管组式换热器设计计划书

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1、管组式换热器设计计划书1绪论换热器作为一种热交换设备广泛用于动力、交通、石油化工、冶金等工业领域。根据不同的用途，其种类及结构繁多。辐射换热器指热流体以辐射方式传热为主的换热器。同对流式换热器相比具有释热率（热负荷）高、冷流体加热温度高、表面温度与受热介质加热温度之间的差值较小、以及热流体流道不易被堵塞等优点。适用于热流体温度高于1000℃、冷介质加热温度高于600℃以及热流体含尘较高的场合，一般有色熔炼炉烟气余热利用多为采用。其缺点是外形尺寸较大，换热器出口温度仍然较高，一般需在后面再安装对流式换热器，以

2、进一步回收烟气的余热。辐射换热器常常采用两种结构形式，即：环缝式（又称夹套式）和管组式（又称鸟笼式）。管组式辐射换热器又可分为圆柱式、屏蔽式和螺旋式三种。通常它采用许多小直径的管子代替环缝通道，这样可以提高换热器的严密性和高温结构强度。172结构初步计算2.1管组圆筒直径取空气在管内标况流速ωc=16m/s，换热管的流通截面积f0=0.00096m2，管组圆筒采用的管子根数为：（2-1）曲管中心距离S1=84mm，则管组圆筒的直径为：（2-2）2.2烟气通道直径取烟气通道通道内壁距管中心距离：（2-3）则烟

3、气通道内径为：（2-4）烟气通道断面积为：（2-5）烟气标况流速为：（2-6）173热力计算3.1热负荷计算查参考文献[1]的附表3-8可得一个温度梯度下湿空气的平均比热容（见表3-1）。因平均比热容随温度的升高变化不太剧烈，把每个区间的比热容近似看做线性关系。表3-1湿空气的平均比热容(单位：KJ•m-3•K-1)温度0100200300400500平均比热容1.3231.3271.3361.3441.3561.369当t=20℃时，cc.i=(1.327-1.323)×0.2+1.323=1.324（K

4、J•m-3•K-1）当t=440℃时，cc.o=(1.369-1.356)×0.4+1.356=1.360（KJ•m-3•K-1）则将空气由20℃加热到440℃的有效热负荷为：（3-1）3.2烟气出口温度的计算查参考文献[1]的附表3-10得烟气成分比热容表。表3-2烟气成分比热容（单位：KJ•m-3•K-1）温度CO2SO2H2OO2N2200℃1.7881.8881.5241.3361.298300℃1.8631.9551.5411.3571.306400℃1.932.0141.5661.3771.31

5、5500℃1.9892.1391.5911.3981327600℃2.0432.1141.6161.4151.34700℃2.0892.1521.6411.4361.35217800℃2.0982.1811.6691.4491.365900℃2.1692.2151.6961.4651.3771000℃2.2022.2361.7251.4781.3901100℃2.2362.2611.7501.4911.4031200℃2.2652.2781.7751.5031.415若不考虑热损失，根据热平衡空气的吸热等于

6、烟气的放热。设烟气出口温度th.o=920℃，在每个区间内把比热容近似看做线性变化。表3-3920℃烟气成分比热容（单位：KJ•m-3•K-1）温度CO2SO2H2OO2N2920℃2.17562.21921.70181.46761.3796则：ch.o=2.1756×12%+2.2192×1.51%+1.7018×10.0%+1.4676×1.11%+1.3796×75.38%=1521J/m3，烟气入口温度th,i=1200℃，其比热容计算得1567J/m3，根据热平衡式计算烟气出口温度为：（3-2）与

7、假定920℃基本相等，故确定出口温度=920℃。3.3对数平均温差确定烟气与空气为顺流流动，烟气进、出口处两流体的温差为：进口处出口处由于/=2.57>2，故取对数平均温差17（3-3）3.4空气侧传热系数的计算空气平均温度为：tc.m=(440+20)/2=230℃空气流动雷诺数为（）：（3-4）可知空气在管内属湍流流动。按L/d>50，则补正系数kL=1.0。设管壁温度tw=750(℃)，温度补正系数k't=(Tg/Tw)0.5=[(230+273)/(750+273)]0.3=0.70（3-5）由参考

8、文献[1]式4-18A得，空气侧的传热系数：（3-6）3.5烟气侧传热系数计算由于烟气侧对流传热系数所占份额很小可或略不计，仅计其辐射传热部分，并对进口，出口端分别计算然后取平均值。3.5.1烟气入口端辐射传热系数烟气有效射线长度为：（3-7）17由表0得烟气成分：CO216.0%，H2O11.1%。当烟气温度th.i＝1200℃时，查参考文献[1]的图3-16、3-17、3-18得：，，，因此可求得烟气的黑度为