18000Nm3h热管式余热回收系统的设计

18000Nm 3/h 热管式余热回收系统设计

一、设计条件

空气进口温度 20℃ 烟气进口温度 280℃ 空气出口温度 200℃ 烟气出口温度

150℃ 空气流量 18000Nm 3/h

二、设计流程

（1）热管原件的基本选择

管壳选择：20号无缝钢管，钝化处理 翅片选择：10号钢，高频焊翅片管内工质：水 热管形式：重力热管 热管的几何尺寸：

光管外径 d 0 = 32 ㎜ ； 壁厚 0δ= 3.5 ㎜ ；

翅片型式：螺旋式翅片，冷热流体侧的翅片几何、结构相同 翅片长度 f l = 15 ㎜ ； 翅片外径 f d = 62 ㎜ ； 翅片厚度 f δ= 1.4㎜ ； 翅片间距 Y = 4 ㎜ ； 翅片节距 f δ'= f δ+ Y = 5.4 ㎜ ； 每米管长的翅片数 f n =

f 1δ'

= 10001585.4= m 片；

热管换热器管子排列形式为等边三角形，如图： 横向管子中心距 81T S mm =；81L T S S mm ==

（2）计算传热量Q

① 烟气的定性温度h f t

h

f t

=

2

21h h t t +

= 2501502152

+=℃

查得定性温度下烟气的参数为：

定压比热容 h

p C =1.1008 kJ/c kg ︒⋅；

密度 h f ρ =0.7284 kg/m 3；

导热系数 h f λ=4.1345210-⨯ W/(m C ⋅︒）

； 黏度

h f μ=25.0576

10-⨯ kg/(m ⋅s)；

普朗特数 Pr h

= 0.667

② 空气侧定性温度及参数

定压比热容c

p C =1.009 kJ/kg C ⋅︒；

密度 c f

ρ=0.922 kg/m 3； 导热系数 c f

λ=3.2752

10-⨯ W/(m C ⋅︒)； 黏度

c f μ=22.356

10-⨯ kg/(m ⋅s)；

普朗特数 Pr c

= 0.687

③ 冷空气侧实际获得的热量Q c

c'21()c c c c c

f p Q V C t t ρ=-=18000 1.293 1.009200203600=1174.2kW ⨯⨯⨯

-÷（） （假设标况下，c f ρ取为1.293kg/m 3

。

） 考虑冷侧3%的热损，故：

1174.213%1210.49c Q =÷-=（）kW

④ 烟气放出热量h

Q

考虑冷侧3%的热损，故：

h Q =1210.49(13%)=1248kW ÷-

⑤ 烟气的流量

12()

h

h

h h h h

f p Q V C t t ρ=

=

-312483600

24246Nm /h

1.295 1.1008(280150)

⨯=⨯⨯- ⑥ 对数平均温差∆t m ∆t m =

1212t t t ln t ∆-∆∆⎛⎫ ⎪∆⎝⎭=

()()1502028020015020ln 280200----⎛⎫ ⎪-⎝⎭

= 103℃

（3）确定迎风面积ex A 及迎风面管排数B

选取烟气侧和空气侧迎面风速为2.5m/s （在2-3m/s 之间选取）。

① 烟气侧迎风面积1h ex A 以及空气侧迎风面积1c ex A

1

h h ex

h N

V A w =='224246

2.694m 2.53600=⨯

1

c c ex

c N

V A w =='218000

2m 2.53600=⨯

② 迎风面宽度E

取热侧长l h =1.8m

则h ex

h A E l '==2.694 1.8 1.4966m ÷=

可得冷侧长c c

ex

A l E =='

2/1.4966 1.33m = 迎风面管排数T E B S '==1.496618.470.081

= 取B 为19根

实际迎风面宽度 T E B S =⋅=

190.081 1.539

⨯= ③ 两侧实际迎风面积

h h

ex A E l =⋅=21.539 1.8 2.77m ⨯= c c

ex A E l =⋅=21.539 1.33 2.067m

⨯

= ④ 两侧实际迎面风速

h

h N

h ex V w A ==

24246 2.43m /s 2.773600

=⨯ c

c

N

c ex

V w A ==

18000 2.44m /s 2.0673600=⨯ 中间隔板厚 l a = 30 mm ，预留安装段 l s = 35 mm 热管元件总长度 =l l h + l c + l a + 2l s = 3.23m

（4）求总传热系数 H U ①、管束最小流通截面积NFA

NF A h = ()()h 02T f f f S d l n B l δ--⋅⋅⋅⋅⎡⎤⎣⎦

=()()2

0.080.03220.0150.001418519 1.8 1.41m --⨯⨯⨯⨯⨯=⎡⎤⎣⎦

NF A c = ()()c 02T f f f S d l n B l δ--⋅⋅⋅⋅⎡⎤⎣⎦

()()2

0.080.03220.0150.001418519 1.33 1.042m =--⨯⨯⨯⨯⨯=⎡⎤⎣⎦

②、流体最大质量流速 G max

热侧 ：max

h h f f h

h

V G

NFA ρ⋅=

=

224246 1.29522267.4kg /m h 1.41

⨯=⋅（）

冷侧 ：c c f c f c NFA

V G ρ⋅=max 218000 1.29322338.4kg /m h 1.042⨯==⋅（） ③、求Re f

热侧 ：max 0

Re h h

f

h f

G d μ⋅=

=

6

22267.40.032

789925.057103600

-⨯=⨯⨯ 冷侧 ：c f

c c

f

d G μ

0max Re ⋅=622338.40.032888422.35103600-⨯==⨯⨯

④、求流体的换热系数f h

由 3

16338.0Pr Re 137.0⋅⋅=f

f Nu 计算换热系数

热侧：()

()

1

120.6338

0.6338

33

4.1345100.137

Re Pr 0.13778990.6670.032

h

f h h h f

f

h d λ-⨯==⨯⨯⨯

= 45.67 2

W /m C ⋅︒（）

冷侧：()()

1

1c

20.6338c

c c 0.6338

f 33

f

f

3.27510h 0.137Re

Pr 0.13788840.687d 0.032

λ-⨯=⋅

⋅=⨯⨯⨯

= 32.53 2

W /(m C)⋅︒

⑤、求翅片效率f η

94.116

15

160=+=r r f ，故取20=r r f