热管型空气预热器设计说明书-(结构设计)

热管空气预热器设计说明书班级：热能0801姓名：李佳学号：041目录热管空气预热器设计任务书························2热管空气预热器热力计算··························3热管空气预热器结构设计计算······················102热管空气预热器设计任务书设计题目：热管空气预热器的设计设计要求：烟气、空气为清洁气体，不含任何杂质，烟气成分按标准烟气进行计算设计参数：烟气进口温度t1h=280℃；烟气出口温度t2h=180℃；空气进口温度t1c=20℃；烟气流量（标准状况）Gh=8000Nm3/h；空气流量（标准状况）Gc=6400Nm3/h;烟气标况下的密度fh=1.295kg/m3；空气标况下的密度fc=1.293kg/m3选用水为热管工质，管壳材料为20号锅炉无缝钢管，翅片材料为低碳钢，翅片与管壳连接方式为高频焊接。这种热管的参数为:光管外径do=0.032m；热管内径di=0.026m；翅片高度lf=0.015m；翅片厚度f=0.0012m；翅片间距sf=4mm；翅片节距sf’=sf+f=5.2mm；每米热管长的翅片数nf=。热管换热器管子排列形式为等边三角形排列，如图，横向管子中心距ST=0.081m；SL=ST=0.081m。3其热力设计计算和结构设计计算如下：热力计算一、烟气侧热物性参数及放热量序号项目符号单位计算公式数值备注1烟气进口温度t1h℃给出2802烟气出口温度t2h℃给出1803烟气定性温度tfh℃2304烟气流量GhNm3/h给出80005烟气定压比热CphkJ/(kg·℃)查表附录5，定性温度1.1056密度hkg/m3查表附录5，定性温度0.717导热系数fhW/(m·℃)查表附录5，定性温度4.26×10-28粘度fhkg/(m·s)查表附录5，定性温度25.6×10-69普朗特数Prh查表附录5，定性温度0.6610烟气放出热量QhkW317.011热管传出热量QckWQh(1-3%)=317×(1-3%)307.012冷空气侧实际活动热量Qc’kWQc(1-3%)=307×(1-3%)298二、空气侧温升及热物性参数及对数平均温差13空气流量GcNm3/h给出640014空气进口温度t1c℃给出2015空气定压比热CpckJ/(kg·℃)以20℃~160℃温度范围内的平均温度取空气比热1.00916空气出口温度t2c℃149417空气侧定性温度tfc℃84.518空气定压比热CpckJ/(kg·℃)查附录4，84.5℃的空气1.00919空气密度ckg/m3查附录4，84.5℃的空气0.98620空气导热系数fcW/(m·℃)查附录4，84.5℃的空气3.09×10-221粘度fckg/(m·s)查附录4，84.5℃的空气21.7×10-622普朗特数Prc查附录4，84.5℃的空气0.69123对数平均温差℃145三、确定迎风面积以及迎风面管排数24标准迎风速度m/s迎风面速度在2~3m/s范围选取2.625烟气侧迎风面积Aexhm20.8526空气侧迎风面积Aexcm20.8527热管热侧长lhm0.828迎风面宽度Em1.0629迎面管排数B根，取141430实际迎风面宽度E’m1.131烟气侧实际迎风速度m/s2.5232空气侧实际迎风速度m/s2.0233实际迎风面积Aex’m20.88四、总传热系数计算34管束最小流通截面积NFAm20.47535热侧最大质量流速Gmaxhkg/(m2·h)22.04×10336冷侧最大质量流速Gmaxckg/(m2·h)17.60×10337热侧雷诺数Refh765338冷侧雷诺数Refc721239热侧流体换热系数W/(m2·℃)45.9640冷侧流体换热系数W/(m2·℃)32.6141热侧翅片效率0.6342热侧翅片效率0.5043热侧翅片效率W/(m2·℃)，查图3-710.8744热侧翅片效率W/(m2·℃)，查图3-710.9145每米长热管翅片表面积Afm20.8946每米长翅片间管表面积Arm20.07747每米热管管外总表面积Ahm20.97648热侧传热面积Ahhm2Ahh==0.97×0.80.7849冷侧传热面积Ahcm2Ahc=Ahh0.7850传热系数hHPW/(m·℃)经验取值hHPh=hHPc581051热侧有效换热系数W/(m2·℃)40.352冷侧有效换热系数W/(m2·℃)29.853热侧污垢热阻m2·℃/W查附录D，选取经验值0.0003454冷侧污垢热阻m2·℃/W查附录D，选取经验值0.00008655金属管壁热阻m2·℃/W0.0000656热侧中径传热面积m20.07357热侧内径传热面积m20.06558总传热系数W/(m2·℃)15.63五、59加热侧总传热面积m2136.1六、60所需热管数n’根1757七、61换热器纵深管排数m排1362管子总根数n跟176八、热管换热器的压力降63换热器的净自由容积NFVm3/m4.4×10-364容积当量直径Devhm22.6×10-365热侧雷诺数Ref’h540866冷侧雷诺数Ref’c509267热侧摩擦系数fh0.5568冷侧摩擦系数fc0.5669热侧平均管壁温度℃172.770冷侧平均管壁温度℃159.5871热侧壁温下流体粘度kg/(m·s)根据壁温查附录得23.7×10-672冷侧壁温下流体粘度kg/(m·s)根据壁温查附录得24.1×10-673通过热侧的压降Pa34874计算值Lm0.91275通过冷侧的压降Pa166九、第一排热管的工作温度76第一排管子热侧传热量Q1hkW（假设每排管子的传热量相等）24.477第一排管子传热面积m210.978第一排热管热侧烟气粘度f1hkg/(m·s)查附录5，280℃的烟气27.5×10-679第一排热管烟气侧导热系数f1hW/(m·℃)查附录5，280℃的烟气4.67×10-280第一排热管热侧普朗特数Pr1h查附录5，280℃的烟气0.6681第一排热管换热热侧雷诺数712482第一排热管蒸发段传热系数W/(m2·℃)48.15983第一排管子有效传热系数W/(m2·℃)42.2684第一排热管热侧壁温℃227.185第一排管子冷侧传热量Q1hkW（假设每排管子的传热量相等）23.686第一排管子冷侧传热面积m210.987热管冷侧空气粘度f1ckg/(m·s)查附录4，149℃的空气24.1×10-688第一排热管空气侧导热系数f1hW/(m·℃)查附录4，149℃的空气3.55×10-289第一排热管冷侧普朗特数Pr1h查附录4，149℃的空气0.68390第一排热管换热冷侧雷诺数650291第一排热管冷凝段传热系数W/(m2·℃)34.9492第一排管子有效传热系数W/(m2·℃)31.9593第一排热管热侧壁温℃216.61094第一排管子工作温度℃221.8十、末排热管管壁温度95末排排管子热侧传热量Q13hkW（假设每排管子的传热量相等）24.496末排管子传热面积m210.997末排热管热侧烟气粘度f13hkg/(m·s)查附录5，180℃的烟气23.7×10-698末排热管烟气侧导热系数f13hW/(m·℃)查附录5，180℃的烟气3.83×10-299热侧普朗特数Pr13h查附录5，180℃的烟气0.68100末排热管换热热侧雷诺数8266101末排热管蒸发段传热系数W/(m2·℃)43.8102末排管子有效传热系数W/(m2·℃)38.44103末排热管热侧壁温℃121.9十一、校核105管壁材料许用应力MPa查附录8,20号钢GB8163，工作温度280℃106.5106工作温度下饱和压力pMPa查附录7，工作温度221℃2.4211107工作最大压力MPa,安全22.01结构设计序号项目符号单位计算公式数值备注一、热管元件的基本选择1基管外径domm根据表3-10选取，323322管壁厚度mm根据表3-10选取，32333翅片外径mm624翅片高度mm根据表3-10选取,155翅片厚度mm根据表3-10选取1.26翅片间距mm根据表3-10选取47横向管子中心距mm818纵向管子中心距mm81二、换热器基本结构尺寸9热侧迎风速度m/s已算出2.5210冷侧迎风速度m/s已算出2.0211热侧迎风面积m20.8812冷侧迎风面积m20.8813迎风面宽度Em已算出1.11514第一排热管数B跟已算出1415加热段长度m已算出0.816冷凝段长度m已算出0.817中间隔板厚度mm3018预留安装段mm上下端各预留351219热管总长lmm170020换热器箱体宽度amm127721换热器总高度Hmm180022气体流向深度Lmm91223换热器箱体长度bmm1074