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1、热管式换热器毕业计开题报告团标准化工作小组GX8G08Q8-GNQGJ8-IJ fHHGN#毕业设计开题报告课 题 名 称：炼油厂常减压装空气预热器设计及部件优化学生姓名：学号:指导教师：所在院（系）部：机械工程学院专业名称：过程装备与控制工程2012 年 03 月 20 日说明1根据毕业设计（论文）工作管理规定，学生必须撰写毕 业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查， 系教学主任批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完 成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条
2、认真填写。其 中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中 文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描 述，应不少于 2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网 上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5 开题报告检查原则上在第24周完成，各系完成毕业设计 开题检查后，应写一份开题情况总结报告。毕业设计（论文）开题报告学生姓名学号专业过程装备与控制工 程指导教师姓职称所在系立R机械工程学院课题来源企、事业单位委托课题课部性工程设计课题名称炼油厂常减压装置空气预热器设计及部件优化毕业设计的内容和意义课题背景：能源是发展国民经
3、济的重要物质基础，能源的开发和利用程度 直接影响着国民经济的发展和人民物质生活水平的提高，余热回收 是合理利用能源、节约能源、提高能源利用率等方面不可忽视的问 题。加热炉是炼油厂关键设备之一，在使用过程中将产生大量高温 烟气，排烟余热未获得充分利用，不但造成能源的严重浪费，还会 污染环境。因此发展有效的余热回收装置是能源得以合理利用的有 效方式。研究发现热管是种具有咼导热性、咼传热效率的传热元 件。我国热管研究开始于1970年左右，1980年国内第 台试验性 热管换热器运转成功。近年来，工业中的实际应用也已经证明了 热管换热器的确是一种高效、紧凑、耐用的换热设备，它在工业余 热回收方面发挥了良
4、好的作用，并积累了一定的使用经验。课题内容：在众多的传热元件中，热管是人们所知的最有效的传热元件之。随着热管技术日趋发展成熟，热管式换热器在电站、钢铁、冶 金、石油、化工、建材、轻工、制冷空调、电子等领域的节能应用 中发挥着越来越重要的作用。热管技术的应用将推进我国节能工作 的进程，同时降低对环境的热污染，是一项很有发展前途的技术。 空气预热器是利用排烟余热来加热燃烧所需空气的热交换设备。由 于它工作在烟气温度最低的区域，回收了烟气的热量，降低了排烟温 度,因而提高了加热炉的热效率，同时也由于空气被预热，强化了燃 料的着火和燃烧的过程，减少了燃料不完全燃烧的热损失，进一步提 高了加执炉的执效率
5、2毕业设计的内容和意义本课题要求设计一台加热炉烟气余热回收热管空气预热器，利 用常压炉和减压炉的高温烟气预热空气，使之作为燃料燃烧所需氧 气来源以达到节能之目的。设计内容包括传热工艺计算、热管计算 选型、预热器本体设计等，并结合企业现状对热管进行改进，克服 为避免低温露点腐蚀而浪费能源的现状，达到节能降耗的目的。课题意义：我国的能源短缺问题日趋严重，节能已被提到了重要的议事日 程。大量的工业锅炉和各种窑炉、加热炉所排放的高温烟气，用热 管气-气换热器进行余热回收，所得到的高温空气可用于助燃或干 燥，因此应用前景非常广阔。据有关报道称，我国三分之二的能源 被锅炉吞噬，而我国工业锅炉的实际运行效率
6、只有65%左右，工业 发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率达85%，因此，提高工业锅炉 的热效率，节能潜力十分巨大。如果我国锅炉的热效率能够提高 10%，节约的能耗则相当于三峡水库一年的发电量，做好工业锅炉 及窑炉的节能工作对节约能源具有十分重要的意义3刃。利用热管气-气换热器代替传统的管壳式气-气换热器，一方 面，能够大大提高预热空气进入炉内的温度，降低烟气温度，从而 大大提高锅炉的热效率；另一方面，热管气-气换热器运行压降非 常小，有时甚至不需要增加引风机等设备，从而使得运行费用大大 降低。文献综述国内外研究现状：热管作为一种具有高导热性能的传热装置，其概念首先是由美 国通用发动机公司的Gau
7、gler于1944年提出的。热管工作的主要任 务是从加热段吸收热量，通过内部相变传热过程，把热量输送到冷 却段，从而实现热量转移。完成这一转移有6个同时发生而又相互 关联的主要过程。这6个过程是：(1) 热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液- 汽分界面；(2) 液体在烝发段内的液-汽分界面上烝发；文献综述(3) 蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；(4) 蒸汽在冷凝段内的汽-液分界面上凝结；(5) 热量从汽-液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源；(6) 在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发 段。热管的研究与开发最主要的是热管材料。虽然几乎所有金属材 料、无机及有机
8、材料均可用于制作热管，但只有与工作流体相容的 材料才可能被选用。根据不同研究者对热管材料的研究成果已开发 的热管材料有XI。】：铜、铝、碳钢、不锈钢、镍、钛、钨、铬镍铁 合金、钼合金、碳化硅。近此年来，随着材料科学的不断发展，出现了一种相变材料换 热技术与热管技术有效结合起来的技术，如氢氧化钡加6%氯化钡 的蓄热体系11和复合中空热管专利12 材料。这无疑是种非常咼 效的新型节能技术，一般的相变材料导热系数较低，将热管作为换 热兀件应用于相变蓄热领域中是改进相变蓄热系统，提咼其换热效 率的一个重要手段，还合理利用了排气余热，不仅在最大程度上节 省了燃料，而且降低了污染物排放量，满足我国可持续发
9、展的战略 要求。热管式换热器是一种新型的换热器，将热管元件按一定行列间 距成束装在框架内，用中间隔板等密封元件将加热段和散热段隔 开，构成热管换热器。热管换热器于70年代初才开始应用于工业 中作为节能设备。虽然热管换热器在工业中应用时间不长，但发展 速度很快。由于水碳钢热管的研制成功，使得气气热管和气气换热器 的制造成本大幅降低，从而促进了热管气-气换热器的工业化应 用。热管气-气换热器综合起来有如下一些特点13-15】:(1)热性能高。由于热管气-气换热器的加热段和冷凝段都有 带翅片，大大扩展了换热表面，因此，其传热系数比普通光管气 -气换热器的要大好多倍；文献综述(2)流阻小，降低了换热器
10、运行时的动力消耗。目刖国内已有数千台热管气-气换热器先后投入使用，取得了 较好的使用效果。但也暴露了不少问题，如露点腐蚀、积灰。积灰对于灰尘较多的烟气,如其在热管气-气换热器中设计流动速 度过高，虽然能够提高热管的换热能力，但是会加速热管的磨损，且 增大烟气流动阻力；速度较小时,热管翅片上易积灰,使热管换热能 力下降，严重时堵塞换热器，使其失效。这也与目前落后的设计方 法有关，传统的设计手段难以通过进仃精确的设计计算来避免积 灰。露点腐蚀虽然也有工程技术人员已经采用了以避免露点腐蚀为控制目 标的设计计算，但由于受传统设计计算手段的限制，设计计算米 用试算验证的方式进行，难以做到各项参数的优化组
11、合，从而造 成热管气-气换热器的实际运行参数与设计参数的偏离，导致露 点腐蚀，导致热管失效。此外还有热管失效、漏风等。这影响了热管气-气换热器的进 步推广。因此，急需对这些问题进行细致分析与研究，完善热管 气-气换热器的设计制造方法，提高热管气-气换热器的使用效果和 寿命14。文献综述参考文献：1. 庄骏，等热管与热管换热器上海:上海父通大学出版社， 19892. 陈慧雁，等热管和内螺纹管在低温空气预热器中的应用J 能源工程，3. 王斌斌，仇性启热管及其换热器在烟气余热回收中的应 用.工业加热，2006,35(05):25-254. 方信科.热管技术在锅炉空气预热器中的应用纯碱工业,2003,
12、 (05): 46-475. 郭振贤，刘仁涛热管换热器应用现状及其制约因素应用能 源技术,2002, (04):32-356. 纪绍斌，李生生热管技术的应用与发展山西建筑,2005,(13):146-147.7. 万世清利用热管回收锅炉烟气余热中国设备工程,2005,(04):10-128. FavioDobran,Heat Rcovery Systems&(1),67-1009.10.9. 章学来，于美，于树轩，林原培,施敏敏一种新型相变材料及 其热管式换热器的研究M.上海:上海海事大学蓄冷技术研究所,201010. 朱文通复合中空热管材料管壁温度与抗结露性能M浙 江:炜业锅炉容器制造,20
13、1011. 罗林，陈如冰,姚寿广热管技术在动力工程中的应用华东 船舶工业学院学报,2003,(03):55-5712. 徐彬无机热传导热管空气预热器在加热炉的应用J.石油 炼制与化工,2004,(5):16-1813. 王瑜,屈武第，黄桂云寺水热媒空气预热器与热管空气预热 器的比较石油炼制与化工,2004,(01):35-37研究内容研究内容：(1) 传热工艺计算传热方程；传热量计算；对数平均温差计算；热管换 热器的总传热系数的计算；流体横向掠过翅片管的换热系数计 算；传热面积的计算；流体通过热管换热器的压力降。(2) 热管计算选型根据一定的蒸汽速度确定热管的直径；按照工作压力对热 管进行机械
14、强度校核；按照毛细极限对吸液芯进行计算；验算 其他的工作极限。(3) 预热器本体设计材料的选择；筒体的设计温度、压力选择；筒体厚度的 计算；椭圆形封头的设计；容器法兰的选择；开孔补强； 隔板的设计。(4)露点腐蚀防护以重油或含硫瓦斯为燃料的锅炉和工业加热炉。燃烧时硫分被 氧化，在装置的烟道、空气预热器等低温部位与水凝聚成H2SO4而 产生的腐蚀称为烟气露点腐蚀或硫酸露点腐蚀。防止露点腐蚀可以从两方面来考虑：使用低硫的重油(含硫量在以下)可以不造成烟气露点腐 蚀；或在重油中加入能冋SO3化合生成无腐蚀性物质的添加剂(如往 重油中加入的氢氧化镁浆)可大幅度地降低SO3的浓度，从而减轻 露点腐蚀；对
15、设备表面进行处理，如加表面涂层或加非金属衬 里。研究计划研究计划：第一周：调研、收集资料第二周：调研、收集并熟悉资料 第二周：英文翻译，撰写开题报告 第四周：完善开题报告 第五周：确定设计方案，进行预热器工艺流程计算 第六周：预热器工艺流程计算 第七周：预热器工艺流程计算第八周：预热器总图设计 第九周：预热器总图设计 第十周：预热器总图设计 第十一周：预热器总图设计 第十二周：主要零部件图设计 第十三周：主要零部件图设计 第十四周：指导教师全面审阅，修改图纸 第十五周：整理、撰写论文，检杳、修改图纸 第十六周：装订、检杳论文，准备答辩特色与创新1 通过换热管表面处理及选材方面的考虑，如可采用聚四氟 乙烯等涂层或者是陶瓷等非金属衬里，来解决露点腐蚀的问题。2 通过使用新型整体式热管，来提高管壁最低壁温，使温度 高于露点腐蚀温度，来解决腐蚀问题。3 充分利用烟气的余热来加热燃烧用空气，降低排烟温度，进 步提高加热炉的总效率，节能减排，保护环境。指导教师意见指导教师签名：
