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t 1，t 2，烟气流量V ，空气出口温度t 2c

，饱和蒸汽压力

p c .对于热管式换热器，t 1范围一般在250C ~600C 之间，对于普通水-碳钢热管的工作温度应控制在300C 以下.t 2的选定要避免烟气结露形成

灰堵及低温腐蚀，一般不低于180C .空气入口温度t 1c

.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： t f =

t 1+t 22

=

420°C+200°C

2

=310°C

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平均值所得出：

烟气入口处： t i =t 1+t 2

c ×45

=420°C+152°C×4

5

=180°C 烟气出口处：t o =

t 2+t 1

c ×45

=

200°C+20°C×4

5

=56°C

选取钢-水重力热管，其工作介质为水，工作温度为30C ~250C ，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√

Q c

r(ρv p v )12

根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范围，取C Q 4kW =，在t o =56°C 启动时

ρv =0.1113kg/m 3

p v =0.165×105pa r =2367.4kJ/kg

因此 d v =1.64√

Q c

r(ρv p v )1

2

=10.3mm

由携带极限确定所要求的管径

d v =√

1.78×Q ent

π∙

r(ρL −14

⁄+ρv −1

4⁄)−2[gδ(ρL

−

ρv ]14

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

ρL =886.9kg/m 3 ρv =5.160kg/m 3

r =2013kJ/kg

4431.010/N m δ-=⨯

因此 d v =√

1.78×4

π×2013×(886.9−14⁄+5.16−14⁄)−2[g×431.0×10−4(886.9−5.160)]1

4

⁄

=13.6mm

考虑到安全因素，最后选定热管的内径为

m m 22d i =

管壳厚度计算由式

]

[200d P S i

V σ=

式中，V P 按水钢热管的许用压力228.5/kg mm 选取，由对应的许用230C 来选取管壳最大应力2MAX 14kg/mm σ=,而

2MAX 1

[] 3.5/4

kg mm σσ==

故 0.896mm 3.5

2000.022

28.5S =⨯⨯=

考虑安全因素，取 1.5S mm =,管壳外径:m m 25.51222S 2d d i f =⨯+=+=. 通常热管外径为25~38mm 时，翅片高度选10~17mm （一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6~12mm ，并配装吹灰装置.综上所述，热管参数如下：

翅片节距：'415f f f S S mm δ=+=+= 每米热管长的翅片数：'

10001000

200/5

f f n m S === 肋化系数的计算：

每米长翅片热管翅片表面积

22

[2()]14

f f o f f f A d d d n π

πδ=⨯

⨯-+⋅⋅⋅⋅

每米长翅片热管翅片之间光管面积

(1)r o f f A d n πδ=⋅⋅-⋅

每米长翅片热管光管外表面积

o o A d π=⋅ 肋化系数：22[2()]1(1)

4

f o f f f o f f f r

o

o

d d d n d n A A A d π

πδπδβπ⨯⨯-+⋅⋅⋅⋅+⋅⋅-⋅+=

=

⋅

22[0.5(0.050.025)0.050.001]2000.025(10.2)

8.70.025

⨯-+⨯⨯+⨯-=

=

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)d f 取S ′=70mm 。

3 热力计算

3.1 确定换热器中热管的热侧和冷侧的管长l ℎl c ,以及迎风面管数B

1）确定烟气标准速度v ，一般取2.5~5m/s ，假设v =4m/s ，可得出烟气迎风面

的面积A =

V v

=40000

4×3600=2.8m 2

2）确定迎风面宽度E ,取E =1.8m ，热管的热侧管长l ℎ=A

E =2.8

1.8=1.56m ,适当取l ℎ=1.5m ,并且l ℎl c ⁄=31⁄,∴l c =0.5m 。

3）求出迎风面的管数B ，B =E S ′⁄=1.80.07⁄=25.7,B 为整数，应取B =26，

因此实际的迎风面的宽度E =0.07×26=1.82m ,同时实际的迎风面面积

A ′=E ×l ℎ=1.82×1.5=2.73m 2,实际的速度是v ′=v A ′⁄=400003600×2.73

=

4.07m/s 。 3.2 确定传热系数

1）烟气定性温度：t f =t 1+t 22⁄=

420℃+200℃

2

=310℃,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 ′−d o )−2∙(l f ∙δf ∙n f )]∙l ℎ∙B

=[(0.07−0.025)−2×(0.0125×0.001×200)]×1.5×26 =1.56m 2

求烟气侧的最大质量流速 G max =(V ∙ρf )/NFA

=40000×0.6083600×1.56⁄ =4.33kg/(m 2∙s) 求烟气侧流体雷诺数 R ℎ=(G max ∙d o )/ηf

=4.33×0.02528.6×10−6⁄ =3785

通过Briggs 公式，求的烟气侧流体的对流换热系数 ℎf =0.1378∙R ℎ

0.718

∙ρf 13

∙(S f l f

)0.296∙λ

f d o