1、专业课程设计 余热利用换热器设计新能源与节能技术专业课程设计说明书名 称 余热利用换热器设计 院 系 机械工程学院 专 业 学 生 指导教师 完成时间 专业课程设计 余热利用换热器设计引 言余热的利用途径主要有余热的直接利用、余热发电和余热的综合利用。余热发电通常利用余热锅炉产生蒸汽，推动汽轮机组发电。开源节流是解决能源供需的可靠办法，考虑到要合理的开发和利用二次能源，所以运用余热锅炉是利用二次能源的重要组成部分（高温烟气）的主要手段之一，从而提高能源利用率，有效节约能源。通过此次余热锅炉换热器的设计，充分让学生理解理论知识并且加以实际利用。课程设计是专业原理教学的一个重要环节，是综合应用专业
2、课程和有关选修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中能够培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。专业课程设计 余热利用换热器设计目 录1 引言 1.1 目录 1.2 余热锅炉概述 2 设计参数 3 设计方案 3.1 平均温差（温压）的计算 3.2 换热量的计算 3.3 流通截面积计算 3.4 换热管的设计计算 4 计算汇总表 5 结论 6 体会 参考文献 专业课程设计 余热利用换热器设计1.2 余热
3、锅炉概述根据结构形式，余热锅炉可分为管壳式和烟道式余热锅炉。管壳式余热锅炉的结构与管壳式换热器无差别，并同样有固定管板式、浮头式及 U 型管式。烟道式余热锅炉的结构域普通锅炉的相似，有耐火砖砌成炉膛，炉膛内装设管束，高温气体通过炉膛，将管内流动的水加热汽化。换热器的设计即是通过传热过程计算确定经济合理的传热面积以及换热器的结构尺寸，以完成生产工艺中所要求的传热任务。换热器的选用也是根据生产任务，计算所需的传热面积，选择合适的换热器。由于参与换热流体特性的不同，换热设备结构特点的差异，因此为了适应生产工艺的实际需要，设计或选用换热器时需要考虑多方面的因素，进行一系列的选择，并通过比较才能设计或选
4、用出经济上合理和技术上可行的换热器。专业课程设计 余热利用换热器设计2 设计参数给定量: (1) 额定饱和蒸汽量 0.5t/h(2) 额定饱和蒸汽压力 0.5MPa(3) 给水温度 20 (4) 排污率 2%(5) 烟气的体积流量 11500m/h(6) 排烟温度 180(7) 烟气温度 500 (8) 管长 4.9m采用阳泉无烟煤 W Mar=5.0% Aar=19.0% Car=68.9% Har=2.9% Oar=2.4% Nar=1.0% Sar=0.8% 发热量 Q.p=26400kJ/kg 空干水分 Mad=1.0% 干燥无灰基挥发物 Vdaf=9.0% 灰熔点=14003 设计方
5、案专业课程设计 余热利用换热器设计3.1 平均温差（温压）的计算T=（tmax-tmin）/ln(tmax/ tmin) K （3.1）逆流最大温差：tmax=t- t2 K （3.2）逆流最小温差：tmin=t1-t2 K （3.3）以上式中：t: 烟气温度 , ; t1: 排烟温度, ;t2: 水的进口温度，； t2：出口温度，由 p=0.6MPa 查参考文献1附录 9，3.2 换热量的计算热测烟气换热量 : Q=Ct M KJ/s （3.4）冷测水换热量: Q2=1000D(Ish.s-If.w)+Pb.w(Is.w-If.w)/3600 KJ/s （3.5）换热器换热量 : Q=(Q+
6、Q2)/2 KJ/s （3.6）烟气质量流量: M=（V ）/3600 KJ/s （3.7）换热效率：=(Q2/Q1)*100% （3.8）以上式中：C ：热测烟气比热容，按热侧平均温度（t +t1/2 查参考文献【1】附录 6，KJ/(kg.K);C2: 冷侧水比热容, 按冷侧平均温度(t2+t2)/2 查参考文献【1】附录 9, KJ/(kg.K);专业课程设计 余热利用换热器设计：烟气密度，按热侧平均温度查参考文献【1】附录 6，kg/m；V：烟气体积流量， m/h；Ish.s：饱和蒸汽焓，由 Tsh.s=159,p=0.6MPa 查参考文献【2】附表 2，kJ/kg；Is.w：饱和水焓
7、，按 p=0.6MPa 查参考文献【2】附表 2，kJ/kg；If.w：给水焓，按给水温度 tf.w=20查参考文献【2】附表1，kJ/kg；D: 蒸发量, t/h;Pb.w：排污率，%；3.3 流通截面积计算烟道流通截面积：A1=V/3600/u （3.9）管子流通截面积：A2=M2/W/2 （3.10）换热器换热面积：F=1000Q/T/K （3.11）以上式中：u：烟气流速，参考文献【3】354 页（7-13m/s）取定，m/s；M2：水的质量流量，M2=D*1000/3600， kg/s；W：水的流速，参考文献【3】354 页（不小于 0.3m/s）取定，m/s；2：水的密度，按冷侧平
8、均温度查参考文献【1】附录9，kg/m；专业课程设计 余热利用换热器设计K：传热系数，取定范围：10100W/（.k），W/（M.k） ；3.4 换热管的设计计算横向管距 s1=dw*23 m (3.12)纵向管距 S2=2R m (3.13)管数 n=4*M2/2/3.14/dn /W2热管长度 L=F/3.14/dw/n m (3.14)管长 l“=l-3.14R+R m (3.15)管程 Np=L/l (3.16)总传热管数 Nz=2Np (3.17)烟道宽度 a=l“+2*c m (3.18)烟道深度 b=S1+2*c m (3.19)烟道截面积 F1=ab m (3.20)以上式中：
9、dw ：管子外径，由参考文献【4】187 页表格 2 取定，m；dn：管子内径，由参考文献【4】187 页表格 2 取定，m；取定管厚 3m；4 计算汇总表表 4 换热器主要结构尺寸和计算结果名称 符号 单位 公式及计算 结果工作压力 P MPa 给定条件 0.5蒸发量 D t/h 给定条件 0.5烟气温度 t 给定条件 500排烟温度 t1 取定（小于 200） 180冷侧进口温度 t2 给定条件 20冷侧出口温度 t2 由 p=0.6MPa 查参考文献1附录 9 159专业课程设计 余热利用换热器设计热测温差 t K t=t-t1 320冷测温差 t2 K t2=t2-t2 139逆流最大
10、温差 tmax K tmax=t-t2 341逆流最小温差 tmin K tmin=t1-t2 160温压 T KT=（ tmax-tmin）/ln(tmax/tmin)239热测烟气比热容 C KJ/(kg.K) 查参考文献【1】附录 6 1.134冷侧水比热容 C2 KJ/(kg.K) 查参考文献【1】附录 9 4.175烟气密度 kg/m 查参考文献【1】附录 6 0.457水的密度 2 kg/m 查参考文献【1】附录 9 965.682烟气体积流量 V m/h 给定条件 11500烟气质量流量 M kg/s M=（V）/3600 1.460水的质量流量 M2 kg/s M2=D*100
11、0/3600 0.139饱和蒸汽焓 Ish.s kJ/kg 查参考文献【2】附表 2 2756.660饱和水焓 Is.w kJ/kg 查参考文献【2】附表 2 670.670给水焓 If.w kJ/kg 查参考文献【2】附表 1 83.800排污率 Pb.w % 给定条件 2热测换热量 Q KJ/s Q=CtM 529.754冷测换热量 Q2 KJ/s Q2=1000D(Ish.s-If.w)+Pb.w(Is.w-If.w)/3600 372.861换热器换热量 Q KJ/s Q=(Q+Q2)/2 451.308换热效率 % =(Q2/Q1)*100% 70.4换热器换热面积 F F=1000
12、Q/T/K 23.58传热系数 K W/（M.k） 取定范围：10100W/（.k） 80.0烟气流速 u m/s 参考文献【3】354 页取定 8.0水的流速 W m/s 参考文献【3】354 页取定 0.3烟道流通截面积 A1 A1=V/3600/u 0.40管子流通截面积 A2 A2=M2/W/2 0.00048管子外径 dw m 参考文献【4】187 页表格 2 0.024管子内径 dn m 参考文献【4】187 页表格 2 0.018专业课程设计 余热利用换热器设计弯曲半径 R m 给定条件 0.040横向管距 S1 m s1=dw*23 0.048纵向管距 S2 m S2=2R 0
13、.080管数 n n=4*M2/2/3.14/dn/dn/W 1.9管数取整 n 2热管长度 L m L=F/3.14/dw/n 156.481管长 l m 取值 4.900l“ m l“=l-3.14R+R 4.814管程 Np Np=L/l 31.9管程取整 Np 取整数 32总传热管数 Nz 2Np 64外侧管距墙体距离 c m 0.040烟道宽度 a m a=l“+2*c 4.894烟道深度 b m b=S1+2*c 0.128烟道截面积 F1 m F1=ab 0.63烟道截面积校核 F2 m A1+2*dw*l“ 0.63换热面积校核 S m s=3.14*Nz*dw*l 23.63换热系数校核 k W/（m.k） Q/s/T*1000 79.8
