【文章內(nèi)容簡介】 =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。 管材選擇 考慮管材與換熱介質(zhì)相容性，以及熱管管材成本，選用碳鋼鍍層管座管殼。 放置形式和芯結(jié)構(gòu)的選擇 考慮煙道水平布置，故熱管采用立式放置，直接采用重力式無芯熱管。 管結(jié)構(gòu)形式和擴(kuò)張表面的選擇 管徑的選擇：由音速極限確定所需的直徑 ? ? vv ev PQd ??? 取聲速極限的傳熱熱量 Qe=3kw，在 Tv=℃啟動時 kgkJm p aPm v / 4 3 5,0 0 3 6 ,/kg0 2 6 3v ??? ?? 故 ( ) .....d v 217=01 17 20=00 36 700265062435 3541= 21 由攜帶極限確定所需要的直徑 ( ) ( )[ ] 4124141 + 781= vlvl e n tv ??????? 此處攜帶極限的傳熱熱量 Qe=3kw，在 Tv=91℃啟動時 mNkgkJmkgmg v /0 5 7 ,/ 2 2 9,/,/ 33l ???? ???? 故 ? ?? ?? ? 24124141????????????? ??????????vd 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 17 頁 共 43 頁 == 為了安全起見，最后選定管內(nèi)徑 di=20mm。 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=。由對應(yīng)的許用溫度 230℃，選取管殼最大應(yīng)力 ,/14 2m ax mmkN?? 而 ? ? 2m a x / mmkN???? ?? 故 mmmS 3 ?????? ? 為了安全起見，取 S= 管殼外徑 dj=di+2S=20+2 =23mm 煙氣側(cè)采用翅片管，而在水側(cè)采用光管，最后選定的尺寸見表 。 考慮煙氣的腐蝕性，翅片加厚 ?? 。 翅片比 β =（加翅片后表面積） /(原光管表面積 ) = ? ? 1 3223 ??? ????????? ?? ? ?? 表 熱管尺寸表 光管外徑 d0 光管內(nèi)徑 di 翅片外徑 df 翅片高度 H 翅片厚度 ? 翅片間隙 Y 翅片比 β 23mm 20mm 48mm 6mm 估算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 入口質(zhì)量流量的選擇 選用煙氣側(cè)迎風(fēng)面積 A=900 900mm，水側(cè)質(zhì)量流速：Sm/kgVG ll 200=.201 0 0 0== 22 ? ， 此處 取水的速度： S/mV .20=l 。 加熱段和冷卻段長度的選擇 由表 ,選取傳熱系數(shù)。煙氣側(cè) K1=40 β =40 = ?2/mw ℃ 。 水側(cè) w2200= 22 m/K ℃ 則 L 徑 = 92=42622200=12 ..KK 而熱流體溫度 Tmax=180℃ [Tv](熱管工作溫度 )，故不需要計(jì)算熱管安全長度比。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 18 頁 共 43 頁 表 換熱過程的傳熱系數(shù) 外部換熱特點(diǎn) 從管外到管內(nèi)的傳熱系數(shù) K1(K2) 氣體在翅片管外對流 40βw/m2℃ 水在管外對流 2020~3000 w/m2℃ 有機(jī)液體在管外對流 500~1000w/m2℃ 煙氣側(cè)迎風(fēng)面積和第一排管的傳熱面積 迎風(fēng)面寬度取為 ，則迎風(fēng)面積： A1= = 最后選取熱管的長度尺寸如下： 加熱段長度： L1=800mm 冷卻段長度： L2=280mm 傳熱段長度： L0=100mm 總長度 L= L1+ L2+ L0=++= 實(shí)際長度比： ??LL 實(shí)際迎風(fēng)面積 A1= = 實(shí)際迎風(fēng)面積質(zhì)量流速 ( )sm/kg.. .AMG 870=3600720 072253== 2111 取管間距 S1=60mm 第一排管子根數(shù) 15=060 90=1 ..n，取 15 根。 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(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。 熱管叉排以后，氣流擾動度大，溫度邊界層薄，抉熱充分，叉徘時的換熱能力比順排時高 10~20%，而且積灰少，但流動阻力較大，約是順排時的 ~ 倍。在壓降允許的條件下，應(yīng)優(yōu)先采用叉排形式，這樣可以減少熱管的根數(shù)和排數(shù)，減輕熱管式換熱器的重量，減小換熱器的體積。 因此熱管選擇轉(zhuǎn)角正三角形叉排排列，每排 15 根，則總排數(shù)為 N=225/15=15 排 實(shí)際傳熱面積為 2100 =2258000230== m..NLdA ?? 每根管傳熱量 kw..NQ 4630=225 1014104= 3 水側(cè)管程選 擇 每管程所需流通面積 23222 10=36001500 2200=3600= mG MA 選取每 1 排管作為一個水流動的管程，即在水邊分 15 個管程，每個管程的流通面積為（ ） = 水的實(shí)際質(zhì)量流速 sm/kg.. MG =3600010 2200=3600010= 211 精確計(jì)算 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 20 頁 共 43 頁 中點(diǎn)溫度及煙氣和水的物性參數(shù) 煙氣側(cè)平均溫度 ( ) ( ) 115=50+18021=′′+′21=211 TTT℃ ， 在此溫度下查煙氣物理性質(zhì)參數(shù)得： 密度 ρ =， 比熱 Cp1= ?kg/kJ ℃ , 導(dǎo)熱系數(shù) ?? m/? ℃， 粘度 smkg ??? ? / 61? ， 普朗特?cái)?shù) ? 。 水側(cè)平均溫度 ( ) ( ) 240=4160+2021=21=222 ..″+T′TT℃ ，在此溫度下查水物理性質(zhì)參數(shù)得： 密度 3m/?? ， 比熱容 Cp2=℃ 導(dǎo)熱系數(shù) m/ ?? ℃ 粘度 sm/ 106530= 32 普朗特?cái)?shù) 134=2 .Pr 煙氣側(cè)管外放熱系數(shù)計(jì)算 煙氣側(cè)最小流通面積 Amin= 10 10868002 .Hσ = = 故煙氣最大流速 smkg221=36 005120 0722 53= 211 /.. .AG=G m i nm ax 由此計(jì)算翅片外表面煙氣側(cè)的放熱系數(shù) 208081718011 ma x0011 HrPrMGdd13 780=′? ... ? = 20 6 ?????????????? ??? ? =℃ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 21 頁 共 43 頁 2mW5 5 41 7 2=8505661 2 531= /....βη′= ?? 11 ℃ 此處取翅片效率 850= .η 水側(cè)放熱系數(shù) 最小流通面積 2m0 3 1 10=2802= ...′A m i n ）（ 則最大的水質(zhì)量流速 =360003110 2200= 222 /.′AM=G m i nm a x 由此計(jì)算冷凝段水繞流光管的放熱系數(shù)： 30601m a x20022 PrGdd330=?... ?? = 3 ??????? ?????????? ? = =℃ 管壁熱阻 鋼管導(dǎo)熱系數(shù) 2W45= m/λw ℃ 則 2510573=0200 0230542 0230=2 m...Ln..ddLnλwd i00℃ /w 傳熱系數(shù) 圬12211 +RLL?+LLddLnλwd+ddLnλwd+?=K 21221i00i0010 = 1 55 ???????? ?? = 103+ 103+ 103+ 103+ =℃ /W 則 K0=℃ 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 取水流速度 v=,水流體積流速 V= s/.2m210002200 3? 則接口管徑 mm...vVd0 62=0620=203600 224=3600 4= ?? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 22 頁 共 43 頁 查取國家標(biāo)準(zhǔn)《公稱口徑》，取接管公稱直徑 d0=70mm，外徑 D=，管壁厚?? 最終確定的熱管結(jié)構(gòu)及尺寸見附圖紙。 結(jié)構(gòu)示意圖見下圖 。 6 列管式換熱器 列管式換熱器是目前化工及酒精 生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另 種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程 。 列管式換熱 器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來分，主要 有： 固定管板式換熱器 ， 浮頭式換熱器 ， 填料函式換熱器 ， U 型管式換熱器 。 列管換熱器是目前化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的換熱設(shè)備，它主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積具有的換熱面 積 大， 傳熱效果好 ， 結(jié)構(gòu)簡單、操作彈性大。同時它還可用幾種材料制造、適用性廣。因此，在 高溫，高壓和大型裝置上被廣泛應(yīng)用。 由以上介紹可以看出 列管換熱器 的 主要特點(diǎn)： 1．耐腐蝕性：聚丙烯具有優(yōu)良的耐化學(xué)品性，對于無機(jī)化合物，不論酸，堿、鹽溶液，除強(qiáng)氧化性物料外，幾乎直到 100℃ 都對其無破壞作用，對幾乎所有溶劑在室溫下均不溶解，一般烷、徑、醇、酚、醛、酮類等介質(zhì)上均可使用。 2．耐溫性：聚丙烯塑料熔點(diǎn)為 164174℃ ，因此一般使用溫度可達(dá) 110125℃ 。 3．無毒性：不結(jié)垢，不污染介質(zhì)，也可用于食品工業(yè)。 4．重 量輕：對設(shè)備安裝維修極為方便。 列管式換熱器換熱計(jì)算 圖 氣 — 液熱管換熱器機(jī)構(gòu) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 23 頁 共 43 頁 換熱器型式的選擇 選擇換熱器的型式應(yīng)根據(jù)操作溫度、操作壓力，冷、熱兩流 體的溫度差，腐蝕性、結(jié)垢情況和檢修清洗等因素進(jìn)行綜合考慮。在此次設(shè)計(jì)中， 兩流體 水和煙氣 的溫度差較小，又較清潔，不需經(jīng)常檢修，可選結(jié)構(gòu)較簡單的固定管板式換熱器。否則，可考慮選擇浮頭式換熱器。從經(jīng)濟(jì)角度看，只要工藝條件允許，一般優(yōu)先選用固定管板式換熱器。 ．流體流人空間的選擇 在列管式換熱器設(shè)計(jì)中，哪一種流體走管程，哪一種流體走殼程，需要合理安排，一般 考慮一下原則： ，如對固定管板式換熱器宜走管程；對U形管式換熱器宜走殼程。 ，以免殼體和管子同時受到腐蝕。 ，因管子直徑較小，承壓能力強(qiáng)，也避免采用耐壓的殼體。 ，因管程流通截面積一般較?。乙子诓捎枚喑探Y(jié)構(gòu)以提高流速。 ，可減少熱量 (或冷量 )的損失。 ，便于排除冷凝水。 ，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器 ，傳熱膜系數(shù)大的流體宜走殼程，因壁溫接近于傳熱膜系數(shù)大的流體溫度，以減小管壁與殼壁的溫差，減小溫差應(yīng)力。 ，因流體在有折流擋板的殼程流動時，其流速和流向不斷變化，在較低的雷諾數(shù) (Re＞ 100)下，即可達(dá)到湍流，可提高傳熱效果。 上述原則有時互相矛盾，在實(shí)際選擇時往往不能同時滿足，應(yīng)抓住主要矛盾，視具體情況而定。 在此次設(shè)計(jì)中，兩種換熱介質(zhì)為高溫?zé)煔夂屠鋮s水，煙氣中會有冷凝水生成排出，且具有一定的腐蝕性；可以通過變化水流速度改變傳熱效果，且較清潔。因此選族水走管程，煙氣走殼程。 流向的選擇