烟道式换热器设计

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:

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

4)如换热器的空气温度：20℃

5)出换热器的空气温度：

6)地下水平烟道的断面尺寸：W*H=1392mm*1700mm

7)烟气成分（V/V，%）

O

成分

（V/V）

% 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1——2n行程，即烟气为一行程，空气为2n行程。

.换热器规格

选用5.3mm 60⨯φmm 热轧无缝管，规格满足GB8162-87、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

12.0060.022S S 21=⨯===d （m ）

。 取空气在管内的标况流速s m c 10=ω，管内径m d i 053.0=，其流通界面积200022.0m f =。

一个行程空气侧需要流通界面积为：

153.01053.1===

c c V f ω（2m ） 一个行程需换热管根数700022

.0153.0N 0===f f （根）。烟道断面宽度m 392.1B =，则在其宽度上排列的换热管列数为：

1012.006.03392.131=⨯-=-=

S d B m （列） 顺烟气流向排列M 排，则710

70===

M m n （排）。一个行程管群的排列见图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C 20︒被加热到C 400︒从烟气所吸收的热量。由于相应温度下空气的比热容分别为()C m c i c ︒⋅=3.J 1302和

()

C m J ︒⋅=3c.o 1356c ，则有效换热量为： ()i c i c o c o c c t t c t ....V Q -=

）（）

（W 79000013022013564003.51=⨯-⨯⨯=

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C t o h ︒=330.，其质量热容()C m J ︒⋅=3h.o 1398c ，对应烟气入口温度为C t i h ︒=600.比热容()C m J ︒⋅=3h.i 1447c ，按热平衡求出: )

(7.3291398

94.1790000600144794.1......C c V Q t c V t o h o h i h i c i h o c ︒=⨯-⨯⨯=-=

由于与原先假定的出口温度C t h ︒=3300.相差小于0.1%，故可确定烟气出口温度为C t h ︒=3300.。

流气对热平均温差M t .1∆

逆流对流体在换热器入口和出口的温差分别为：

)(31020330C 200400600....C t t t t t t i c o h i o c i h i ︒︒=-=-=∆=-=-=∆）

（ 则流体对数平均温差为：

）C In t t In t t t i i M ︒=-=∆∆∆-∆=∆(2513102003102000

0.1 查图4-7，正交逆流时的温差补正系数94.0=∆t ε，则对数平均温差为： )(23625194.0'

.1.1C t t M t m ︒∆=⨯=∆=∆ε 管内空气侧传热系数c α

空气在管内的标况流速：

)(94.90022

.07053.10s m Nf V w c c =⨯== 空气平均温度：

())(210)40020(2121...C t t t o c i c m c ︒=+=+=

空气在管内流动的雷诺数：

() 1.66-15-1...273210110396.1053.094.91R ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⨯⨯=+=

-n m c o c i o c t v d w e β

41059.2⨯=

由于雷诺数大于4101⨯，可知空气在管内属湍流状态，其传热系数可按公式（4-18A ）计算。当d L =053

.06.1=30时，查第三章有关表得05.1=L k 。设管壁平均温度C t m w ︒=330.，则

5.0..'273273⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛++=m w m c t t t k 895

.0330273210273.50=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=

对于直管，系数R k 及D k 为1，代入数值后得：

()()

C m k k k k t d w d

R t m c i c

c ︒⋅=⨯⨯⎪⎭

⎫ ⎝⎛+⨯=+=223.02.08.0'1.2.08.0W 0.44895.005.12732101053.094.963.313.63βα

管外烟气测传热系数c α

烟气对流传热系数

管群为正方形排列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：

)(096.06

.1)06.012.0()(21m L d S f n =⨯-=-=

管群最窄截面处烟气流速为：

h w =)(25.2096

.0)110(94.1)1(V s m f m n h =⨯-=- 烟气平均温度：）。C t m h ︒=+=(465)330600(2

1.

对正方排列的管群的当量直径为：

)

(116.06.106.012.06.1)06.012.0(2)211m L d S L d S d c =+-⨯-⨯=+--=（ 烟气流动的e R 数为：

()1040027346511022.1116.025.21R 73.1151...=⎪⎭

⎫ ⎝⎛+⨯⨯⨯=+⋅=---n m h o

h c o h c t v d w e β

由于烟气雷诺数4310R 10<