1、设计要求：设计一台利用铜精炼反射炉（燃重油）的烟气余热助燃空气的烟道式光管钢管换热器，设计条件如下：1)如换热器的平均烟气标况流速: =1.943/2)如换热器的烟气温度： =600,3)如换热器的空气标况流量： =1.53 3/4)如换热器的空气温度： 20， =5)出换热器的空气温度： ,=4006)地下水平烟道的断面尺寸： W*H=1392mm*1700mm7)烟气成分（V/V，%）成分（V/V）2 2 O2 2 2% 5.85 6.70 3.70 4.65 79.10换热器结构初步确定 .流道安排、流动方式及行程确定烟道式换热器一般不设金属外壳，空气在管内流动而烟气在管外流动；由于换热
2、器设置在水平烟道内，烟气与空气设计成正交逆流流动；受烟道高 1700mm 的限制。空气每个行程的换热管有效长度初步设定为 1600mm，换热器设计成 12n 行程，即烟气为一行程，空气为 2n 行程。.换热器规格选用 mm 热轧无缝管，规格满足 GB8162-5.3m6087、GB8163-87 要求。(3).换热管排列考虑清灰方便，管群按正方形排列，并取管中心距（m） 。12.06.2S21d取空气在管内的标况流速 ，管内径 ，其流通界sc0mdi053.面积 。20.f一个行程空气侧需要流通界面积为：（ ） 153.0.cVf2m一个行程需换热管根数 （根） 。烟道断面宽度702.153N
3、f，则在其宽度上排列的换热管列数为：m392.1B（列）102.06391SdBm顺烟气流向排列 排，则 （排） 。一个行程管群的排列7n见图 4-13。二.换热器的热计算在换热器热计算中，假定换热器无换热损失、两流体在换热器中无流量损失、无变相、比热容不变、仅有显热变化。（1）有效换热量 Q所谓有效换热量是指空气从 被加热到 从烟气所吸收的热量。C20C40由于相应温度下空气的比热容分别为 和mci 3.J12，则有效换热量为：CmJ3c.o156icoctt.VQ）（ ）（ W790130243烟气出口温度确定根据热平衡方程，在换热器内空气的吸热等于烟气的放热。首先假定烟气出口温度 ，其质
4、量热容 ，对应烟Ctoh30. CmJ3h.o198c气入口温度为 比热容 ，按热平衡求出:i6. J3h.i47c)(7.3291398470.1.CcVQttohiioc由于与原先假定的出口温度 相差小于 0.1%，故可确定烟Cth30.气出口温度为 。th30.流气对热平均温差 Mt.1逆流对流体在换热器入口和出口的温差分别为： )(3102C46.tticohii ）（则流体对数平均温差为： ）CIntItiM(251300.1查图 4-7，正交逆流时的温差补正系数 ，则对数平均温差为：94.0t)(2365194.0.1.1 CttMm管内空气侧传热系数 c空气在管内的标况流速： )
5、(94.02.75310 smNfVwc空气平均温度： )(210)40(21. Cttocimc 空气在管内流动的雷诺数： 1.6-5-. 27301396.04Rnmcocitvdwe42由于雷诺数大于 ，可知空气在管内属湍流状态，其传热系数可40按公式（4-18A）计算。当 = =30 时，查第三章有关表得dL053.61。设管壁平均温度 ，则05.1Lk Ctmw.5.0.273mwctt895.01.50对于直管，系数 及 为 1，代入数值后得：RkDCmktdwdRtmcicc223.0.081.2.08W.4895.75396管外烟气测传热系数 c烟气对流传热系数管群为正方形排列
6、的管群在垂直烟气流向断面换热管长度 L=1.6m，管群在最窄截面积为： )(096. 6.1)0.2(21mLdSfn管群最窄截面处烟气流速为：=hw)(25.096.)1(4)(Vsmfnh烟气平均温度： ） 。Ctmh 463(.对正方排列的管群的当量直径为： )(16.06.102.)(2LdSc（烟气流动的 数为：eR10427346512.5.1.nmhohcctvdwe由于烟气雷诺数 ，烟气对管群的对流传热系数可按公式4310Re（4-21B）计算，当 时，查第三章有关图表得d2S26.、 、 、 ,烟气垂直流过管群 ，03.1Hc.99.Pk9.02OHk 0.14k带入数值后得
7、烟气对流对流传热系数： C)/(1.37 9.0.19203.)274651(05.278.0.6 8.04.06. 2 mWkctdOHpmhehch .烟气辐射传热系数对于 排列的管群，烟气辐射的有效射线长度d2S1，按烟气成分 ， ，在.06.53.dl %85.V2CO3.7OH2烟气平均温度 时，查第三章有关图表得Ctmh45.。烟气在自身温度（ ）和壁温3.1,27.022COOH， C46（ )下的辐射率分别为：3 106.38.41052.722. OHCwhg因此，系统的辐射率为： 31.06.103.7.167.5. whgfh烟气对管群的辐射传热系数为：CmWtTmwhg
8、fhc2 44. 4.4.58.330651273170.1)0()(烟气侧传热系数为： rhch 2. 7.40.17.总传热系数 K不考虑管壁及污垢热阻时，换热器总传热系数为： CmWhc 21.7.40.传热表面积 F2 15936.2KQtLM考虑换热器运行后的结垢和留有适当的富裕系数，最后确定换热器的传热表面积为： 2 1759.1.Fm（8）.空气侧行程数的确定的换热管以外径计的每米长的表面积为 ，.360 mf218.0在一个行程内排 的换热管的根数 N=70 根，则一个行程具有m.61L的换热面积为： ，则换热器的行程数为：2170.80Fi ，取 n=9 行程。因此换热器的传
9、热面积为：行 程31.275in289Fmi（9）.换热器壁温计算换热器平均壁温按下式计算：Ctttchmmw 30.47.21650. 与前面计算过程所假定的 相差小于 1%，故可确认壁Ctw3.温 。Ctmw3.对于逆流式换热器因最高壁温处于高温流体的入口端，因此需计算最高壁温，计算方法同上，只是采用入口端的各有关参数，计算出入口端的两流体的传热系数，按上面计算壁温的公式求出最高壁温。经计算，高温流体入口端烟气侧和空气侧的传热系数分别为：CmWoh2.745 CmWoc2.356则管壁最高温度为： 4906.57.40.max. choiwtt.流体出口温度验算换热器传热计算时流体平均温差
10、分别是以烟气入口 和出C70口 ，空气入口 和出口 ，而烟气和空气流量分别为C480 C20350和 等基本参数求出换热面积为 ；考虑换热器运sm31.9s3.5 275m行后的结垢影响并留有适当的富裕，致使换热表面积由 增加到2。若保持烟气入口条件及空气流量不变，则换热器运行初期将284会因换热面积增加而导致空气出口温度高于设计值。具体数值经过验算确定如下：空气出口温度验算：空气水当量：CWcVwm2061345.烟气水当量：cmh 789.水当量之比：对空气为： 743.0286Rhcw对烟气为： .1ch热传递单元数：对空气为： 97.1208.NTUcwKA对烟气为： 46.h经查表得
11、： 643.0Ec则空气出口温度为： Cttticiihco 3920.验算结果空气出口温度与设计要求 基本相符。42）烟气出口温度验算烟气出口温度为：C31820473.06. icocihotRt与热计算预先假定的 相近。C30三.流体流动压降计算压力计算示意图见图 4-14。空气流动压降1）摩擦压损空气平均温度为：Cttocimc 21042121.管内空气流动雷诺数 （见传热计算） ，属湍流流468.Rce动，其摩擦阻力系数为：025.159.230e5.41.0cA空气在管内的流速 ，其摩擦压损按公式（4-43A）计算：smPabtdLmccocf 768231029.14.053.12.12P. 2）行阻压损空气入口渐扩段 2.05.1,05.1842.,21.05.41.3 2121 fmfmdf，查附录六得其阻力系数为突然扩大局部阻力系数的 0.8 倍，而突扩阻力系数为：， 64.02.112f突 扩则入口简渐扩的阻力系数为： 。空气出口渐缩段，由于.5.80.1突 扩 ,05.122mf，出口收缩角.30.51,3026433223 fmdf，查附录六得渐缩局部阻力系数为：0.351.47.027.0 2235 tgftg换热器入口的局部阻力系数 ，换热管出口 ，空气在空.2.013
