1、 中南大学课程设计 光管钢管式换热器设计 班班 级：热动级：热动 0904 班班 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导指导 老师：老师： 日期：日期：20112011 年年 1212 月月 2 题目题目 设计一台利用铜精炼反射炉（然重油）的烟气余热预热助燃空气的烟道式光 管钢管换热器。设计条件如下： 1. 入换热器的平均烟气流量：Vh=2.0m 3/s 2. 入换热器烟气温度：th=720 oC 3. 入换热器空气标况流量：Vc=1.45m 3/s 4. 入换热器空气温度：tc,i=20 oC 5. 出换热器空气温度：tc,o=335 oC 6. 地下水平烟道的断面尺寸： W * H = 14
2、00mm * 1700mm 7. 烟气成分（体积百分数） CO2 13.0 SO2 2.75 H2O 11.0 O2 2.13 N2 71.12 3 一、一、 热器结构初步确定热器结构初步确定 (1)(1)流道安排、流动方式及行程确定流道安排、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。 (2)(2)换热器规格换热器规格 选用5.3mm60mm 热
3、轧无缝管，规格满足 GB8162-87、GB8163-87 要求。 (3(3) )换热管排列换热管排列 考虑清灰方便，管群按正方形排列，并取管中心距 12.0060.022SS 21 d（m） 取空气在管内的标况流速sm c 10，管内径: md i 053.0 其流通界面积: 2 0 0022.0mf 一个行程空气侧需要流通界面积为： 145.0 10 45.1 c c V f （ 2 m） 一个行程需换热管根数: 66 0022.0 145.0 N 0 f f （根） 烟道断面宽度m392.1B ，则在其宽度上排列的换热管列数为： 10 12.0 06.03392.13 1 S dB m（
4、列） 顺烟气流向排列排，则 76.6 10 66 m n （排） 一个行程管群的排列见图 4-18。 4 二、二、 换热器的热计算换热器的热计算 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)(1)有效换热量有效换热量Q 所谓有效换热量是指空气从C20 被加热到C335 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Cmc ic 3 . J1302和CmJ 3 c.o 1347c， 则 有效换热量为： icicococc ttct VQ ）（ ）（ W616547 130220134733545.1 (2)(2)烟气
5、出口温度确定烟气出口温度确定 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Ct oh 500 . ，其质量热容CmJ 3 h.o 1464c，对应烟气入口温度为 Ct ih 720 . 比热容CmJ 3 h.i 1511c，按热平衡求出: 5 )(533 464.10.2 61654772015110.2 . . C cV QtcV t ohoh ihicih oc 由于与原先假定的出口温度Ct h 500 0. 相差小于 4%，故可确定烟气出口温 度为Ct h 533 0. 。 (3)(3)流气对热平均温差流气对热平均温差 M t .1 逆流对流体在换热器入口和出口的温差分别为： )(51320533 C385335720 Cttt ttt icohi ocihi ）（ 则流体对数平均温差为： ）C In t t In tt t i i M (446 513 385 513385 0 0 .1 查图 4-7，正交逆流时的温差补正系数00.1 t ，则对数平均温差为： )(44644600.1 .1.1 Ctt Mtm (4)(4)管内空气侧传热系数管内空气侧传热系数 c 空气在管内的标况流速： )(99.9 0022.066 45.1 0 sm Nf V w c c 空气平均温度：
