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=3000C(冷空气为200C)3.烟气量V＇＇烟＝6500m3/h(烟气温度为7000C)4.烟气成分（体积％）CO2H2oO2N219.47.52.171.05.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Ф60*3.5毫米无缝钢管材质16Mn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t＇＇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=1.03V＇空=1.03×4100=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16Mn铜的最高温度不大于450℃。初步确定入换热器的烟气温度t′烟=550℃，稀释导数确定如下：烟气700℃的比热为：C烟（700）=0.01（0.501×19.4+0.392×7.5+0.342×2.1+0.325×71）=0.365KJ／m3℃烟气在550℃的比热为：C烟（500）=0.01(0.484×19.4+0.383×7.5+0.337×2.1+0.321×71)=0.358KJ／m3℃20℃空气的比热为0.311KJ／m3℃则φ=（i1-i2）/(i2-i0）=(0.365×700-0.385×550)／（0.358×550-0.311×20）=0.3094.入换热器的烟气量V烟=（1+φ）V′烟=（1+0.309）×6500=8508.5m3／h或V烟=8508.5／3600=2.36m3／s5.烟气成分（%）VCO2=V′CO2（V′烟/V烟）=19.4×6500/8508.5=14.82VH20=V′H2O（V′烟/V烟）=7.5×6500/8508.5=5.73VO2=（V′O2+21φ）V′烟/V烟=（2.1+21×0.309）×6500/8508.5=6.56VN2=（V′N2+79φ）V′烟/V烟=（71+79×0.309）×6500/8508.5=72.89Σ=1006.计算换热气的烟气温度取换热气绝热效率η换=0.90.先假定烟气出口温度为400℃。烟气入口温度为550℃时的比热C′烟（550）=0.01（0.484×14.82+0.383×5.73+0.337×6.56+0.321×72.89）=0.350kJ/m2•℃烟气为4000C时的比热C烟=0.01(0.463×14.82+0.374×5.73+0.330×6.56+0.316×72.89)=0.342kj/m30C稀释用空气量：V空=φV′烟=0.309×6500=2008.5m3／ht〞烟＝η换V烟C′烟t′烟-V空(C〞空t〞空-C′空t′空)/η换V＇烟Cˊ烟=0.90×8508.5×0.350×550-4223(0.315×300-0.311×20)/0.90×0.342×8508.5＝400.450C与假设的4000C相接近，故确定烟气出口温度t〝〞烟=4000C二.有效换热量Q效=V空(C〞空t〞空-C＇空t＇空)=4223×(0.315×300-0.311×20)=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：△t始=t′烟-t〞空=550-300=250℃t终=t〞烟-t′空=400-20=380℃空气具有的实际流通面积f空=Nf0=80×0.0022=0.176m2空气的实际流速W空=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=2×0.06=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/△t始=380/250=1.52＜2故可取算术平均值△t均=1/2(△t始+△t终)=1/2(250+380)=315℃正交逆流，乘以修正系数￡△t=0.98则△tm=ε△t△t均=0.98×315=309℃四．换热器内换热管的排列Φ60×3.5mm无缝钢管的流通截面积f0=0.0022m2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=V空/W空=1.17/6.7=0.175m2一个行程内换热器的根数为N=f′空/f0=0.175/0.0022=79.5≈80根取烟气在管群最窄截面处的流速W烟=2.7m/s（经验取值：2-4m/s）则烟气具有的流通截面：f′烟=V烟/W′烟=2.36/2.7=0.84m管群最窄截面的管间宽度a=s1-d=0.12-0.06=0.06m则烟气通道具有的高度：b=f′烟/ma=0.87/（10×0.06）=1.45m取换热管长度l=1.6m则实际烟气的流通截面为：f烟=mal=10×0.06×1.6=0.96m2实际烟气流速：W烟=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=1/2(t〞空+t′空)=1/(300+200)=160℃因W空=9.94n=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/m2h℃因空气层加热，需乘修正系数k′t为此设壁温t壁=250℃则T空/T壁=(160+273)/(250+273)=0.828查图3-5得k′t=0.91取管道长度的补正系数kt=1.05则空气给热系数：a空=a0ktk′t=28×1.05×0.91=26.75KJ/m2h℃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′烟)=1/2(550+400)=475℃475℃时烟气各组成的运动粘度系数查得：Vco2=43.2×10-6vH2O=87.9×10-6vO2=71.1×10-6vN2=70.9×10-6m2/s烟气近似运动粘度V烟=1/(Vco2/vco2+VH2O/vH2o+VO2/vO2+VN2/vN2)=1×10-6/(0.1482/43.2+0.0573/87.9+0.0656/71.1+0.728/70.9)=65.47×10-6m2/s烟气雷诺系数：Re=wd/v=[2.46×（1+475/273）×0.06]/65.47×10-6=6177查图3-12a0=34KJ/m2h℃取修正系数k=0.96则a烟对=34×0.96=32.64KJ/m2h℃2.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=0.1482×0.168=0.0249m.atmPH2O=VH2Ol=0.0573×0.168=0.00963m.atm查图3-16，3-17，3-18t烟=475℃εco2=0.07ε＇H2O=0.037β=1.02ε烟=εco2+βε＇H2O=0.07+1.02×0.037=0.108当t烟=t壁=250℃时εco2=0.062ε＇H2O=0.048β=1.02ε＇烟=0.062+1.02×0.048=0.111取管壁黑度ξ壁=0.8C导=4.88/(1/ε＇烟+1/ε壁-1)=4.88/(1/0.111+1/0.8-1)=0.528KJ/m2h℃a辐烟=C导【ε烟/ε＇烟(T烟/100)4-(T壁/100)】/(t烟-t壁)=11.6KJ/m2h℃则a烟=a辐烟+a烟对=32.64+11.6=44.24KJ/m2h℃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)=(44.24×26.75)/(26.75+44.24)=16.67KJ/m2h℃八．有效换热面积A=Q/k△tm=372806.4/(16.67×309)=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=1.1×72.38=79.62m2九．换热器的引程a辐烟=C导【ε烟/ε＇烟(T烟/100)4-(T壁/100)】/(t烟-t壁)=11.6KJ/m2h℃则a烟=a辐烟+a烟对=32.64+11.6=44.24KJ/m2h℃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)=(44.24×26.75)/(26.75+44.24)=16.67KJ/m2h℃八．有效换热面积A=Q/k△tm=372806.4/(16.67×309)=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=1.1×72.38=79.62m2九．换热器的引程a辐烟=C导【ε烟/ε＇烟(T烟/100)4-(T壁/100)】/(t烟-t壁)=11.6KJ/m2h℃则a烟=a辐烟+a烟对=32.64+11.6=44.24KJ/m2h℃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)=(44.24×26.75)/(26.75+44.24)=16.67KJ/m2h℃八．有效换热面积A=Q/k△tm=372806.4/(16.67×309)=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=1.1×72.38=79.62m2九．换热器的引程Φ60×3.5mm无缝钢管每米长的加热面f=0.178m2则一个引程的加热面：A＇=Nfl=80×0.178×1.6=22.784m2换热器的引程：M=A/A＇=79.62/22.784=3.49≈4引程换热器的总加热面：4×22.784=91.14m2十．换热器的实际传热系数（设计值）K=372806.4/(91.14×309)=13.24KJ/m2h℃十一.壁温(平均)T壁=（a烟t烟+a空t空）/(a烟+a空)=(44.24×475+26.75×160)/(44.24+26.75)=356.3℃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℃空气入口温度20℃空气量5500m3/h烟气入口温度550℃烟气出口温度400℃入换热器烟气量9170m3/h空气流速9.94m/s烟气流速2.65m/s传热系数22.3KJ/m2h℃管壁温度230℃换热管尺寸Φ60×3.5mm换热管根数280根换热管长度l=1600mm换热管材质16Mn