烟气换热计算与过程设计0601

《烟气换热计算与过程设计》换热器的应用及选型01管式换热器工艺计算02换热器常规经验参数03换热器实例计算分析04目录换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、交通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领域。换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛采用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能利用的主要设备。换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给另一种介质的设备。应用背景按照换热器的工作原理分类间壁式（管壳式、板式）•混合式：电厂中的水冷塔、混风降温蓄热式（电加热、油加热、导热）基本分类间壁式(表面式换热器)：其中冷热流体被一个固体壁面隔开，热量通过固体壁面传递。这种换热器要发生热流体与壁面间的对流换热、壁的导热、壁面与冷流体间的对流换热三个环节组成的传热过程。在以上三种类型的换热器中间壁式换热器的用量最大，是占主导地位的换热器型式。间壁换热器换热器设计指标总体布置：选定类型、结构及材料流动形式传热表面热设计传热计算流阻计算优化分析传热表面的工作特性几何参数流体及材料的热物理性质结构设计：构造、强度、振动、密封、工艺、维修等可供选择的方案评价和抉择评价依据择优条件最佳设计换热器工艺设计流程设计流程1.已知热流体热量，温度、，冷却介质温度1t1mq1T2Tqm1T1qm1T2t1t22.求解换热器的参数？注:其中T2是要求设计值设计指标依据：质量守恒，热量守恒1）选定类型列管式玻璃板式盘管式总体布局2）结构材料塑料管碳钢管不锈钢管（304/316L/2205）总体布局3）流动形式在冷、热流体进口温度相同、流量相同、换热面面积相同的情况下，流动型式影响冷、热流体的出口温度、换热温差、换热量以及换热器内的温度分布。总体布局4）传热表面光管翅片管总体布局热设计计算（传热计算/流阻计算/优化分析）1.求出换热器的热流量2.作出适当的选择并计算mt3.根据经验估计传热系数，计算传热面积估KA4.计算冷、热流体与管壁的5.压降校核6.计算传热系数，校核传热面积热设计计算空气烟气热管式烟气器示意图Ⅰ.求出换热器的热流量根据已知条件、、、、，求2111TTCqQpm1T2T2Cp1Cp1mqQ热设计计算Ⅱ.作出适当的选择并计算mt①流向的选择②确定冷却介质出口温度，求对数平均推动力③对进行修正2t22112211lntTtTtTtTtm逆逆mt2121ttTTR1212tTttP查图得到逆mmtt一般逆流优于并流热设计计算对数平均温差热设计计算顺流逆流（1）顺流时冷流体的终温永远低于热流体的终温，而逆流时冷流体的终温可以超过热流体的终温；（2）计算证明，当冷、热流体进出口温度相同时，逆流的平均温差大于顺流；（3）逆流时换热面的温度变化大，容易造成热应力破坏；热设计计算对于如图所示的简单多程交叉流，只要折流一方的折流次数多于4次，就可以按纯逆流或纯顺流来计算。mmctfttmctft为冷、热流体进、出口温度相同情况下逆流时的对数平均温差；为小于1的修正系数，2212ttPtt1122'ttRtt其它复杂布置时换热器平均传热温差的计算对于复杂的多程交叉流,fPR热设计计算交叉流，两侧流体都不混合时的温差修正系数热设计计算几点说明：（1）图的下半部，尤其R较大时，曲线几乎竖直，查图误差较大，这时可用PR代替P，1/R代替R查图。对任意一台换热器，都有f(P,R)=f(PR,1/R)，这称为换热器的互易性规则。（2）若有一侧发生相变，P、R中必有一个等于零，此时=1。2212ttPtt1122'ttRtt（3）冷、热流体走管侧还是壳側不影响修正系数，即不影响传热温差。热设计计算Ⅲ.根据经验估计传热系数，计算传热面积估KA逆估估2111mmtAKTTCpq根据初选换热器估A热设计计算Ⅳ.计算冷、热流体与管壁的①确定冷、热流体走管程或壳程②确定管内流速③根据所选换热管确定管子的排列目前我国国标采用和mmmm5.225mmmm238管长有1.5、2、3、4.5、6、9mlPiviNndqu2785.0nPN核定管壳式换热器内常用流速范围管程数管子数热设计计算管程给热系数i1000Re4.0~3.08.0023.0CpuddiiiinNdqPivi2785.08.0PiN若，则改变管程数重新计算或重新估计估Ki估K物性系数在定性温度下求得14.0m热设计计算壳程给热系数2000Re36.00ed55.0Re31Pr14.0w2000~10Re5.00ed507.0Re31Pr14.0w若太小，则可减少挡板间距0热设计计算Ⅵ.计算传热系数校核传热面积根据流体的性质选择适当的垢层热阻R0111RKi估mtKQA计ldNAT020.1~10.1计AA否则重新估计，重复以上计算估K已知已有换热器的换热面积A、两侧流体的质量流量、进口温度等5个参数，须计算热、冷流体的出口温度和换热量。12,mmqq12,tt12,tt计算步骤：mkAt1111mpqctt2222mpqctt(a)先假设一个流体的出口温度用热平衡方程式求出换热量和另一个流体的出口温度；(b)根据流体的4个进、出口温度求平均温差；mt(c)计算换热面两侧的表面传热系数，进而求得传热系数k；12,hh(d)由式求出换热量;mkAt(e)比较与，如果相差较大,再重新假设流体出口温度，重复上述计算，直到满意为止。冷却介质的选择是一个经济上的权衡问题，按设备费用和操作费用的最低原则确定冷却介质的最优出口温度C453CaCO3MgCOoptt2Ctm10根据一般经验过程要有一定的推动力，冷却介质若是工业用水，含有、等盐类，其溶解度随着温度上升而降低，为了防止盐类析出，形成垢层，工业冷却水出口温度差应小于传热温差原则：①不洁净和易结垢的液体宜在管程②腐蚀性流体宜在管程③压强高的流体宜在管内④饱和蒸汽宜走壳程⑤被冷却的流体宜走壳程⑦流量小而粘度大的液体一般以壳程为宜⑥若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程基本原则流体种类流速管程壳程一般流体0.5~30.2~1.5易结垢流体10.5气体5~303~15列管式换热器内常用的流速范围液体粘度最大流速15000.61500~5000.75500~1001.1100~351.535~11.812.4sm3102mSNsm不同粘度液体的流速介质流速流体污垢热阻流体污垢热阻水溶剂蒸汽0.14蒸馏水0.09水蒸气海水0.09优质（不含油）0.052清净的河水0.21劣质（不含油）0.09未处理的凉水塔用水0.58往复机排出0.176已处理的凉水塔用水0.26液体已处理的锅炉用水0.26处理过的盐水0.264硬水、井水0.58有机物0.176气体--燃料油1.056空气0.26~0.53焦油1.7612/kWKmRR12/kWKmCtsm50,1污垢热阻较大给热效果较差管外清洗方便大.a.b.c列管布置总传热系数输入/输出条件序号项目单位数值备注1设计烟气量（标湿）Nm3/h65万标况、湿基、实际氧2设计烟气量（工湿）m3/h99万3烟气温度℃150~180设计175℃，脱硫后55℃4原烟气成分氧气含量02（dry）Vol％14.6%入口SO2浓度（dry)mg/Nm31200入口粉尘浓度（dry)mg/Nm3150入口NOx浓度（dry)mg/Nm3≤5014.6%烟气含水量（v/v）%8-105工艺要求烟囱在冬季（平均温度t=5℃计算）环境下，无白烟脱硫前烟气参数输入/输出条件降温后温度为50℃时，出口温度需要加热至90℃左右。工艺路线图MGGH+烟气冷器降温器工艺路线序号项目单位烟气降温器烟气冷凝器烟气升温器备注1入口烟气量（标湿）Nm3/h6500007100007100002烟气入口温度℃17555503烟气出口温度℃13050904水侧压力Mpa0.8-0.85进口水温℃110201406出口水温℃140301107水流量t/h308~12003088水流速m/s~1.5~1.5~1.59烟气流速m/s~9.5~9.5~9.510烟气侧阻力pa≤500≤200≤20011总传热系数w/(m2·℃）452604312换热面积m290361893457013换热量Kw109211372710921MGGH工艺流程MGGH设备参数序号项目单位烟气降温器烟气升温器备注1换热管型式/螺旋翅片管H型蛇形翅片管2换热管布置型式/叉排顺排3材质/ND22054管径mm3232翅片段长度L=6.5m5壁厚mm436翅片高度(宽度)mm1260(60)7翅片厚度mm1.21.28翅片节距mm8129横向管节距mm707010纵向管节距mm93.78011设备外形尺寸（长X宽X高）m7.5X10X2.7(参考)7.5X8.2X1.2(参考)高：沿烟气方向12壳板和支撑材质/碳钢220513换热管重量T9041冷器器工艺流程可采用风冷塔、闭式冷却塔等工艺将循环冷却水降温冷器器设备参数序号项目单位烟气冷凝器1换热管型式/H型蛇形翅片管2换热管布置型式/顺排3材质/22054管径mm325壁厚mm36翅片高度(宽度)mm55(55)7翅片厚度mm1.28翅片节距mm259横向管节距mm6510纵向管节距mm8011设备外形尺寸（长X宽X高）m7.5X8X1(参考)12管板和支撑材质/220513换热管重量T23