畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-10th鍋爐熱管式空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)

10t/h鍋爐熱管式空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)摘要本次設(shè)計(jì)的是10t/h鍋爐熱管式空氣預(yù)熱器。首先考慮10t/h的鍋爐，選擇燃料為淄博貧煤，然后對(duì)燃料燃燒產(chǎn)物的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。再對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，熱管式空氣預(yù)熱器的外殼選擇碳鋼，內(nèi)部工質(zhì)選擇水。熱管式換熱器設(shè)計(jì)為矩形結(jié)構(gòu)，由熱管、隔板和殼體等部分組成，中間隔板把熱管管束分成蒸發(fā)段和冷凝段兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分都裝有翅片，以增大傳熱面積，盡可能減少換熱器面積，氣體流向選擇為順流，當(dāng)高溫?zé)煔饬鬟^(guò)熱管蒸發(fā)段時(shí)，熱管內(nèi)部工作流體蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽流到冷凝段放熱，使低溫的空氣獲得熱量，達(dá)到熱傳遞的目的。對(duì)熱管進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，熱管選用的是?25×1.5，其中蒸發(fā)段為0.8米，絕熱段為0.1米，冷凝段為0.8米。接下來(lái)的進(jìn)行傳熱計(jì)算。最后對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行校核，得出設(shè)計(jì)是合理正確的。關(guān)鍵詞：熱管熱管式空預(yù)器校核全套圖紙加V信153893706或扣3346389411Thedesignof10t/hboilerheatpipeairpreheaterAbstractThedesignis10t/hboilerheatpipeairpreheater.Atfirst,weshouldconsiderthe10t/hboiler,thenwechoosefuelisZiboleancoal.Thenthefuelcombustionproductrelateddatatocalculate.Tostructuredesign,heatpipeairpreheaterintheshellselectionofcarbonsteel,internalworkingmediumselectionofwater.Heatpipeheatexchangerdesignforrectangularstructure,composedofpartssuchasheatpipe,plateandshell,themiddlebaffleplateheatpipebundleisdividedintotwopartsofevaporationandcondensation,thetwopartsareequippedwithfin,toincreasetheheattransferarea,minimizingheatexchangerarea,gasflowtochooseforthedownstream,whenhightemperaturefluegasflowthroughtheheatpipeevaporator,heatpipeworkingfluidinsidetheevaporationheatflowtothecondenserofthesteamproducedandmaketheairoflowtemperatureheat,toachievethepurposeofheattransfer.Todesignofheatpipe,heatpipeischosen?25x1.5,whichis0.8metersinevaporation,adiabaticsectionof0.1meters,thecondenseris0.8meters.Theheattransfercalculation.Finally,thedesign,thisarticleconcludedthatthedesignisreasonableandcorrect.KeywordsHeatpipeHeatpipeairpreheaterDesigncalculations目錄TOC\o"1-3"\h\u21272第一章緒論 第一章緒論1.1熱管的概述熱管式一種導(dǎo)熱性能特別好的傳熱元件，于20世紀(jì)60年代開始研發(fā)，70年代逐漸成熟并開始投入工業(yè)使用，它具有極高的導(dǎo)熱性能，即使是導(dǎo)熱性能最好的金屬具有的導(dǎo)熱系數(shù)也不及熱管的萬(wàn)分之一，因此熱管被稱為“熱超導(dǎo)體”。熱管的工作原理比較簡(jiǎn)單，主要是靠封閉在其內(nèi)部管子里的工作液體（工質(zhì)）自身的反復(fù)相變來(lái)實(shí)現(xiàn)熱傳作用的，即管內(nèi)工質(zhì)首先吸收外界熱量發(fā)生相變并蒸發(fā)，然后在管內(nèi)另一頭某一位置放熱給換熱體而自身又冷凝成液態(tài)，緊接著在無(wú)任何外加動(dòng)力的作用下，僅僅借助于管內(nèi)的毛細(xì)吸液芯所產(chǎn)生的毛細(xì)力冷凝液體又回到原始相變蒸發(fā)位置，然后吸收外界熱量發(fā)生相變并蒸發(fā)，如此反復(fù)循環(huán)，從而達(dá)到熱量從一處輸送到另一處的目的。熱管不同于傳統(tǒng)的換熱設(shè)備，其結(jié)構(gòu)緊湊，工作液體在內(nèi)部循環(huán)，并不借助于外部動(dòng)力作用進(jìn)行流動(dòng)，與其進(jìn)行換熱的冷熱流體只要在其蒸發(fā)段和冷凝段外部流動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)冷熱流體間的熱交換。流體阻力損失小、工作簡(jiǎn)單，而且連續(xù)進(jìn)行，再加上熱管本身所具有的優(yōu)異導(dǎo)熱性、優(yōu)良的等溫性、熱流方向的可逆性、熱流密度可變性、熱二極管與熱開關(guān)性、可遠(yuǎn)距離傳熱性以及對(duì)環(huán)境好的適應(yīng)性等特性，熱管技術(shù)實(shí)際上一曝光，便吸引了諸多研究者的注意。以熱管為傳熱元件的換熱器，不僅僅在節(jié)能方面用途廣泛，而且在航天、航天器的均溫和控溫、新能源開發(fā)、電腦散熱、空調(diào)制冷、恒溫反應(yīng)等方面都得到了應(yīng)用，隨著科技水平的不斷提高，其應(yīng)用已涉及冶金、化工、機(jī)械、交通、電子、電力、石化、能源、動(dòng)力、輕工、玻璃、陶瓷及醫(yī)療等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，而且其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。1.2熱管技術(shù)1942年美國(guó)人Grover首次提出了“熱傳遞裝置”這一概念，這也是熱管的最初雛形，并以之為名取得可相關(guān)專利。20世紀(jì)60年代，由于航空航天對(duì)傳熱的需要，美國(guó)LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首次將熱管成功硬功于飛船與核反應(yīng)堆的冷卻傳熱，并為其起名為“熱管”，之后熱管引起了各國(guó)學(xué)者的極大興趣和關(guān)注。1966年Katzoff發(fā)明了帶有干道的熱管，對(duì)熱管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使熱管向?qū)嵱没蚯斑~進(jìn)了一大步。第一臺(tái)帶翅片的熱管式空氣加熱器也是日本70年代研發(fā)成功的，70年代美國(guó)已開始批量生產(chǎn)熱管式換熱器，用于回收余熱，也是熱管向工業(yè)應(yīng)用進(jìn)軍的開始。微型熱管是1984年Cotter提出的，對(duì)其也進(jìn)行了較完整的理論研究。我國(guó)對(duì)熱管的研究起步較晚，是從20世紀(jì)70年代后期開始的，熱管換熱器研究成果于1980年首先在南京工業(yè)裝飾上得到了應(yīng)用，在其之后又陸續(xù)開發(fā)出了高爐熱風(fēng)余熱回收碳鋼-水空氣預(yù)熱器、鍋爐煙道氣余熱回收熱管式換熱器等產(chǎn)品，逐步形成了我國(guó)特色的以鍋爐余熱回收利用為主的熱管式換熱器。近年來(lái)我國(guó)熱管技術(shù)的開發(fā)研究發(fā)展迅速，工業(yè)化應(yīng)用成果豐富，熱管應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，主要集中在煙氣的余熱回收、干燥過(guò)程中的節(jié)能、能源的合理利用、航天航空等方面，并且受到了很好的節(jié)能降耗效果，熱管余熱鍋爐、熱管氣-氣換熱器、高溫?zé)峁軣犸L(fēng)爐、高溫?zé)峁苷羝l(fā)生器等熱管產(chǎn)品也相繼開發(fā)出來(lái)了，這些奠定了熱管技術(shù)在我國(guó)工業(yè)應(yīng)用中的基礎(chǔ)。1.3熱管的分類迄今為止，開發(fā)出來(lái)的熱管類型很多，按照熱管的工作原理分類，主要有：虹吸式熱管、重力熱管、離心熱管；按照冷熱流體換熱溫度分類，熱管主要分為：低溫?zé)峁?、常溫?zé)峁?、中溫?zé)峁?、高溫?zé)峁埽桓鶕?jù)熱管結(jié)構(gòu)的不同，可分為：軸向熱管和徑向熱管；按有無(wú)翅片分為：光管和加翅熱管；按熱管外形的不同，熱管主要有平板型熱管、環(huán)狀熱管、管式熱管、脈動(dòng)熱管等不同類型的熱管；按管殼與工質(zhì)的組合方式熱管有不同的種類：銅-水熱管、碳鋼-水熱管、碳鋼-萘熱管、碳鋼-甲醇熱管、鋁-丙酮熱管，不銹鋼-鈉熱管、陶瓷-鈉熱管等等。1.4.虹吸式熱管工作方式及原理典型的虹吸式熱管由管殼、吸液芯、工作液體（工質(zhì)）、端蓋和翅片組成，管殼通常由金屬制成，翅片是為了與管外流體換熱更迅速而安設(shè)的，虹吸式熱管以工質(zhì)潛熱的形式傳遞熱量。熱虹式熱管在制作時(shí)，首先將管內(nèi)抽成一定的負(fù)壓，然后利用負(fù)壓將工作液體吸入、這樣才可以比較容易地使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)多孔材料中完全充滿工作液體，工作液體充分充入管內(nèi)后然后加以密封，這樣就制成立刻虹式熱管，熱虹式熱管的一端設(shè)計(jì)為蒸發(fā)段（加熱段），另一端為冷凝段（冷卻段），根據(jù)應(yīng)用需要在兩段之間布設(shè)一定長(zhǎng)度的絕熱段，額可以看出熱虹式熱流方向的可逆性是相當(dāng)好的。虹吸式熱管開始工作室，首先熱管的蒸發(fā)段和管外流體進(jìn)行接觸，使管殼受熱，由于管殼是熱的良導(dǎo)體，迅速將熱傳至管內(nèi)工質(zhì)，當(dāng)熱管內(nèi)蒸發(fā)段工質(zhì)受熱后，工質(zhì)發(fā)生相變并蒸發(fā)汽化，微小的蒸汽壓驅(qū)使蒸汽流向另一端冷凝段，然后在另一頭冷凝段接觸到冷端吸液芯，放熱給換熱體而自身又冷凝成液態(tài)并放出潛熱，緊接著無(wú)任何外加動(dòng)力的作用下，僅僅借助于管內(nèi)的毛細(xì)吸液芯所產(chǎn)生的毛細(xì)力，冷凝液體又回到了蒸發(fā)段相變蒸發(fā)位置，然后繼續(xù)吸收外界熱量發(fā)生相變并蒸發(fā)，如此反復(fù)循環(huán)，由工質(zhì)不斷的蒸發(fā)和冷凝，把熱量不斷地從熱端傳遞到冷端，從而達(dá)到熱量從一處輸送到另一處實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移的目的。 1.5熱管換熱器熱管換熱器是熱管的應(yīng)用形式，是由多根熱管元件制作而成、具有一定結(jié)構(gòu)的換熱設(shè)備。熱管換熱器的形式很多，根據(jù)具體的用途，可以分為余熱蒸汽型、空氣預(yù)熱型、余熱干燥型和冷卻冷凝型等等，可以根據(jù)傳熱總面積和熱管的具體尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行熱管換熱器的設(shè)計(jì)、整形和安裝使用。以處理的對(duì)象來(lái)分，熱管換熱器目前主要以低溫?fù)Q熱和中高溫?fù)Q熱為主要目的，如空調(diào)器熱管就屬于低溫型熱管，而鍋爐尾氣余熱利用熱管則屬于中高溫?zé)峁?。熱管的材料主要是選用碳鋼，一般水為工質(zhì)，這類熱管換熱器在空氣預(yù)熱、蒸汽發(fā)生等余熱回收、節(jié)能環(huán)保裝置應(yīng)用最為廣泛。與熱管換熱器進(jìn)行熱交換的外界冷熱流體只是以熱管為中間熱量傳遞介質(zhì)，在管外流動(dòng)，通常可以通過(guò)加裝翅片的方式增大其與冷熱流體傳熱的傳熱面積，也可以通過(guò)增加絕熱段的長(zhǎng)度使其進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱量傳輸，還可以將其做成平面狀鋪設(shè)在路基、路面以下保護(hù)路面不受嚴(yán)寒的侵蝕，或者放置路面以下凍冰的融化。熱管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換熱效率高，我國(guó)第一臺(tái)高爐熱管空氣預(yù)熱器是1982年在馬鞍山第一煉鐵廠正式投用。1.6熱管換熱器的優(yōu)點(diǎn)與其他換熱器相比，熱管換熱器的優(yōu)點(diǎn)如下：換熱效率高安全性、可靠性更高無(wú)任何外加動(dòng)力強(qiáng)化傳熱很方便防積、堵灰能力熱管壁溫的可調(diào)性布置靈活除此之外，熱管換熱器還具有受傳熱極限的制約少，熱流密度可變、冷熱源完全隔離、不存在相互污染、維護(hù)費(fèi)少、密封簡(jiǎn)單可靠、容易清灰等優(yōu)點(diǎn)。1.7.熱管換熱器使用中存在的問(wèn)題熱管換熱器在實(shí)際應(yīng)用中出了有六中所說(shuō)的優(yōu)點(diǎn)之外，也存在如下問(wèn)題需要得到很好地解決。特定管材和使用溫度的工質(zhì)研究熱管結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)和確定高溫?zé)峁苋允菬峁荛_發(fā)的難點(diǎn)1.8為什么要研究熱管以及熱管的主要用途研究熱管式因?yàn)闊峁艿膽?yīng)用已經(jīng)非常廣泛，大至航空航天，小到芯片散熱，有熱交換的地方，都可能用到熱管及熱管換熱器。熱管在冶金、機(jī)械、交通、電力、輕紡、化工、石化、能源、動(dòng)力、電子、玻璃、輕工、陶瓷、制冷空調(diào)及醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛了。1.9熱管及熱管換熱器的最新進(jìn)展熱管技術(shù)經(jīng)過(guò)50年的快速發(fā)展，目前已經(jīng)在各行各業(yè)發(fā)揮著巨大作用，未來(lái)將朝著更加高效、微型化、大規(guī)?；较虬l(fā)展。熱管結(jié)構(gòu)和工質(zhì)的改進(jìn)仍是提高熱管性能和實(shí)用性的重要途徑；熱管的均溫、熱屏蔽及可分離特性，將為解決化學(xué)反應(yīng)器中溫度分布不均勻及核反應(yīng)堆殼體的安全散熱等問(wèn)題提供新的方法。南京工業(yè)大學(xué)“無(wú)限逼近”最適宜反應(yīng)溫度的熱管化學(xué)反應(yīng)器熱管式氨合成塔的研制成功，標(biāo)志著我國(guó)在朝著高效熱管工業(yè)反應(yīng)器研究領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。熱管的熱流變化及自吹灰特性是防止工業(yè)換熱設(shè)備露點(diǎn)腐蝕及灰塵堵塞的重要技術(shù)保障。該技術(shù)已在小化肥煤造氣爐的余熱回收、大型電站鍋爐的空氣預(yù)熱器、高溫燃煤熱風(fēng)爐的應(yīng)用中得到了充分證實(shí)。液態(tài)金屬熱管的研發(fā)成功及制造成本的下降，將使在超高溫反應(yīng)設(shè)備中連續(xù)取熱成為可能，實(shí)現(xiàn)煤造氣爐的連續(xù)制氣、核電工程的新型熱管蒸汽發(fā)生器、緊湊高效液態(tài)金屬熱管換熱器技術(shù)的完善，將取代玻璃、冶金等工業(yè)中的陶瓷換熱器?？傊?，熱管技術(shù)將隨著行業(yè)結(jié)束的進(jìn)步和需要的不斷的進(jìn)步面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，未來(lái)新的局面可以期待。1.10鍋爐的已知參數(shù)根據(jù)熱管式空氣預(yù)熱器任務(wù)說(shuō)明書，已知設(shè)計(jì)參數(shù)：燃煤鍋爐蒸發(fā)量10t/h；飽和蒸氣壓力0.49MPa；給水參數(shù)常溫；排污率3％；排煙溫度160℃；空氣預(yù)熱溫度120℃。第二章鍋爐及其煤種的選擇2.1鍋爐的選擇根據(jù)以上給定參數(shù)，已知鍋爐的蒸發(fā)量為10t/h,由[1]在我國(guó)一般35t/h以下的鍋爐多采用鏈條爐排，因此設(shè)計(jì)選擇燃燒方式為鏈條爐排。鏈條爐排包括拋煤機(jī)反轉(zhuǎn)鏈條爐排在內(nèi)。具有設(shè)備簡(jiǎn)單，能耗低的優(yōu)點(diǎn)。鏈條爐排的效率是大于76%[1]，故取。2.2燃料選擇鏈條爐排也有缺點(diǎn)：燃燒效率較低，對(duì)煤的粒度分布、焦結(jié)性比較敏感，燃燒不同煤種時(shí)爐拱的結(jié)構(gòu)不同，難以通用不同煤種，所以本次設(shè)計(jì)選擇淄博貧煤。淄博貧煤的主要元素成分：Mar=4.3%；Aar=22.6%；Car=64.8%；Har=3.1%；Oar=1.6%Nar=1.0%；Sar=2.6%低位發(fā)熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的燃料在完全燃燒時(shí)所發(fā)出的熱量被稱為發(fā)熱量，高位發(fā)熱量是指1kg燃料完全燃燒時(shí)放出的全部熱量，包括煙氣中水蒸汽已凝結(jié)成水所放出的汽化潛熱。從燃料的高位發(fā)熱量中扣除煙氣中水蒸汽的汽化潛熱，被稱為燃料的低位發(fā)熱量。查得，淄博貧煤的低位發(fā)熱量：第三章燃料燃燒產(chǎn)物的計(jì)算3.1理論空氣量理論空氣量：1kg燃料完全燃燒時(shí)所需要的最少空氣量（空氣中不含剩余的氧）?？傻茫海?-1）（3-2）所以，燃燒1kg燃料完全燃燒時(shí)所需要的最少空氣量為8.55kg。3.2燃燒產(chǎn)物計(jì)算燃燒產(chǎn)物是指在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣及其煙氣攜帶的灰粒以及炭粒。鍋爐的燃燒產(chǎn)物計(jì)算主要包括燃燒后的煙氣量以及煙氣的組成。（1）理論二氧化碳和二氧化硫的體積（）（3-3）（3-4）（3-5）（2）理論氮?dú)怏w積（）是由燃料中的氮所占的體積以及理論空氣中量中的氮所占的體積兩個(gè)部分組成的。（3-6）（3）理論水蒸氣體積（）含有水蒸氣的煙氣被稱為濕煙氣。由燃料中的氫完全燃燒生成的水蒸氣體積、燃料中的水汽化生成的水蒸氣的體積、理論空氣量帶入的水蒸氣體積以及采用蒸汽霧化設(shè)備帶入的水蒸氣體積。(3-7)（4）理論煙氣量（）在過(guò)量空氣系數(shù)α=1（無(wú)過(guò)量空氣），完全燃燒后的煙氣體積為理論煙氣量。(3-8)（5）過(guò)量空氣系數(shù)（ɑ）實(shí)際供給的氧量與燃燒過(guò)程的實(shí)際消耗的氧量之比被稱為過(guò)量空氣系數(shù)（ɑ）。鍋爐通常是負(fù)壓運(yùn)行，由于爐墻和穿墻處不嚴(yán)密，因此煙道沿程均有空氣漏出，即為計(jì)算中需要考慮的漏風(fēng)系數(shù)。根據(jù)ɑ的值的大小與燃燒方法及燃料的性質(zhì)有關(guān)，一般對(duì)煤炭來(lái)說(shuō)ɑ=1.15～1.35[1]。選擇爐膛的過(guò)量空氣系數(shù)ɑ=1.2，考慮漏風(fēng)系數(shù)，得到ɑ=1.46。（6）實(shí)際煙氣量（）當(dāng)ɑ>1時(shí)，所產(chǎn)生的煙氣量中，還需增加過(guò)剩的空氣量以及過(guò)量空氣帶入的水蒸氣量，即為實(shí)際煙氣量。（3-9）實(shí)際干煙氣量：（3-10）（7）體積份額三原子氣體體積份額：（3-11）水蒸氣體積份額：（3-12）氮?dú)怏w積份額：（3-13）（8）焓的計(jì)算在熱力學(xué)中，分子、原子、離子做熱運(yùn)動(dòng)時(shí)遵從相同的規(guī)律，所以統(tǒng)稱為分子。既然組成物體的分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，那么，像一切運(yùn)動(dòng)著的物體一樣，做熱運(yùn)動(dòng)的分子也具有動(dòng)能。分子動(dòng)能與溫度有關(guān)，溫度越高，分子的平均動(dòng)能就越大，反之越小。所以從分子動(dòng)理論的角度看，溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志（即微觀含義，宏觀：表示物體的冷熱程度）。分子間存在相互作用力，即化學(xué)上所說(shuō)的分子間作用力（范德華力）。實(shí)際燃燒產(chǎn)物（煙氣）的焓由理論燃燒煙氣焓（）、過(guò)量空氣的焓以及飛灰焓三個(gè)部分組成。（3-14）各個(gè)溫度段的焓值如表2-1表2-2所示。表2-1焓溫表序號(hào)123456789t,(℃)CCO210017020913067915176991132897200358440260135930515320082661803300559687390203946323330534032726表2-2焓值表[℃][kj/kg][kj/kg]1.411009918977227442002008180314667443003053272622357683.3燃煤量計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)鍋爐消耗的燃料量稱為燃煤量。鍋爐總吸熱量（3-15）查表[2]，由飽和蒸汽壓力為0.49MPa,可以得出排污率：過(guò)熱蒸汽出口焓：飽和水焓：給水焓：（3-16）所以由于有機(jī)械未完全燃燒熱損失q4存在，1kg入爐燃料實(shí)際上只有0.97kg參加燃燒后應(yīng)。通常把扣除機(jī)械未完全燃燒熱損失后的燃煤量稱為計(jì)算燃煤量。（3-17）所以第四章熱管式空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)4.1熱管材料的選擇4.1.1工質(zhì)和管材的選擇管內(nèi)工質(zhì)的工作溫度，可以用下式進(jìn)行計(jì)算：（4-1）所以根據(jù)[3]查表,水的使用溫度為30~200°C，所以工質(zhì)選擇水最為合適。以水為工質(zhì)，應(yīng)選用銅管為管殼材料，但熱管管殼的選擇必須考慮到管殼與水的化學(xué)相容性、管殼的強(qiáng)度以及經(jīng)濟(jì)性。由于碳鋼管的強(qiáng)度可滿足要求，價(jià)格便宜并且導(dǎo)熱系數(shù)比較大，故選擇碳鋼管作為管殼材料。4.1.2放置形式以及芯結(jié)構(gòu)的選擇因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)煙道是水平的，故采用重力式熱管，將熱管垂直放置。這種熱管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，傳熱效果好，是余熱回收中比較理想的結(jié)構(gòu)。并且重力式熱管沒(méi)有吸液芯結(jié)構(gòu)，直接采用內(nèi)壁光滑的無(wú)芯熱管。4.2酸露點(diǎn)的計(jì)算煙氣中的水蒸氣和硫酸蒸汽按照一定的規(guī)律，在受熱面上凝結(jié)。水蒸氣和硫酸蒸汽的分壓總和為一個(gè)定值時(shí)，硫酸蒸汽的濃度增加時(shí)，露點(diǎn)升高。結(jié)出的液體中的硫酸的濃度對(duì)受熱面腐蝕的速度影響很大。濃硫酸對(duì)鋼材的腐蝕速度很低，而濃度較稀的硫酸腐蝕速度較快，腐蝕作用強(qiáng)烈。煙氣的酸露點(diǎn)可以用下面的經(jīng)驗(yàn)公式估算：（4-2）式中：——煙氣的酸露點(diǎn)，℃;——煙氣的水蒸氣露點(diǎn)，℃；——與過(guò)量空氣系數(shù)有關(guān)的常數(shù)，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；——收到基折算（每1000kj的折算值）硫份及灰份，%；——飛灰占總灰分的份額。水露點(diǎn)可以根據(jù)煙氣的水蒸氣的含量（）計(jì)算：（4-3）所以4.3已知條件計(jì)算因?yàn)樗崧饵c(diǎn)為85℃，因此可以認(rèn)為煙氣的出口溫度=100℃，煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器的溫度為=160℃?？諝膺M(jìn)入空氣預(yù)熱器的溫度為=20℃，空氣預(yù)熱溫度為=120℃。所以煙氣質(zhì)量流量：（4-4）且（4-5）所以又因?yàn)樗詿煔獗葻崆?4-6)所以4.4熱管及翅片尺寸的選擇4.4.1熱管管徑的選擇(1)由聲速極限確定管徑(4-7)聲速極限管徑管內(nèi)蒸汽密度管內(nèi)蒸汽壓力氣化潛熱聲速極限的傳熱量取，由于熱管工作的平均溫度為，在時(shí)啟動(dòng),查干飽和水蒸氣的物理性質(zhì)表得所以(2)由攜帶極限確定所要求的管徑(4-8)蒸汽流通截面積攜帶極限氣化潛熱液體密度蒸汽密度表面張力當(dāng)時(shí)，得為了安全考慮取熱管內(nèi)徑，取壁厚。得內(nèi)徑，外徑。4.4.2翅片的尺寸選擇因?yàn)槭菤?氣型換熱，兩邊皆采用擴(kuò)展表面。纏繞的環(huán)狀翅片管?？紤]到煙氣的腐蝕性，采用片厚為0.8mm的翅片，翅片管的其他幾何特性，見表4-1。表4-1管子選定尺寸光管外徑d0光管內(nèi)徑di翅片外徑df翅片高度H翅片厚度δ翅片間隙Y翅片比β25225012．50.83.210.64.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.5.1入口質(zhì)量流速的選擇取煙氣側(cè)的迎風(fēng)質(zhì)量流速為：計(jì)算空氣側(cè)質(zhì)量流速計(jì)算為：（4-9）所以4.5.2考慮安全長(zhǎng)度比和經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)度比安全長(zhǎng)度比：所選的熱管，管內(nèi)許用溫度=250℃，該熱管空氣預(yù)熱器的工作環(huán)境溫度最高處，煙氣熱管煙氣進(jìn)口溫度為℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于管內(nèi)的許用溫度，因此熱管的工作是安全的。經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)度比：所以設(shè)計(jì)蒸發(fā)段和冷凝段長(zhǎng)度的比值在0.786左右比較合適。4.5.3設(shè)計(jì)進(jìn)口界面尺寸以及熱管的尺寸選擇煙氣側(cè)迎風(fēng)面積的計(jì)算：空氣側(cè)迎風(fēng)面積的計(jì)算：由于都在左右，經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)度比為0.786，為了設(shè)計(jì)的方便簡(jiǎn)潔，所以空氣預(yù)熱器的寬度選擇為2000mm，熱管的蒸發(fā)段和冷凝段都選擇為800mm,絕熱段選擇為100mm?？諝忸A(yù)熱器的蒸發(fā)段的實(shí)際迎風(fēng)面積為：空氣側(cè)實(shí)際迎風(fēng)面積為：在上述的的迎風(fēng)面積下，實(shí)際的煙氣的質(zhì)量流量為：（4-9）所以實(shí)際的空氣側(cè)的質(zhì)量流量為：（4-10）所以取橫向管間距第一排管子數(shù)第一排的管子的傳熱面積：（4-11）由于翅片的管束的幾何特性計(jì)算，氣體的最窄流通面積為入口迎風(fēng)面積的二分之一，故最窄流通截面處的最大質(zhì)量流速為4.6傳熱計(jì)算4.6.1傳熱系數(shù)的計(jì)算中點(diǎn)溫度下的物性值對(duì)于煙氣而言：中點(diǎn)溫度（4-12）所以根據(jù)[1],查煙氣的物理性質(zhì)參數(shù)如下：對(duì)于空氣而言：中點(diǎn)溫度（4-13）查表可以得出空氣的物理性質(zhì)參數(shù)：4.6.2蒸發(fā)段傳熱系數(shù)和冷凝段傳熱系數(shù)以翅片管外表面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)計(jì)算[2]如下(4-14)以光管為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)：(4-15)查表得[2],翅片的效率為：翅片數(shù)目：翅片面積：裸管面積，即翅片之間的光管面積：（4-16）所以光管面積：（4-17）所以翅化比：（4-18）所以即，在加翅片后的傳熱面積為原來(lái)的光管的面積的10.6倍。因此同理，冷凝段的傳熱系數(shù)4.6.3熱管管壁的熱阻計(jì)算取熱管鋼管，兩個(gè)管壁的熱阻為：（4-19）所以4.6.4污垢熱阻的計(jì)算考慮到燃煤的煙氣，得4.6.5加上污垢熱阻的傳熱系數(shù)(4-20)解得： 4.6.6傳熱的平均溫差計(jì)算選擇流動(dòng)方式為順流，因此可得：煙氣的入口溫度：煙氣的出口溫度：空氣的入口溫度：空氣的出口溫度：（4-21）（4-22）計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫度：（4-23）所以4.6.7傳熱面積計(jì)算（4-24）所以所需要的管子數(shù)（4-25）所以考慮設(shè)計(jì)，選擇用20排，每排21/20根管子，按照差排排列。每根管的平均的傳熱的熱負(fù)荷為：（4-26）所以4.7管壁溫度計(jì)算根據(jù)換熱的結(jié)果，熱管式空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)的最末段一排管束的管壁溫度最低，因此是最容易發(fā)生酸性氣體和水汽露點(diǎn)腐蝕的現(xiàn)象，因此根據(jù)公式計(jì)算壁面溫度：