热管型空气预热器设计说明书_刘承.doc

热热管空气管空气预热预热器器设计说设计说明明书书班级： 热能 0801 姓名： 刘承 学号： 0 9 1目目 录录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······················102热热管空气管空气预热预热器器设计设计任任务书务书设计题目：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'110001337.5f fnS片/ m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=0.088m3其热力设计计算和结构设计计算如下：热 力 计 算序 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3202烟气出 口温度t2h℃给出1803烟气定 性温度tfh℃12320 18025022hhtt2504烟气流 量GhNm3/h给出120005烟气定 压比热CphkJ/(kg· ℃)查表附录 5，定性温度1.10956密度h fkg/m3查表附录 5，定性温度0.68257导热系 数fhW/(m· ℃)查表附录 5，定性温度4.425 ×10-28粘度fhkg/(m·s)查表附录 5，定性温度26.36 ×10-69普朗特 数Prh查表附录 5，定性温度0.6610烟气放 出热量QhkW 12000353.411热管传 出热量QckWQh(1-3%)=353.4×(1-3%)342.8一、烟气侧热物性参数及放热量12冷空气 侧实际 活动热 量Qc’kWQc(1-3%)=342.8×(1-3%)332.513空气流 量GcNm3/h给出1080014空气进 口温度t1c℃给出2015空气定 压比热CpckJ/(kg· ℃)以 20℃~160℃温度范围内的平均温度取空气 比热1.009二、空气侧温升 及热物性参数及 对数平均温差16空气出 口温度t2c℃'21332.5 360020103.810800 1.318 1.009ccc ccc fpQttVC103.8417空气侧 定性温 度tfc℃1220 103.8 22cctt61.918空气定 压比热CpckJ/(kg· ℃)查附录 4，103.8℃的空气1.00919空气密 度 c fkg/m3查附录 4，103.8℃的空气0.95620空气导 热系数fcW/(m· ℃)查附录 4，103.8℃的空气3.24× 10-221粘度fckg/(m·s)查附录 4，103.8℃的空气22.08 ×10-622普朗特 数Prc查附录 4，103.8℃的空气0.6823对数平 均温差℃1212216 160 216ln()ln()160mtttt t  186.624标准迎 风速度m/s迎风面速度在 2~3m/s 范围选取2.525烟气侧 迎风面 积Aexhm212000 2.5 3600h h ex NGAw1.3326空气侧 迎风面 积Aexcm21.3327热管热 侧长lhm128迎风面 宽度Em1.33 1h ex hAEl1.3329迎面管 排数B根1.3315.10.088tEBS ，取 161630实际迎 风面宽 度E’m''16hcEE1.40831烟气侧 实际迎 风速度m/s'12000 1.408 3600h N2.3632空气侧 实际迎 风速度m/s'10800 1.408 3600c N2.13三、确定迎风面积以及迎风面管排数33实际迎 风面积Aex’m21.408四、 总传热 系数计 算34管束最 小流通 截面积NFAm20[]tffflB（S-d）-2(ln )=[(0.0880.042)2(0.02 0.0015 133)] 1 16 0.61535热侧最 大质量 流速Gmaxhkg/(m2·h )max12000 0.6825 0.61hh fhGGNFA1342636冷侧最 大质量 流速Gmax ckg/(m2·h )max10800 0.61cc fcGGNFA1692637热侧雷 诺数Refhmax0 613426 0.042Re26.36 103600h h fh fGd594238冷侧雷 诺数Refcmax0 616926 0.042Re22.08 103600c c fc fGd894339热侧流 体换热 系数W/(m2·℃)1 0.6338300.137(Re )(Pr )h fhh ffd12 0.633834.425 100.137(5942)0.660.0423140冷侧流 体换热 系数W/(m2·℃)1 0.6338300.137(Re )(Pr )c fcc ffd12 0.63383100.137(8943)0.660.04229.441热侧翅 片效率22 310.0244 0.0015h fh fh wfhl 0.6142热侧翅 片效率220.020.0015c fc fc wfhl 0.5743热侧翅 片效率W/(m2·℃) 查图 3-710.8344热侧翅 片效率W/(m2·℃) 查图 3-710.8645每米长 热管翅 片表面 积Afm222[2(0.0820.042 )+] 14  1.0946每米长 翅片间 管表面 积Arm20(1)ffdn0.11647每米热 管管外 总表面 积Ahm21.090.11hfrAAA1.248热侧传 热面积Ahhm2Ahh==1.2×11.249冷侧传 热面积Ahcm2Ahc = Ahh1.250传热系 数hHPW/(m· ℃)经验取值 hHPh= hHPc581051热侧有 效换热 系数W/(m2·℃)()31 (0.11 0.83 1.09) 1.2hhhh frff h hhAAA26.252冷侧有 效换热 系数W/(m2·℃)()(0.11 0.86 1.09) 1.2cccc frff c hhAAA27.153热侧污 垢热阻m2·℃/ W查附录 D，选取经验值0.0003 454冷侧污 垢热阻m2·℃/ W查附录 D，选取经验值0.0000 8655金属管 壁热阻m2·℃/ W0.0000 656热侧中 径传热 面积m20.039 1h wd l0.12257热侧内 径传热 面积m20.036 1h id l0.11358总传热 系数W/(m2·℃)11.21.22 0.000060.0003426.20.1221.2 11.2120.079958100.11327.1 12.5五、59加热侧 总传热 面积m23342.8 10 12.5 186.6cHmQ Ut147六、60所需热 管数n’根147122.51.2 1h H Hh HAnAl,取 123123761换热器 纵深管 排数m排'1237.7,816nmB取排8七、62管子总 根数n跟1515151516 16 16 16管子排列 16 4 15 4124n 12463换热器 的净自 由容积NFVm3/m20.866 0.088 0.0880.042422(0.0820.042 )44.5×10 -364容积当 量直径Devhm344 4.5 10 1.2h hNFV A15×10-365热侧雷 诺数Ref’h3 'max 615 1013426Re26.36 103600hh hev fh fDG212266冷侧雷 诺数Ref’c3 'max 615 10Re22.08 103600cc cev fc fDG319467热侧摩 擦系数fh'0.1450.1451.92(Re )1.92 2122hh ff0.6368冷侧摩 擦系数fc'0.1450.1451.92(Re )1.92cc ff0.6069热侧平 均管壁 温度℃3353.4 1025026.2 1.2 124159.470冷侧平 均管壁 温度℃3342.8 1061.927.1 1.2 124146.971热侧壁 温下流 体粘度kg/(m·s)根据壁温查附录得22.9×1 0-6八、热管换热器的压力降72冷侧壁 温下流kg/(m·s)根据壁温查附录得24.0×1 0-68体粘度73通过热 侧的压 降Pa2 0.140.40.6max()()()()2hhhh fhevL hhh cevfwTTGLDSfPg DSS26 0.14 7360.63134260.6126.36 10 2 1.3 1015 100.682522.09 10  3 0.40.615 100.088()0.0880.08812574计算值Lmcos0.088 0.866 8LSm0.6175通过冷 侧的压 降Pa2 0.140.40.6max()()()()2cccc fcevL ccc cevfwTTGLDSfPg DSS26 0.14 7360.60169260.6122.08 10 2 1.3 1015 100.95624.0 10  3 0.40.615 100.088()0.0880.088140.276第一排 管子热 侧传热 量Q1hkW1353.4 8h hm （假设每排管子的传热量相等）44.277第一排 管子传 热面积m21hh hAA 19.278第一排 热管热 侧烟气 粘度f1hkg/(m·s)查附录 5，320℃的烟气28.9×1 0-679第一排 热管烟 气侧导 热系数f1hW/(m· ℃)查附录 5，320℃的烟气5.01×1 0-280第一排 热管热 侧普朗 特数Pr1h查附录 5，320℃的烟气0.6581第一排 热管换 热热侧 雷诺数max0 16 113426 0.042Re28.9 103600h h fh fGd5420九、第一排热管的工作温度82第一排 热管蒸 发段传 热系数1h fhW/(m2·℃)32.9912 0.633835.01 100.1370.650.042。