热管空气预热器计算

序号名称符号单位计算公式及来源结果一、已知条件1烟气入口温度ty1℃已知2152烟气出口温度ty2℃已知1453烟气流量VyNm3/h已知650004空气进口温度tk1℃已知205空气出口温度tk2℃119.508936空气流量VkNm3/h已知50000二、热平衡的计算1烟气入口比热Cy1KJ/(Kg℃)查表1.1122烟气出口比热Cy2KJ/(Kg℃)查表1.08833烟气放出热量QyKw0.96*Vy*1.295*(ty1*Cy1-ty2*Cy2)/36001824.38654空气进口比热Ck1KJ/(Kg℃)查表1.0055空气出口比热Ck2KJ/(Kg℃)查表1.018256空气吸收热量QkKwVk*1.293*(tK1*CK1-tK2*CK2)/36001824.3865三、基本选择1工质的选择(ty1+tk2)/2167.25446水做工质合适2管材选择20#外径d0mm38壁厚mm3内径dimm32换热管加热段长度Lym结构决定1.49换热管冷却段长度Lk0.86加热段单根光管换热面积Ay0m23.14*d0*Ly/10000.1777868加热段面积0.2889868加热段翅化比1.6254683冷却段单根光管换热面积AkO3.14*d0*Lk/10000.1026152冷却段面积AkAk0+Akf0.6639261冷却段翅化比βkAk/Ak06.4700563结构的选取横向管根数nmm假设17横向管间距S1mm结构决定80纵向管间距S2mm结构决定75距框架单边距离S359横向宽度BS1*(n-1)+2*S31478烟气流通截面积SB*Ly/1000-d0*Ly*n/10001.240598空气流通截面积0.77476995烟气流速ωNm/s14.553913质量流速Kg/m2s18.8473186空气流速17.92647质量流速23.1789266阻力的计算f0.3834781管排数N39烟气侧阻力ΔPmmH2O744.2829f0.3448123空气侧阻力784.296197烟气平均温度tp℃(ty1+ty2)/2180νm2/s查表3.475E-05λW/(m.℃)查表0.041345μKg/(m.s)查表2.506E-05Pr查表0.667ρ0.728358烟气雷诺数热态流速V'm/s24.1499雷诺数ReV'd0/(ν*1000)26407.384对流换热系数αyW/(m2.℃)0.33*(λ/d0)*Re0.6Pr0.3143.02973翅化后对流换热系数0.85*αy*β197.616749空气平均温度69.754465νm2/s查表2.342E-05λW/(m.℃)查表0.0322625μKg/(m.s)查表2.201E-05Pr查表0.68775ρ0.9410空气雷诺数热态流速V'm/s22.506878对流换热系数αyW/(m2.℃)167.93525翅化后αy'W/(m2.℃)923.5678711管壁热阻λwW/(m.℃)40R管m2℃/Wd0/(2λw)*Ln(d0/di)8.163E-0511污垢热阻R污m2℃/W0.001712传热系数KW/(m2℃)92.67368713对数平均温差Δt℃((ty1-ts1)-(ty2-ts1))/Ln((ty1-ts1)/(ty2-ts1))109.5841514传热面积197.6083715需要管根数1111.4907161.05倍后热管根数1167.065217换热管层数70.731226实际层数70.73122618实际换热管根数64419实际光管面积114.495翅化后面积186.107翅片厚度1.5翅片厚度1肋片高度20翅片后高度68肋片长度1390翅片间距7肋片个数2翅片个数112.429肋片片面积Ayf0.1112翅片面积Akf0.56131翅片重量0.3273翅片重量2.20315介质重0.7785无缝管每米重2.59热管长度2500管重6.475隔环重0.35单根热管重量10.134热管规格热管根数644热管总重6526.3骨架槽钢80骨架槽钢小面65设备高度2660设备长度3110设备宽度(烟道宽度)160039序号名称符号单位计算公式及来源一已知条件1烟气入口温度ty1℃已知2烟气出口温度ty2℃已知3烟气流量MyKg/h已知4空气进口温度tk1℃已知5空气出口温度tk2℃tk1+Qy*3600/Mk*Ck6空气流量MkKg/h已知二热平衡的计算1烟气平均温度typj℃2烟气平均定压比热CyKJ/(Kg℃)查表3烟气散热损失系数Ysr选定4烟气放出热量QyKW(1-Ysr)*My*Cy*(ty1-ty2)/36005空气平均温度tkpj℃6空气平均定压比热CkKJ/(Kg℃)假定空气平均温度,估算查表7空气温升△tK℃tK2-tK1三基本选择1工质的选择(ty1+tk2)/22管材选择外径d0mm选定壁厚δgmm选定内径dimmd0-2*δg翅片厚度δcpmm选定翅片间距bmm选定翅片间隙Ymm选定翅片高度Hmm选定翅片外径dfmmd0+2*H每米翅片管的翅片数目S1000/b每米翅片管的翅片面积Afm2Sπ((df2-d02)/4*2+dfδcp)每米翅片管的裸管面积Abm2πd0YS每米翅片管的光管面积A0m2πd0翅化比β3结构的选取3.1入口质量流速的初步选择烟气侧迎风面质量流速GyKg/(m2.S)选定空气侧迎风面质量流速GkKg/(m2.S)Gy(Mk/My)1.5383.2经济长度比烟气段和空气段的经济长度比Ljj(My/Mk)-0.538选用的长度比Lxy选定3.3进口截面尺寸烟气侧迎风面积Ayym2My/Gy/3600空气侧迎风面积Akym2Mk/Gk/3600烟气侧热管长度Lymm选定空气侧热管长度Lkmm选定烟气侧管束的计算宽度ByjsmmAyy/Ly热管空气预热器计算书空气侧管束的计算宽度BkjsmmAkk/Lk管束的宽度富裕系数fb选定管束的计算宽度Bjsmm(1+fb)*MIN(Byjs,Bkjs)管束的宽度Bmm选定实际烟气侧迎风面质量流速GysjKg/(m2.S)My/Ly/B实际空气侧迎风面质量流速GksjKg/(m2.S)MK/LK/B迎风面横向管间距S1mm选定迎风面每排管根数np根B/S1烟气侧每根热管光管外表面积A0ydm2πd0Ly烟气侧每排热管光管外表面积A0ypm2np*A0yd空气侧每根热管光管外表面积A0kdm2πd0Lk空气侧每排热管光管外表面积A0kpm2np*A0kd烟气侧最窄流通面积比xAyzm2(S1*Ly-2d0-2Ly/b*δcp)/(S1*Ly)空气侧最窄流通面积比xAkzm2(S1*Lk-2d0-2Lk/b*δcp)/(S1*Lk)烟气侧最窄流通面实际质量流速GymaxKg/(m2.S)Gysj/xAyz空气侧最窄流通面面实际质量流速GkmaxKg/(m2.S)Gksj/xAkz4传热计算μKg/(m.s)4.1烟气侧传热系数计算烟气的平均温度typj℃(ty1+ty2)/2烟气的密度ρyKg/m3查表烟气的导热系数λyW/(m.℃)查表烟气的动力粘度系数μyKg/(m.s)查表烟气的普朗特数Pry查表翅径比Xdf/d0烟气侧以翅片管外表面积为基准放热系数αy'W/(m2.℃)0.1378(λy/d0)(d0Gymax/μy)0.718(Pry)1/3(Y/H)0.2960.1057(λy/d0)(d0Gymax/μy)0.667(Pry)1/3(Y/H)0.164(Y/δcp)0.075mm.H烟气侧翅片管翅片效率ηy查图烟气侧以光管外表面积为基准放热系数αyW/(m2.℃)η*β*αy'烟气侧以光管外表面热阻Rym2℃/W1/αy4.2空气侧传热系数计算空气的平均温度tkpj℃(tk1+tk2)/2空气的密度ρkKg/m3查表空气的导热系数λkW/(m.℃)查表空气的动力粘度系数μkKg/(m.s)查表空气的普朗特数Prk空气侧以翅片管外表面积为基准放热系数αk'W/(m2.℃)0.1378(λk/d0)(d0Gkmax/μk)0.718(Prk)1/3(Y/H)0.2960.1057(λk/d0)(d0Gkmax/μk)0.667(Prk)1/3(Y/H)0.164(Y/δcp)0.075空气侧翅片管翅片效率ηk查图空气侧以光管外表面积为基准放热系数αkW/(m2.℃)η*βk*αk'空气侧以光管外表面热阻Rkm2℃/W1/αk4.3管壁热阻的计算钢管的导热系数λwW/(m.℃)选定钢管的管壁热阻Rgm2℃/Wd0/(2λw)*Ln(d0/di)4.4烟气侧污垢热阻Rwm2℃/W选定4.5热管的传热系数计算热管的总热阻Rzm2℃/WRy+Rk*(Ly/Lk)+Rg*(1+Ly/Lk)+Rw热管的传热系数K0W/(m.℃)1/Rz4.6传热温差计算最大温差△tmax℃ty2-tK1最小温差△tmin℃ty1-tk2对数平均温差△T℃(△tmax-△tmin)/(ln(△tmax/△tmin))4.7传热面积计算传热面积A0m2Qy/(K0△T)所需管子根数n1根A0/(πd0Ly)所需管子根数取整n1'根INT(n1)+1富裕系数fx选定选取管子根数n2根n1'(1+fx)叉排多管层数N1排选定叉排少管层数N2排选定叉排管总层数N排N1+N2实际选取管子根数n根N1*np+N2(np-1)每根管的平均传热量QpdjKWQy/N四阻力的计算1烟气侧阻力的计算烟气侧摩擦系数fy18.93(d0Gymax/μy)-0.316(S1/d0)-0.927(S1/S2)-0.515烟气侧总阻力△PyzPafy*N*Gymax2/ρy烟气侧每排管阻力△PydPa△Pyz/△Pyd2空气侧阻力的计算空气侧摩擦系数fk18.93(d0Gkmax/μk)-0.316(S1/d0)-0.927(S1/S2)-0.515空气侧总阻力△PkzPafk*N*Gkmax2/ρk空气侧每排管阻力△PkdPa△Pkz/△Pkd五烟气侧最低管壁温度计算烟气侧最低管壁温度tw℃ty2-Qpdj/(A0yd*αy)六热管最大传热能力的计算6.1热管最高工作温度Tvmax℃最高工作温度水的密度ρlhKg/m3查表最高工作温度水蒸汽的密度ρvhKg/m3查表最高工作温度水蒸汽的汽化潜热rhKJ/Kg查表最高工作温度水的表面张力σhN/m查表最高工作温度邦德数B0hdi(g(ρlh-ρvh)/σh)0.5最高工作温度Ck值Ckh3.20.5tanh(0.5B0h0.25)最高工作温度携带极限功率QenthKWCkh2rh(π/4di2)(ρlh-0.25-ρvh-0.25)-2*(gσh(ρlh-ρvh))0.256.2热管最低工作温度Tvmin℃最低工作温度水的密度ρllKg/m3查表最低工作温度水蒸汽的密度ρvlKg/m3查表最低工作温度水蒸汽的汽化潜热rlKJ/Kg查表最低工作温度水的表面张力σlN/m查表最低工作温度邦德数B0ldi(g(ρll-ρvl)/σl)0.5最低工作温度Ck值Ckl3.20.5tanh(0.5B0l0.25)最低工作温度携带极限功率QentlKWCkl2rl(π/4di2)(ρll-0.25-ρvl-0.25)-2*(gσl(ρll-ρvl))0.25安全性判定七管束重量7.1光管重量钢管的密度ρgKg/m3查表单根热管光管重量Wg0dKgπ/4(d02-di2)*ρg*(Ly+Lk)热管光管总重量Wg0KgNWg0d7.2翅片重量翅片的密度ρcpKg/m3查表单根热管翅片重量WcpdKgπ/4(df2-do2)*δcp*ρcp*((Ly+Lk)/b+1)热管光管总重量WcpKgNWcpd7.3热管重量单根热管重量WdKgWg0d+Wcpd热管总重量WKgWg0+Wcp注1、例题摘自锅炉与窑炉节能热管换热器（方彬著1984）第61页例题一2、管束顺排的管外换热系数为叉排的0.8倍结果备注2301506000151095500190