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换热器的计算举例

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换热器的计算举例条件:

1.空气量4100m3/h

2.空气预热温度t空=300 0C (冷空气为20 0C) 3.烟气量V＇＇烟＝6500m3/h (烟气温度为7000C) 4.烟气成分（体积％）CO2 H2o O2N219.4 7.5 2.1 71.0

5.换热器的型式及材质型式：直管形平滑钢管换热器材质：换热管采用Ф 60*3.5毫米无缝钢管

材质16Mn钢最高使用温度小于4500C 计算举例：

一. 主要热之参数的确定１.入换热器空气的温度t＇空=200C出换热器空气的温度t＇＇空=3000C

2.入换热器空气量取换热器本身的漏损及管道漏损 3%

则V真实=1.03 V＇空=1.03×4100=4223m/h或 V空=1.03V＇空/3600=4223/3600=1.17m/s

3.入换热器烟气的温度考虑16Mn铜的最高温度不大于450℃。初步确定入换热器的烟气温度t′烟=550℃，稀释导数确定如下：

烟气700℃的比热为：C烟（700）

=0.01（0.501×19.4+0.392×7.5+0.342×2.1+0.325×71）=0.365KJ／m3℃烟气在550℃的比热为：

C烟（500）=0.01(0.484×19.4+0.383×7.5+0.337×2.1+0.321×71)

=0.358 KJ／m3℃20℃空气的比热为0.311 KJ／m3℃则φ=（i1-i2）/(i2-i0）

=(0.365×700-0.385×550)／（0.358×550-0.311×20）=0.309

4.入换热器的烟气量V烟=（1+φ）V′烟=（1+0.309）×6500

=8508.5m3／h 或

V烟=8508.5／3600=2.36m3／s

5.烟气成分（%）

VCO2= V′CO2（V′烟/V烟）=19.4×6500/8508.5=14.82 VH20=V′H2O（V′烟/V烟）=7.5×6500/8508.5=5.73 VO2=（V′O2+21φ）V′烟/V烟 =（2.1+21×0.309）×6500/8508.5 =6.56

VN2=（V′N2+79φ）V′烟/V烟 =（71+79×0.309）×6500/8508.5 =72.89

Σ=100 6.计算换热气的烟气温度

取换热气绝热效率η换=0.90.先假定烟气出口温度为400℃。烟气入口温度为550℃时的比热

C′烟（550）=0.01（0.484×14.82+0.383×5.73 +0.337×6.56+0.321×72.89）

=0.350 kJ/m2 ?℃烟气为4000C时的比热C烟=0.01(0.463×14.82+0.374×5.73+0.330×6.56+0.316×72.89)

=0.342kj/m3 0C 稀释用空气量：V空=φ V′烟=0.309×6500=2008.5m3／h

t〞烟＝η换V烟C′烟t′烟-V空(C〞空t〞空-C′空t′空)/η换V＇烟Cˊ烟=0.90×8508.5×0.350×550-4223(0.315×300-0.311×20)/0.90×0.342×8508.5 ＝400.450C 与假设的4000C相接近，故确定烟气出口温度

t〝〞烟=4000C 二.有效换热量

Q效=V空(C〞空t〞空-C＇空t＇空) =4223×(0.315×300-0.311×20) =372806.4kj/h

三．烟气和空气平均温度差烟气和空气在换热器内为正交逆流

因此：△t始=t′烟-t〞空=550-300=250℃

t终= t〞烟- t′空=400-20=380℃空气具有的实际流通面积

f空=N f0=80×0.0022=0.176m2

空气的实际流速

W空= V空/f空=1.17/0.176=6.648m/s 烟气在管外流动，换热器成交错式排列，并取管中心距S1=S2=S=2d=2×0.06=0.12m。在垂直烟气流动的断面上m=10列管，则沿气流方向

上排列：n=N/m=70/10=7列管群排列方式如下图

601201206010*20=12007*120=840

上图见课程设计资料（要可到学习委

员处借阅也可拿去复印）第六页

△t终/△t始=380/250=1.52＜2 故可取算术平均值

△t均=1/2(△t始+△t终)=1/2(250+380)=315℃正交逆流，乘以修正系数￡△t=0.98 则△tm=ε△t△t均=0.98×315=309℃

四．换热器内换热管的排列Φ60×3.5mm无缝钢管的流通截面积f0=0.0022m2取空气在馆内流

动的流速W′空=10m/s(适宜经验取值为5-10m/s) 则一个行程内空气应具有的流通面积：

f′空=V空/W空=1.17/6.7=0.175 m2

一个行程内换热器的根数为

N= f′空/ f0=0.175/0.0022=79.5≈80 根取烟气在管群最窄截面处的流速W烟=2.7m/s（经验取值：2-4m/s）则烟气具有的流通截面：

f′烟= V烟/W′烟=2.36/2.7=0.84m管群最窄截面的管间宽度a=s1-d=0.12-0.06=0.06m

则烟气通道具有的高度：

b= f′烟/ma=0.87/（10×0.06）=1.45m 取换热管长度l=1.6m则实际烟气的流通截面为：

f烟=mal=10×0.06×1.6=0.96m2

实际烟气流速：W烟= V烟/ f烟=2.36/0.96=2.46m/s

五．空气给热系数空气平均温度t空=1/2(t〞空+ t′空)=1/(300+200)=160℃因W空=9.94n=m/s管内直径D=0.053m

查图3-2得：Re=18000（紊流）查图3-6得：空气对流给热系数a0=28KJ/m2h℃

因空气层加热，需乘修正系数k′t为此设壁温t壁=250℃则T空/ T壁=(160+273)/(250+273)=0.828 查图3-5得k′t=0.91 取管道长度的补正系数kt=1.05 则空气给热系数：a空=a0ktk′t=28×1.05×0.91=26.75 KJ/m2h℃

六．烟气给热系数1.对流给热系数

烟气平均温度

T烟=1/2(t〞烟+ t′烟)=1/2(550+400)=475℃475℃时烟气各组成的运动粘度系数查得：Vco2=43.2×10-6vH2O=87.9×10-6vO2=71.1×10-6

vN2=70.9×10-6m2/s 烟气近似运动粘度

V烟=1/( Vco2/ vco2+VH2O/ vH2o+VO2/ vO2+VN2/ vN2) =1×10-6/(0.1482/43.2+0.0573/87.9+0.0656/71.1+0.728/70.9)

=65.47×10-6m2/s 烟气雷诺系数：

Re=wd/v=[2.46×（1+475/273）×0.06]/65.47×10-6=6177 查图3-12 a0=34 KJ/m2h℃取修正系数 k=0.96

则a烟对=34×0.96=32.64 KJ/m2h℃2.辐射给热系数

烟气有效射线长度l=2.8x=2.8（0.12-0.06）=0.168m Pco2l= Vco2l=0.1482×0.168=0.0249m.atm PH2O= VH2Ol=0.0573×0.168=0.00963m.atm 查图3-16，3-17，3-18 t烟=475℃εco2=0.07 ε＇H2O=0.037 β=1.02

ε烟=εco2+βε＇H2O=0.07+1.02×0.037=0.108 当t烟= t壁=250℃时

εco2=0.062 ε＇H2O=0.048 β=1.02 ε＇烟=0.062+1.02×0.048=0.111 取管壁黑度ξ壁=0.8

C导=4.88/(1/ε＇烟+1/ε壁-1)=4.88/(1/0.111+1/0.8-1) =0.528 KJ/m2h℃

a辐烟= C导【ε烟/ε＇烟(T烟/100)4-( T壁/100)】/(t烟-t壁)=11.6 KJ/m2h℃则a烟= a辐烟+a烟对=32.64+11.6=44.24KJ/m2h℃七．传热系数

不考虑管壁及污垢热阻

1/K=1/a空+1/a烟K= a空a烟/( a烟+ a空)=(44.24×26.75)/(26.75+44.24)=16.67 KJ/m2h℃八．有效换热面积A=Q/k△tm=372806.4/(16.67×309)=72.38m2

考虑烟尘沾污换热管使传热降底，故增加10%的换热面

A=1.1×72.38=79.62 m2

九．换热器的引程

a辐烟= C导【ε烟/ε＇烟(T烟/100)4-( T壁/100)】/(t烟-t壁)=11.6 KJ/m2h℃则a烟= a辐烟+a烟对=32.64+11.6=44.24KJ/m2h℃七．传热系数不考虑管壁及污垢热阻

1/K=1/a空+1/a烟K= a空a烟/( a烟+ a空)=(44.24×26.75)/(26.75+44.24)=16.67 KJ/m2h℃

八．有效换热面积A=Q/k△tm=372806.4/(16.67×309)=72.38m2

考虑烟尘沾污换热管使传热降底，故增加10%的换热面

A=1.1×72.38=79.62 m2

九．换热器的引程

a辐烟= C导【ε烟/ε＇烟(T烟/100)4-( T壁/100)】/(t烟-t壁)=11.6 KJ/m2h℃则a烟= a辐烟+a烟对=32.64+11.6=44.24KJ/m2h℃七．传热系数

不考虑管壁及污垢热阻

1/K=1/a空+1/a烟K= a空a烟/( a烟+ a空)=(44.24×26.75)/(26.75+44.24)=16.67 KJ/m2h℃八．有效换热面积A=Q/k△tm=372806.4/(16.67×309)=72.38m2

考虑烟尘沾污换热管使传热降底，故增加10%的换热面

A=1.1×72.38=79.62 m2

九．换热器的引程Φ60×3.5mm无缝钢管每米长的加热面f=0.178m2

则一个引程的加热面：A＇=Nfl=80×0.178×1.6=22.784 m2

换热器的引程：M=A/ A＇=79.62/22.784=3.49≈4引程换热器的总加热面：4×22.784=91.14 m2

十．换热器的实际传热系数（设计值）

K=372806.4/(91.14×309)=13.24 KJ/m2h℃

十一.壁温(平均) T壁= （a烟t烟+ a空t 空）/( a烟+ a空) =(44.24×475+26.75×160)/(44.24+26.75) =356.3℃换热器的技术性能：

加热面79.5m2

换热方式4行程正交逆流空气出口温度300℃

空气入口温度 20℃空气量 5500m3/h

烟气入口温度 550℃烟气出口温度 400℃入换热器烟气量 9170 m3/h

空气流速 9.94 m/s 烟气流速 2.65 m/s

传热系数 22.3KJ/m2h℃管壁温度230℃换热管尺寸Φ60×3.5mm 换热管根数 280根

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换热器计算

换热器计算

烟道排烟量(Nm3/h)22121吸入冷风后排烟量(Nm3/h)

烟气量(Nm3/h)24333.10烟气预热前温度(℃)预热煤气量(Nm3/h)23100煤气预热前温度(℃)换热面积计算换热的对数平均温差(℃)310.48修正系数预热前煤气热容(kcal/m3.℃)0.314预热后煤气热容(kcal/m3.℃)换热量(kcal/h)2595747换热面积(m2)换热器结构计算选用管子外径(m)0.057选用管子壁厚(m)管子单位受热面积(m2/m)0.168075065所需管子总长度(m)每根管子长度(m)2.4每组每行程管子根数(根)管子间距(m)0.1管子列数单根管子流通面积(m2)0.0019625煤气速度校核(m/s)换热器计算

换热器设计的基本条件为：（采用2行程换热器，共2组）平均传热系数(kcal/m2.h.℃)

说明：蓝色区域为已知量，橙色区域为计算量24333.1

600烟气预热后温度(℃)40020煤气预热后温度(℃)350260.98修正后温差304.270.339328.120.00351952.225483最窄处烟气的流通面积(m2)1.351838889203.25取整20414.09921404管子排数14.468891638.043392536算

热交换器计算示例-精

热交换器计算示例-精

《热交换器计算示例》

2.6 管壳式热交换器

[例2.2] 试对固定管板的管壳式煤油冷却器进行传热计算、结构计算和阻力计算。在该热交换器中，要求将14 t/h的T-1煤油由140 ℃冷却到40 ℃，冷却水的进、出口水温为30 ℃和40 ℃，煤油的工作表压力为0.1 MPa，水的工作表压力为0.3 MPa。

[解]

由已知条件，选用两台〈1－2〉型管壳式热交换器串联工作，水的结垢性强，工作压力也较高，故使其在管程流动，而煤油的温度、压力均不高，且较洁净，在壳程流动也是合适的，计算过程和结果列于表2.11中。

表2.11 例2.2计算表格

项目 符号 单位 计算公式或数据来源 数 值 备注

原始数据 1 煤油进口温度 t′1 ℃ 由题意 140

2 煤油出口温度 t″1 ℃ 由题意 40

3 冷却水进口温度 t′2 ℃ 由题意 30

4 冷却水出口温度 t″2 ℃ 由题意 40

5 煤油工作表压力 p1 MPa 由题意 0.1

6 冷却水工作表压力 p2 MPa 由题意 0.3

7 煤油流量 M1 kg/s 由题意 3.89

流体8 煤油定性温度 tm1 ℃ (t′1+ t″1)/2=(140+40)/2 90

9 煤油比热 cp1 kJ/(kg·℃) 查物性表 2.33 项目 符号 单位 计算公式或数据来源 数 值 备注

的物性参数 10 煤油密度 ρ1 kg/m³ 查物性表 744

11 煤油黏度 μ1 kg/(m·s) 查物性表 604.5×10-6

12 煤油导热系数 λ1 W/(m·℃) 查物性表 0.1028

13 煤油普兰德数 Pr1 — 61111604.51023300.1028pcPr 13.7

14 水的定性温度 tm2 ℃ (t′2+ t″2)/2=(30+40)/2 35

换热器计算 2

换热器计算 2

选用流通管道管径0.07进煤气温度100

冷却水流通截面积m21.52出煤气温度30

冷却水进水温度25冷却水出水温度29煤气中水蒸气含量15需填写数值热交换量Q(W)1050000计算出数值

冷却水量W(t/h)225.5

水的流速u(m/s)0.041

煤气一侧给热系数α1133.4

水在不同温度物理性质：密度ρ(kg/m3)比热cp(j/(m*k))20℃998.241830.58890.001005

30℃995.741740.61760.0008007

40℃992.241740.63380.000656

50℃988.141740.64780.0005494

密度ρ比热cp导热系数λ运动粘度μ

995.741740.61760.0008007

雷诺数Re3588Pr5.41

Nu31.54

水一侧给热系数α2278.3污垢及管壁热阻(m2*k/w)0.0014

总传热系数K(W/(m2*k)80.05

△tm24.9

冷却器传热面积F(m2)527

5.954854382导热系数λ((w/(m*k))运动粘度μ(Pa*s)

选择以上水的性质换热器公式计算716.1678

1.521856

2.5

换热器重量计算

换热器重量计算

设 备 定 货 核 重 表名称：型号：设备类别：用户：热处理：无损检测：防腐要求：表内单位：重量为Kg、长度为mm、表面积为m2计算压力Pc温度材料接头系数直径应力负偏差腐蚀裕量计算厚度设计厚度名义厚度碳钢2.520016MnR(6-16)0.8516001700.85113.9614.9616不锈钢10000#DIV/0!#DIV/0!#DIV/0!序号名称材料材质规格厚度数量单重总重表面积备注1合金钢16MnR热扎DN1800182511.71023.47.3072合金钢16MnR热扎DN3200322864003合金钢16MnR热扎DN140016279.20040000000名称材料材质公称直径厚度长度数量系数重量表面积备注5筒体(管)000000006筒体(板)合金钢16MnR热扎1800181600111291.2379.0477877筒体(板)合金钢16MnR热扎2100204450114653.13229.358188筒体(板)合金钢16MnR热扎18001860011484.21383.392929筒体(板)000000010板0000011板0000012板0000013环板碳钢Q235-B19001221001014环板0000015环板00000名称材料材质外径厚度长度数量单重总重备注16换热管不锈钢00Cr17Ni14Mo2161460053001.729110.61217换热管00000018管子00000019管子0000020管子00000名称材料材质外径厚度锻件级别数量单重总重去管板孔总重备注21管板(板)复合板合金钢16MnR热扎1840106222134425.1812595.91去序号1622管板(锻件)000000去序号1623折流板碳钢Q235-B18001416279.71677.969953.1632去序号16名称材料材质压力型号锻件级别数量单重总重备注24容器法兰47010000Ⅱ0025容器法兰4702碳钢16Mn1DN1000Ⅱ188.5026容器法兰4703碳钢16Mn2.5DN1600Ⅱ544.4027管法兰RF合金钢16Mn2.5DN500Ⅱ76.2028管法兰RF合金钢16Mn1.6DN600Ⅱ88.2029管法兰RF合金钢16Mn1.6DN250Ⅱ13.8030管法兰SO000000031管法兰SO000000032管法兰SO000000033管法兰WN0000Ⅱ0034管法兰WN0000Ⅱ0035管法兰WN0000000名称材料型号型式数量单重总重备注36鞍座DN≤2000碳钢DN1900BI195037鞍座DN>2000碳钢DN2100BII233567038腿式0000039支承式0000040耳式00000名称材料型号压力系数数量单重总重备注41人孔HG2151500常压00042人孔HG21516碳钢DN5000.61117043人孔HG21517碳钢DN50011154044人孔HG21518碳钢DN5002.51230360645其它部件重量（包括：接管、紧固件等小型部件）2000设备内表面积衬材厚度密度重量设备总重去管孔总重4901.00.0025942包括衬层23388编制：时间：其它要求:换热器图号：