换热器的计算举例

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1、换热器的计算举例换热器的计算举例条件:1. 空气量 4100m3/h2. 空气预热温度t空=300 0C （冷空气为20 0C）3. 烟气量V 烟二6500m3/h （烟气温度为7000C）4. 烟气成分（体积）CO2 H2o O2N219.4 7.5 2.1 71.05. 换热器的型式及材质 型式：直管形平滑钢管换热器材质：换热管采用60*3.5毫米无缝钢管 材质16M n钢最高使用温度小于4500C计算举例：一. 主要热之参数的确定1. 入换热器空气的温度t 空=200C 出换热器空气的温度f空=3000C2. 入换热器空气量取换热器本身的漏损及管道漏损 3%则 V 真实=1.03 V 空

2、=1.03x4100=4223m/h或 V空=1.03V 空/3600=4223/3600=1.17m/s3. 入换热器烟气的温度考虑16M n铜的最高温度不大于450弋。初步确定入换热器的 烟气温度t烟=550弋，稀释导数确定如下：烟气700弋的比热为：C 烟（700）=0.01 （ 0.501x19.4+0.392x7.5+0.342x2.1+0.325x71 ） =0.365KJ/m3C烟气在550C的比热为：C 烟( 500 ) =0.01(0.484x19.4+0.383x7.5+0.337x2.1+0.321x71) =0.358 KJ/mC20C空气的比热为0.311 KJ /m

3、3C则申=(i1-i2 ) /(i2-i0 )=(0.365x700-0.385x550)/(0.358x550-0.311x20) =0.3094. 入换热器的烟气量V烟 =(1+申)V烟=(1+0.309)x6500=8508.5m3/h或V 烟二8508.5 / 3600=2.36m3 / s5. 烟气成分(%)V CO2= VCO2(V烟/V 烟)=19.4x6500/8508.5 = 14.82V H20二VH2O(V烟/V 烟)=7.5x6500/8508.5 = 5.73V O2= (VO2+21甲)V烟/V 烟=(2.1+21x0.309)x6500/8508.5=6.56V

4、N2= (VN2+79甲)V烟/V 烟=(71+79x0.309)x6500/8508.5=72.891=1006. 计算换热气的烟气温度取换热气绝热效率n换=0.90.先假定烟气出口温度为400C。 烟气入口温度为550C时的比热心烟(550 ) =0.01 (0.484x14.82+0.383x5.73+0.337x6.56+0.321x72.89)=0.350 kJ/m2 ?C烟气为4000C时的比热C烟=0.01(0.463x14.82+0.374x5.73+0.330x6.56+0.316x72.89) =0.342kj/m3 0C稀释用空气量：V空二申V烟二0.309x6500=2

5、008.5m3/ht烟二n换v烟c烟t烟-v空(c空t空-u空t空)/n换v 烟 U 烟 =0.90x8508.5x0.350x550-4223(0.315x300- 0.311x20)/0.90x0.342x8508.5二400.450C与假设的4000C相接近，故确定烟气出口温度t 2 烟=4000C二.有效换热量Q效二V空(C空t空-C 空t空)=4223x(0.315x300-0.311x20)=372806.4kj/h三烟气和空气平均温度差 烟气和空气在换热器内为正交逆流因此：爼始二t烟-t空=550-300=250Ct 终二 t 烟-1空二400-20=380C空气具有的实际流通面

6、积f 空二N f0=80x0.0022=0.176m2空气的实际流速W 空二 V 空/f 空=1.17/0.176=6.648m/s烟气在管外流动，换热器成交错式排列，并取管中心距S1=S2=S=2d=2x0.06=0.12m。在垂直烟气流动的断面上m = 10列 管，则沿气流方向上排列：n = N/m=70/10=7列管群排列方式如下图601201206010*20=12007*120=840上图见课程设计资料(要可到学习委员处借阅也可拿去复印)第六页 t 终/始=380/250=1.52 2故可取算术平均值 t 均二 1/2t 始 +t 终) = 1/2(250+380) = 315C正交

7、逆流,乘以修正系数纸=0.98则tm=t t均 =0.98x315=309C四.换热器内换热管的排列60x3.5mm无缝钢管的流通截面积f 0=0.0022m 2取空气在馆 内流动的流速W，空=10m/s(适宜经验取值为5-10m/s)则一个行程内空气应具有的流通面积：f，空二V 空/W 空=1.17/6.7=0.175 m2一个行程内换热器的根数为N= ff空/ f0=0.175/0.0022=79.580根取烟气在管群最窄截面处的流速W烟二2.7m/s (经验取值：2- 4m/s )则烟气具有的流通截面：f烟二 V 烟/W，烟=2.36/2.7=0.84m管群最窄截面的管间宽度a=s1-d

8、=0.12-0.06=0.06m则烟气通道具有的高度：b= f烟/ma=0.87/( 10x0.06) =1.45m取换热管长度l = 1.6m则实际烟气的流通截面为：f 烟二mal = 10x0.06x1.6=0.96m2实际烟气流速：W烟二V烟/f烟=2.36/0.96=2.46m/s五空气给热系数空气平均温度 t 空二 1/2(t 空+ t空)= 1/(300+200) = 160C因 W 空=9.94n二m/s 管内直径 D=0.053m查图3-2得：Re=18000(紊流)查图3-6得：空气对流给热系数a0=28KJ/m2hC因空气层加热，需乘修正系数kt为此设壁温t壁=250C则

9、T 空/ T 壁=(160+273)/(250+273)=0.828查图 3-5 得 kt=0.91取管道长度的补正系数k t=1.05则空气给热系数：a空二aOk t kt=28x1.05x0.91=26.75 KJ/m2hC 六烟气给热系数1. 对流给热系数烟气平均温度T 烟= 1/2(t 烟+ t胭) = 1/2(550+400)=475C475C时烟气各组成的运动粘度系数查得：V co2=43.2x10-6v H2O=87.9x10-6v 02=71.1x10-6v N2=70.9x10-6m2/s烟气近似运动粘度V 烟 = 1/( Vco2/ vco2+V H20/ v H2o+V

10、02/ v 02+V N2/ v N2) =1x10-6/(0.1482/43.2+0.0573/87.9+0.0656/71.1+0.728/70.9) =65.47x10-6m2/s烟气雷诺系数：Re二wd/v二2.46x(1+475/273 )x0.06/65.47x10-6=6177 查 图3-12 a0=34 KJ/m2hC取修正系数 k=0.96则 a 烟对=34x0.96=32.64 KJ/m2hC2. 辐射给热系数烟气有效射线长度 l=2.8x=2.8 ( 0.12-0.06 ) =0.168mPco2l= Vco2l=0.1482x0.168=0.0249m.atmP H20

11、= V H20 l=0.0573x0.168=0.00963m.atm 查图3-16，3-17，3-18t 烟=475Csco2=0.07 sH2O=0.037 p=1.02烟=Co2 + BH2O=0.07+1.02x0.037=0.108当t烟二t壁=250C时sco2=0.062 sH2O=0.048 p=1.02訂烟=0.062 + 1.02x0.048=0.111取管壁黑度E壁=0.8c 导=4.88/(1/s 烟+1/8 壁-1)=4.88/(1/0.111 + 1/0.8-1)=0.528 KJ/m2hCa辐烟二C导住烟/訂烟（T烟/100）4-（ T壁/100）】/（t 烟-t

12、 壁 ）=11.6 KJ/m2hC 则 a 烟 = a 辐 烟 +a 烟 对 =32.64+11.6=44.24KJ/m2hC七传热系数不考虑管壁及污垢热阻1/K=1/a 空+1/a 烟K= a空 a烟/（a烟+ a空）= （44.24x26.75）/（26.75+44.24） = 16.67 KJ/m2hC八.有效换热面积A二Q/Mtm = 372806.4/（16.67x309）=72.38m2考虑烟尘沾污换热管使传热降底，故增加10%的换热面A=1.1x72.38=79.62 m2九.换热器的引程a辐烟二C导住烟/訂烟（T烟/100）4-（ T壁/100）】/（t 烟-t 壁 ）=11.

13、6 KJ/m2hC 则 a 烟 = a 辐 烟 +a 烟 对 =32.64+11.6=44.24KJ/m2hC七.传热系数不考虑管壁及污垢热阻1/K=1/a 空+1/a 烟K= a空 a烟/（a烟+ a空）= （44.24x26.75）/（26.75+44.24） = 16.67 KJ/m2hC八.有效换热面积A=Q/ktm = 372806.4/（16.67x309）=72.38m2考虑烟尘沾污换热管使传热降底，故增加10%的换热面A=1.1x72.38=79.62 m2九.换热器的引程a辐烟二C导住烟/訂烟（T烟/100）4-（ T壁/100）】/（t 烟-t 壁 ）=11.6 KJ/m2

14、hC 则 a 烟 = a 辐 烟 +a 烟 对 =32.64+11.6=44.24KJ/m2hC七.传热系数不考虑管壁及污垢热阻1/K=1/a 空+1/a 烟K= a空 a烟/(a烟+ a空)= (44.24x26.75)/(26.75+44.24) = 16.67 KJ/m2hC八.有效换热面积A二Q/Mtm = 372806.4/(16.67x309)=72.38m2 考虑烟尘沾污换热管使传热降底，故增加10%的换热面A=1.1x72.38=79.62 m2九.换热器的引程O60x3.5mm无缝钢管每米长的加热面f=0.178m2则一个引程的加热面：A 二Nfl=80x0.178x1.6=

15、22.784 m2换热器的引程：M=A/ A =79.62/22.784=3.494 引程 换热器的总加热面：4x22.784=91.14 m2十.换热器的实际传热 系数(设计值)K=372806.4/(91.14x309)=13.24 KJ/m2hC 十一.壁温(平均)T壁二(a烟t烟+ a空t空)/( a烟+ a空) =(44.24x475+26.75x160)/(44.24+26.75) =356.3C 换热器的技术性能：加热面79.5m2换热方式4行程正交逆流空气出口温度300 C空气入口温度20 C空气量 5500m3/h烟气入口温度550 C烟气出口温度400 C 入换热器烟气量 9170 m3/h空气流速 9.94 m/s烟气流速 2.65 m/s传热系数22.3KJ/m2hC管壁温度230C换热管尺寸060 x3.5 mm换热管根数 280根