平均溫度為 T1= =)+(18021=21 )′+T′（T21℃ 該溫度下 煙氣 的物性參數(shù)為：導(dǎo)熱系數(shù)為 λ 1=℃ 粘度 μ 1= 106kg/ms 普朗特?cái)?shù)為 Pr1= 水的平均溫度為 35=50)+(2021=21 )″+T″(T=T212℃ 該溫度下 水 的物性參數(shù)為：導(dǎo)熱系數(shù)為 λ 2=℃ 粘度 μ 2= 103kg/ms 普朗特?cái)?shù)為 Pr2= 單箱換熱器的實(shí)際傳熱面積為： =6 .5 60 .90 .0 2 534= ?L β=n πnS 00 放氣孔 圖 單機(jī)箱列管換熱器 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 27 頁 共 43 頁 對(duì)數(shù)平均溫差 6682=548130Ln2056850180= ...ΔTΔTLn ΔΔΔT=ΔT2121M）（）（℃ 則單箱換熱器的總傳熱系數(shù)為 W777=66829113 103489= 3 ... .ΔTS Q=Km00 核算總傳熱系數(shù) 1. 管程對(duì)流傳熱系數(shù) ? 1 ? 1= 0. 40. PrRedλi = ??? =℃ 2. 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 煙氣側(cè)流通面積 Amin= = 煙氣最大流速 G1max= smkg261=36004950 072253= 2/.. .AGm i n1 由于 列 管為叉排，故當(dāng)量直徑為 m0920=90102+490 49504=4= ... .de 潤(rùn)濕周邊流通截面積 雷諾數(shù)為 978260=10417 2412610920=6 .. ...μde u ρ=Re 0 因?yàn)?Re0 在 2020~1000000 范圍內(nèi)，則可用以 下公式計(jì)算 ? 0 ?31550360= PrRedλ.? 由于煙氣被冷卻，取 ? =1 ????? = =℃ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 28 頁 共 43 頁 取翅片效率為 η = 則 ??0 = 0? ηβ = =℃ 3. 換熱器傳熱系數(shù) 管外側(cè)污垢熱阻 R0=℃ /W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 Ri= m2℃ /W 管子采用碳鋼，導(dǎo)熱系數(shù)為 w? =45m2℃ /W 則ii0i0imm0