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1、0关于相变锅炉换热计算锅炉原理:相变锅炉是依靠热媒介质的沸腾蒸发与冷凝的相变过程，将热量传递输出的一种换热设备,即在锅炉的锅筒的蒸汽空间中加装二次回路的热交换管束而成的，锅内管束间接地加热向外供热的热水，此时加热水的热量由管束外锅筒中的蒸汽提供，锅筒中蒸汽（湿蒸汽）在受到管束的冷却后发生冷凝，即产生相变，放出汽化潜热将热量向外传递，冷凝后凝结水又在蒸发器中蒸发汽化这样周而复始不断向外输送热量。利用蒸汽冷凝（相变）时的强烈换热，使二次回路的管束受热面大量减小，是相变锅炉经济性的基础。利用有相变时流体吸收或放出汽化潜热，对于同一流体，其汽化潜热要比比热容大得多，所以有相变时的对流换热表面的传热系数
2、比无相变时大。另外对于真空相变换热的另外一个好处就是可以在低温差下就可以进行传热。另外相变锅炉内的相变介质水经过除氧，水处理等环节，在系统循环中不易出现结垢现象，特别适用于水质差的地区供热需求。但对在工业条件下凝结工质中可能还混有一些其他饱和温度较低的气体，如在真空下工作的真空锅炉，周围的空气会漏到锅炉的气空间内，空气在锅炉工作温度下是不会凝结的，被称为不凝结气体，或者由于锅炉在开始工作前由于抽真空时没有把空气抽的彻底，造成炉内混有一定量的不凝结气体。当蒸汽中含有不凝结性气体时，在液膜表面附近将会积聚包覆一层不凝结气体，这会大大降低凝结表面传热系数。根据试验证明当水蒸汽中即使只含有质量分数为
3、1%的空气时，表面传热系数值将会下降 50%之多。因此在真空锅炉上都应装有抽气装置，以避免凝结工况恶化，这是必须注意的事项。锅炉内与火直接接触的换热面面积的计算这里不再计算，下面针对冷凝换热器在汽空间的传热过程进行设1计计算，以确定换热器的换热面积和换热管的长度，以及换热管直径的大小：设计已知条件为：锅炉的换热量 =0.70MW,冷水进口温度 t1=60, 冷水出口温度 t1=80；锅炉内绝对压力为 0.08MPa,管程内压力为 1.6MPa,换热管的规格为 19x2mm,材质为普通碳素钢，然后根据已知条件求出需要的换热面积和管程长度。真空热水锅炉的结构是下半部结与普通锅炉一样，由燃烧室与传热
4、管组成，其下半部装有热媒水（炉水） ，上部为真空汽室，其中插入了直管型热交换器。锅炉启动后燃料燃烧产生的大量热能传递给炉内的热媒体，使炉水在炉内蒸发成蒸汽，这些蒸汽与热交换器在真空内进行交换后凝结成水再回到热媒介中继续吸热，依此往复进行。（相变锅炉原理图）解：分析已知量可能查得 0.08MPa 绝对压力下的饱和蒸汽温度 tb=93.5,换热管的外径 d2=19mm, 换热管的内径 d1=15mm,管程内水流速按 u=1m/s 计算，2（1）单程管束所需的根数 n:根据 =cq m(t1- t 1)查表得 c=4.238kJ/(kg.K)qm= )/(258.)608(23.47)(1/ skg
5、tc根据流量、换热管直径和管程流速求所需单程管束的根数,单根换热管流通面积s：s=d 2/4 查表绝对压力 1.6MPa 下水的密度 =977.8(kg/m 3)根据 qm =n ud 2/4 得出：n= 规整为 48（根）8.47015.146.389742 换热管板管子布置图按下面布置：（2）传热系数 k换热管内的对流换热的表面传热系数 h1根据设定已知条件求水的物理性值：水的平均温度即定性温度tf=( t1+t 1)/2=(60+80)/2=70 据此查得水的物理性值： f=68.510-2 W/(m.K)、Pr=1.563 f=0.41510-6 (m2/s) 、 f= 406.110
6、-6kg/(m.s)、 w=35510-6 kg/(m.s)判断流态Ref =ud1 / f = 流动属于紊流。Pr=1.56 在 0.712046102.31045.之间9.1256.1)062.3(.PrRe23. 4.08.44.08. NuRtlfff h1= kmwdf 2/7.51.69水平管束外冷凝换热系数 h2根据设计已知条件在绝对压力 0.08MPa 下的汽化潜热 r=2273.6(kJ/Kg)，凝结液的密度 l=963.4 Kg/m3 ,导热系数 l=68.110-2W/(m.K),动力粘度 1为 310.310-6 Kg/(m.s),绝对压力下的饱和温度为 93.5,换热
7、管壁面温度为（93.5+70）/2=81.75，在竖直方向上的平均管排数按设计布置为 10 根。h=4/16 3224/132 )75.89(01.1300.643.278.975.)(75.0 tdngrwsmll=1752.3w/m2.k根据设计已知条件换热管的热导率 49.8 W/(m.K)根据公式 k= 3.17520.9ln8421.05.75619ln2121 hdh=1186 w/(m2.k)(3)传热面积 A根据已知设计条件求平均传热温差 t m4t m= =22.03 805.936ln).().(ln)()(21ttsssA= =26.79 m203.867tmk(4)求管程长度 L根据公式 A=ndL 得出L= m675.4019.46.3827dnA（5）验证设计的合理性根据管程内水流速和管子的当量直径大小，管子的摩擦阻力系数，管子的长度等条件计算换热器的流动阻力，如果阻力太大应重新设计计算。郑州超懒锅炉制造有限公司任我学2010.4.15
