環(huán)縫式換熱器課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 換熱器課程設(shè)計(jì) 已知條件（1）入換熱器冷空氣標(biāo)況流量： =1.65（m3/s）； （2）入換熱器冷空氣溫度： =20（）； （3）出換熱器熱空氣溫度： =450（）； （4）入換熱器煙氣標(biāo)況流量： =1.95（m3/s）； （5）入換熱器煙氣溫度： =1220（）； （6）入換熱器煙氣成分（體積%）：成分CO2SO2H2OO2N213.02.7511.02.1371.12 （7）環(huán)縫內(nèi)安置螺旋形導(dǎo)向片，螺旋節(jié) h=1.0（m）；Lenovo User- 18 -Lenovo User目錄1. 緒論 .32. 確定內(nèi)外筒直徑.4（1） 內(nèi)筒直徑.4（2） 環(huán)縫寬度.4（3） 外筒內(nèi)徑.43.熱

2、計(jì)算.4 （1）有效傳熱熱流量（指空氣所需的顯熱增量）.4（2）煙氣出口溫度計(jì)算.4（3）平均溫度差計(jì)算.5（4）空氣側(cè)傳熱系數(shù).5（5）煙氣側(cè)傳熱系數(shù).6（6）換熱器總傳熱系數(shù)K.9（7）傳熱表面積F.10（8）內(nèi)筒高度.10（9）核算管段入口系數(shù)KL.104.換熱器驗(yàn)算.10（1）空氣出口溫度.10（2）煙氣出口溫度.115.流體壓降計(jì)算.11（1）空氣側(cè)壓損.12（2）煙氣測(cè)壓損.126.總結(jié).157.參考文獻(xiàn).16環(huán)縫式（夾套式)換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1.緒論 夾套式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均

3、勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器.當(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過(guò)程的加熱和冷卻。 2.確定內(nèi)外筒直徑（1）內(nèi)筒直徑取煙氣的標(biāo)況流速h=0.8 m/s通道斷面為：= =2.438 (m2) （2-1）內(nèi)筒直徑為=1.13=1.13=1.764 （m） （2-2） 取內(nèi)筒壁厚6mm，則內(nèi)筒外徑 =1.776 （m） （2-3）（2）環(huán)縫寬度取空氣在環(huán)縫螺旋通道內(nèi)的標(biāo)況=24.4 (m/s),則環(huán)縫斷面積為： （m2） （2-4）環(huán)縫寬度為： （m） （2-5）

4、(3)外筒內(nèi)徑 =1.77+2×0.068=1.906 （m） （2-6） 取外筒壁厚6mm，則外筒外徑=1.918 （m）3.熱計(jì)算 （1）有效傳熱熱流量（指空氣所需的顯熱增量） = 1.65×（450×1361-20×1302） = 1007176.5 （W） （3-1） （2）煙氣出口溫度的計(jì)算 根據(jù)熱平衡式，在不考慮熱損失的情況下，空氣的吸熱等于煙氣的放熱， 因而可先計(jì)算出煙氣的出口溫度。按照煙氣成分求出煙氣的比熱容（見(jiàn)表4- 21）。 煙氣比熱容 表4- 21t/80090010001100120015241542155915751591 假設(shè)

5、=920，其比熱容=1545 J/(m3·)，而煙氣入口溫度=1220時(shí)其比熱容為= 1594 J/(m3·) ，按熱平均計(jì)算得： =924 （3-2） 與假定的920幾乎相等，故可先按920的出口溫度進(jìn)行下一步熱計(jì)算。 (3)設(shè)計(jì)采用煙氣與空氣順流流動(dòng)，則換熱器進(jìn)、出口流體溫度差為： （3-3） 由于，故取對(duì)數(shù)平均溫度差 （3-4） （4）空氣側(cè)傳熱系數(shù) 空氣平均溫度為： =0.5（+）=0.5（20+450） =235 （3-5）螺旋通道當(dāng)量直徑： （3-6）空氣流速，空氣的雷諾數(shù)為： （3-7）屬于湍流，可用公式（4-21A）計(jì)算，公式中系數(shù)確定如 下： 設(shè)壁溫 =

6、650， = 273 + 650 = 923（K） （3-8） 則， =（508/923）0.5 =0.74 （3-9） 螺旋半徑=（1.776+1.906）/4 =0.918 （3-10） 則: （3-11）由于內(nèi)筒高度還未求出，先假定管段入口系數(shù) ; （3-12）空氣在環(huán)縫內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)為： （3-13）（5）煙氣的傳熱系數(shù)煙氣的平均溫度為： =0.5（+）=0.5（1220+920） （3-14） =1070由于煙氣在內(nèi)筒內(nèi)的流速很小，其對(duì)流傳熱系數(shù)可忽略不記，僅計(jì)算煙氣的輻射傳熱系數(shù)。根據(jù)輻射換熱器計(jì)算的特點(diǎn)，對(duì)于煙氣的輻射傳熱系數(shù)按進(jìn)、出口分別計(jì)算。入口端煙氣的輻射傳熱系數(shù) 煙氣在

7、內(nèi)筒內(nèi)的有效射線長(zhǎng)度為： L=0.9=0.9×1.764=1.59（m） （3-15）煙氣的成分為：CO213.0%,SO22.75%,H2O11.0%煙氣入口處溫度為1220。可知: （3-16）則煙氣的黑度為： =0.09+1.03×0.062+0.13 =0.284 （3-17）取內(nèi)筒金屬璧的黑度為，按公式求得系統(tǒng)的輻射系數(shù)為; （3-18）入口處環(huán)縫內(nèi)空氣的側(cè)傳熱系數(shù)為：當(dāng)入口空氣溫度tc.i=20，空氣標(biāo)態(tài)流速，設(shè)璧溫tw=600溫度補(bǔ)正系數(shù) （3-19）代入公式（4-21A）的入口端空氣傳熱系數(shù)為： （3-20） （3-21） （3-22） 查表4-61得，則內(nèi)

8、壁溫度=To=1133（K）,=1133-273=860。 （3-23）當(dāng)煙氣溫度為=860時(shí)，查有關(guān)圖表得; （3-24）則煙氣黑度為： （3-25） 因此，入口處煙氣的輻射傳熱系數(shù)為（3-26） 出口端煙氣的輻射傳熱系數(shù)出口端煙氣溫度為920，查有關(guān)圖表得， （3-27）則煙氣的黑度為： =0.11+1.03×0.068+0.15 =0.33 （3-28）取內(nèi)筒金屬璧的黑度為，按公式求得系統(tǒng)的輻射系數(shù)為; （3-29）出口處環(huán)縫內(nèi)空氣的側(cè)傳熱系數(shù)為：當(dāng)出口空氣溫度=450，空氣標(biāo)態(tài)流速，設(shè)璧溫=500溫度補(bǔ)正系數(shù) （3-30）代入公式（4-21A）的入口端空氣傳熱系數(shù)為： （3-

9、31） （3-32） （3-33） 查表4-61得，則內(nèi)壁溫度Tw.i=To=665（K）,=665-273=392。當(dāng)煙氣溫度為=392時(shí)，查有關(guān)圖表得; （3-34）則煙氣黑度為： （3-35） 因此，入口處煙氣的輻射傳熱系數(shù)為煙氣平均傳熱系數(shù) （3-36）考慮進(jìn)、出口集箱輻射的影響取輻射增量，則煙氣輻射傳熱系數(shù)為：（3-37）(6) 換熱器的傳熱系數(shù)K （3-38）（7） 傳熱表面積F （3-39） （8）內(nèi)筒高度 （3-40） 取內(nèi)筒高度H=5.7m，則換熱器傳熱表面積為; （3-41） （9）核算管段入口系數(shù)kL 螺旋節(jié)距h=1m，螺旋直徑為： （3-42） 內(nèi)同高度H=5.7m，螺

10、旋圈n=H/h=5.7/1.0=5.7圈，螺旋長(zhǎng)度(指空氣流程長(zhǎng)度)為： （3-43） 在進(jìn)行環(huán)縫通道內(nèi)空氣傳熱系數(shù)計(jì)算時(shí)，環(huán)縫的當(dāng)量直徑de=0.127，則L/de=272>50，故計(jì)算空氣對(duì)流傳熱系數(shù)時(shí)假定kL=1.0是正確的，不需再算。4.換熱器的驗(yàn)算 (1)空氣出口溫度 當(dāng)空氣溫度為時(shí)，比熱容為：，其水當(dāng)量為： （4-1） 當(dāng)煙氣溫度為時(shí)，比熱容,其水當(dāng)量為： （4-2） 水當(dāng)量之比為： （4-3） 換熱器空氣側(cè)的熱傳遞單元為： （4-4）換熱器空氣側(cè)的熱傳有效度(順流式)為： （4-5）則，口氣出口溫度為： （4-6）經(jīng)驗(yàn)算空氣出口溫度能滿(mǎn)足450的要求。（2） 煙氣出口溫度

11、（4-7） 與假定中的920高2 驗(yàn)算結(jié)果表明，空氣出口溫度465和煙氣出口溫度922與熱計(jì)算中的條件基本相符，傳熱表面積F=32可滿(mǎn)足要求。（3） 壁溫計(jì)算平均壁溫為： （4-8）煙氣入口出璧溫 （4-9）煙氣出口處璧溫 （4-10）5. 流體壓降計(jì)算 （1）空氣側(cè)壓損摩擦壓損由熱計(jì)算知空氣在環(huán)縫通道內(nèi)，屬于湍流狀態(tài)。可推得摩擦阻力系數(shù)為： （5-1）按公式計(jì)算摩擦阻力損失為： （5-2） 形阻（局部）壓損取進(jìn)、出口環(huán)形集管阻力系數(shù)，溫度補(bǔ)正系數(shù)： （5-3）按公式求得形阻損失為： （5-4）空氣測(cè)壓總損 （5-5）（2）空氣測(cè)壓損 煙氣側(cè)壓力損失包括煙氣進(jìn)、出口的形阻損失和內(nèi)筒內(nèi)的摩擦阻力

12、損失，由于換熱器為立式安裝，煙氣的浮力忽略不計(jì)。 煙氣在內(nèi)筒內(nèi)標(biāo)況流速為： （5-6）煙氣雷諾數(shù)為： （5-7） 摩擦阻力損失 摩擦系數(shù)： （5-8）摩擦阻力損失為： （5-9） 形阻損失 取換熱器煙氣進(jìn)、出口總阻力系數(shù)為，而溫度補(bǔ)正系數(shù)為： （5-10） 形阻損失為： （5-11） 煙氣側(cè)總阻力損失 （5-12） 環(huán)縫式輻射換熱器的技術(shù)性能見(jiàn)表所示： 表5-1 序 號(hào) 名 稱(chēng) 數(shù) 值 1 傳熱面積/ 32 2 流動(dòng)方式 螺旋順流式 3 空氣入口溫度/ 20 4 空氣出口溫度/ 450 5 空氣標(biāo)況流量/ 1.65 6 煙氣入口溫度/ 1220 7 煙氣出口溫度/ 920 8 煙氣標(biāo)況流量/

13、1.95 9 空氣標(biāo)況流速/ 24.4 10 煙氣標(biāo)況流速/ 0.8 11 總傳熱系數(shù) 38 12 內(nèi)筒直徑/mm 1764 13 內(nèi)筒壁厚/mm 6 14 內(nèi)筒材質(zhì) 1Cr18Ni9 15 外筒內(nèi)徑/mm 1906 16 外筒材質(zhì)/g 20 17 空氣側(cè)壓降/Pa 10759 18 煙氣側(cè)壓降/Pa 9.6 6. 總結(jié) 雖然已經(jīng)是學(xué)期的最后兩周，雖然沒(méi)日沒(méi)夜的準(zhǔn)備著期末考試，但我們還是不折不扣的完成了這次課程設(shè)計(jì)，這是我們我們的第一次專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)我們的專(zhuān)業(yè)認(rèn)識(shí)以及以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)起著關(guān)鍵作用。 首先，這次課程設(shè)計(jì)對(duì)培養(yǎng)我的實(shí)際工程能力具有重大意義。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我先把課程中所獲得的理論知識(shí)

14、在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中加以綜合利用，使這些知識(shí)得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切的結(jié)合起來(lái)。這次設(shè)計(jì)，初步使我樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握一些換熱器設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，為以后進(jìn)行設(shè)計(jì)工作打下了良好的基礎(chǔ)。另外還能熟練的應(yīng)用相關(guān)參考資料，計(jì)算圖標(biāo)、手冊(cè)等，為成為一個(gè)工程技術(shù)人員培養(yǎng)基本技能。 其次，我從這次設(shè)計(jì)中得到了以下經(jīng)驗(yàn)： （1）設(shè)計(jì)前應(yīng)做好計(jì)劃 1）學(xué)習(xí)計(jì)劃 在設(shè)計(jì)前進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，包括設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及AUTO CAD軟件的熟悉。 2）布圖計(jì)劃 設(shè)置圖層，便于整體修改，并注意細(xì)節(jié)。 （2）設(shè)計(jì)中應(yīng)做到一下幾點(diǎn)： 1）學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。 2）借鑒書(shū)上的實(shí)例，對(duì)別人的設(shè)計(jì)多問(wèn)幾個(gè)為什么。 3）向指導(dǎo)老師咨詢(xún)，和同學(xué)討論。 （3）關(guān)于計(jì)算 首先，計(jì)算公式必須符合規(guī)范的要求；其次，計(jì)算的步驟可以參照以往的計(jì)算書(shū)或者其它資料，計(jì)算的每一步結(jié)果都要確保正確；最后，要認(rèn)真的進(jìn)行檢查核對(duì)。 （4）關(guān)于制圖 首先，圖紙應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)紙張畫(huà)；其次，標(biāo)注必須充分并且剖面的位置要正確，盡量避免錯(cuò)誤。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，鍛煉了自己