气气热管换热器计算书

热管换热器设计计算

1确定换热器工作参数

1.1确定烟气进出口温度ti，t3，烟气流量V,空气出口温度頁，饱和蒸汽压力

Pc・对于热管式换热器，ti范圉一般在250°C〜600°C之间，对于普通水-

碳钢热管的工作温度应控制在300°C以下.t2的选定要避免烟气结露形成

灰堵及低温腐蚀，一般不低于180°C.空气入口温度的.所选取的各参数值如下：

2确定换热器结构参数

2.1确定所选用的热管类型

烟气定性温度：f 宇_4沁；2沁=310比

在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4倍冷却介质温度的和的

半均值所得出：

烟气入口处：q =如+営=420・c+严z = 18O°C

烟气出口处：. t2+tiX4 200°C+20°Cx4

l° 5 5 C

选取钢-水重力热管.其工作介质为水.工作温度为30OC~250°C・满足要求.其相容壳体材料：铜.碳钢（内壁经化学处理）。

2.2确定热管尺寸

对于管径的选择，由音速极限确定所需的管径

d v = 1.64 Qc t J厂9必)2

根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范闱，取Qc=4kW,在

10 = 56吃启动时

p v = O.1113k^/7H3

p v = 0.165 X 105pa

r = 2367.4幼/kg

因此d v = 1.64 I ! = 10.3 mm

yr(p v p v)l

由携带极限确定所要求的管径

d _ I 1.78 X Qent

P Ji (P L"1/4+P V~1/4)_2^(P L -Pv]1/4

根据参考文献《热管技能技术》，携带限功率参考范围，取Q ent=4kw 管内工作温度t t = 180°C时

P L = 886.9kg/m3 pv = 5.160/c^/m3 r = 20\3kJ/kg

J = 431.0xl0^N/m

178x4

因此

nx20L3x(8Q6.^i/4+SA6^i/4)-2 [gX431.0xl0-4(886.9-5.160)]1/4

=13.6nun

考虑到安全因素，最后选定热管的内径为

4 = 22111111

管売厚度计算由式

Pv4

20qcr]

式中，Pv按水钢热管的许用压力28.5kg /nmr选取，由对应的许用230°C來选

取管壳最大应力乐朋=14kg/nim2,而

[

考虑安全因素，= 1.5111111,

管壳外径：df =4+2S= 22+2x1.5= 25mm. 通常热管外径为25〜38mm 时，翅片高度选10〜17mm （—般为热管外径的一

半），厚度选在0.3~1.2mm 为宜，应保证翅片效率在0.8以上为好.翅片间距对 干净气流取2.5〜4mm ：积灰严重时取6〜12inm,并配装吹灰装置.综上所述, 热管参数如下： 光管内径

光管外径 翅片外径 翅片高度

翅片厚度

翅片间距

肋化系数

d]/mm

d 。/mm d f /mm If /mm

6 /mm

Sf /nun

P

22

25

50

12.5 1 4

8.7

翅片节距：Sf = Sf +务=4+1= 5mm

每米热管长的翅片数：n 厂啤= ^ = 200/m

S f 5 肋化系数的计算：

每米长翅片热管翅片表面积

Af =[2x^.x （d^-d ；） + ^ d f . J f ] n f 4 4

每米长翅片热管翅片之间光管面积

A=”a（i-i“ 込）

每米长翅片热管光管外表面积

肋化系数:宀訂

[2x^x(d^-d;) + ^ d f J f ] n f l + ^ d o (l-n f J f )

- 4

力4

[0.5 x (O.O52 - 0 0253) + 0 05 x0 0011x200 + 0.025 x(l-0.2) o

---------------------------------------------------------------------------------------=8.7

0.025

2.3确定换热器结构

将热管按正三角形错列的方式排列，管子中心距S' = （1.2~1.5）蚣 取 S’ = 70nmio

28・5x 0.022

200x3.5 =0.89611U11

3热力计算

3. 1确定换热器中热管的热侧和冷侧的管长Wc，以及迎风面管数B

1）确定烟气标准速度V, —般取2.5~5m/s,假设vMm/s,可得出烟气迎风面的面积4=匕=黑=2.8n】2

2）确定迎风面宽度E,取E=1.8m,热管的热侧管长“=霍=1.56m,适当

D 1.0

取= 1.5m,并且lh/lc = 3/1<«l c = 0.5mo

3）求出迎风面的管数B, B = E/S = 1.8/0.07 = 25.7,B为整数，应取B=26, 因此实际的迎风面的宽度E = 0.07 X26 = 1.82m,同时实际的迎风面面积A' =Exl h = 1.82 X 1.5 =

2.73m2,实际的速度是d = v/A'=疵鲁石= 4.07m/So

3.2确定传热系数

1）烟气定性温度：tf = ti + t2/2 = 420°C；200°C = 310°C,从而确定烟气的物性参数：

2)确定烟气侧管束的最小流通截面积

NFA = [(S’ 一d。)一2 ・(I厂 6厂与)]・1严

=[(0.07 一0.025) -2 X (0.0125 X 0.001 X 200)] X 1.5 X 26 =1.56m2求烟气侧的最大质量流速

G max = WPf'NFA

=40000 X 0.608/3600 X 1.56

=4.33kg/(m2• s)

求烟气侧流体雷诺数

Rh = (fimax ' d。)/"

=4.33 X 0.025/28.6 X 10~6

=3785

通过Briggs公式，求的烟气侧流体的对流换热系数

h f = 0.1378 ・ R』718 .扌• g)0.296 ・ 7

7 J l f d o

=0.1378 X (3785)0718 x (0.65苗X (-^)0296 X(4-93xl Q~2)

=62.3 w/(m2• °C)

3)假定热管管壁温度

t w =(宁 + 竽")/2 = 190°C

4)由心可以在查出热管侧的管材导热系数入=40w/(m-°C)

At = t w - = 190°C 一120°C = 70°C