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完整word版换热器的计算举例
换热器的计算举例
条件:
1.空气量4100m3/h
2.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 %)
CO2H2oO2N2
19.47.52.171.0
5.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=3000C
2.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/s
3.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)=0.309
4.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/s
5.烟气成分(%)
VCO2=V′CO2(V′烟/V烟)=19.4×6500/8508.5=14.82
VH20=V′H2O(V′烟/V烟)=7.5×6500/8508.5=5.73
VO2=(V′O2+21φ)V′烟/V烟
=(2.1+21×0.309)×6500/8508.5
=6.56
VN2=(V′N2+79φ)V′烟/V烟
=(71+79×0.309)×6500/8508.5
=72.89
Σ=100
6.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/h
t〞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
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=71.1×10-6
vN2=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)=0.168m
Pco2l=Vco2l=0.1482×0.168=0.0249m.atm
PH2O=VH2Ol=0.0573×0.168=0.00963m.atm
查图3-16,3-17,3-18
t烟=475℃εco2=0.07ε'H2O=0.037β=1.02
ε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=1.02
ε'烟=0.062+1.02×0.048=0.111
取管壁黑度ξ壁=0.8
C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
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