热管空气预热器计算

热管换热器计算(2009-02-20 22:50:45)转载标签：热管换热器计算德天热管亚洲热管网热管换热器计算可用热平衡方程式进行计算，对于常温下使用的通风系统中的热管换热器的换热后温度，回收的冷热量也可用下列公式计算，由于公式采用的是显热计算，但实际热回收过程也发生潜热回收，因此计算值较实测值偏小，其发生的潜热回收可作为余量或保险系数考虑。

本文选自【亚洲热管网】热管换热器的计算：1. 热管换热器的效率定义η=t1-t2/t1- t3 (1-1)式t1、t2——新风的进、出口温度（℃）t3——排风的入口温度（℃）2.热管换热器的设计计算一般已知热管换热器的新风和排风的入口温度t1和t3，取新风量L x 与排风量L P相等。

即L x = L P，新风和排风的出口温度按下列公式计算：t2=t1－η(t1－t3) (1-2)t4=t3＋η(t1－t3) (1-3)t4——排风出口温度（℃）回收的热量Q (kW), 负值时为冷量：Q(kW)= L xρX C x（t2-t1）/3600 (1-4)式中L x——新风量（m3/h ）ρx——新风的密度（kg/m3）（一般取1.2 kg/m3）C x——新风的比热容，一般可取1.01kJ/ (kg ·℃)。

3.选用热管换热器时，应注意：1）换热器既可以垂直也可以水平安装，可以几个并联，也可以几个串联；当水平安装时，低温侧上倾5℃~7℃。

2）表面风速宜采用1.5 m/s~3.5m/s。

3）当出风温度低于露点温度或热气流的含湿量较大时，应设计冷凝水排除装置。

4）冷却端为湿工况时，加热端的效率η值应增加，即回收的热量增加。

但仍可按上述公式计算（增加的热量作为安全因素）。

需要确定冷却端（热气流）的终参数时，可按下式确定处理后的焓值，并按处理后的相对湿度为90%左右考虑。

h2=h1－ 36Q/ L×ρ (1-5)式中h1, h2——热气流处理前、后的焓值（kJ/kg）;Q ——按冷气流计算出的回收热量（W）;L ——热气流的风量（m3/h ）；ρ——热气流的密度（kg/m3）。

热管空气预热器
设计说明书
班级： XX1
姓名： XXX 学号： 0 X
目录
热管空气预热器设计任务书 (2)
热管空气预热器热力计算 (3)
热管空气预热器结构设计计算 (10)
热管空气预热器设计任务书
设计题目：热管空气预热器的设计
设计要求：烟气、空气为清洁气体，不含任何杂质，烟气成分按标准烟气进行计算
设计参数：烟气进口温度 t 1h = 280℃ ； 烟气出口温度 t 2h = 180℃ ； 空气进口温度 t 1c = 20℃ ；
烟气流量（标准状况） G h =8000 Nm 3/h ；
空气流量（标准状况） G c =6400 Nm 3/h;
烟气标况下的密度 错误！未找到引用源。

f h =1.295kg/m 3；
空气标况下的密度 错误！未找到引用源。

f c =1.293 kg/m 3
选用水为热管工质，管壳材料为20号锅炉无缝钢管，翅片材料为低碳钢，翅片与管壳连接方式为高频焊接。

这种热管的参数为:
光管外径d o =0.032m ；热管内径d i =0.026m ；
翅片高度l f =0.015m ；翅片厚度f =0.0012m ；翅片间距 s f =4mm ； 翅片节距s
f ’= s f + f=5.2mm ；
每米热管长的翅片数n f =错误！未找到引用源。

热管换热器管子排列形式为等边三角形排列，如图，横向管子中心距S T =0.081m ；S L =S T =0.081m 。

其热力设计计算和结构设计计算如下：
差
数
........忽略此处.......。

热管式空气预热器热管是一种高效的传热元件，早在上世纪40年代热管的概念就已提出，直到60年代，由于宇宙航行的需要，热管才在宇航技术中得以应用。

此后发展很快，70年代热管就已广泛应用于电子、机械、石油、化工等行业。

从那时起，国内石油化工管式炉、锅炉上就开始使用热管式空气预热器来回收烟气余热，并迅速得到推广，到目前为止估计已有数百台在运行中。

它与管式和回转式等其他空气预热器相比，具有体积小、质量轻、效率高、不易受低温露点腐蚀等优点，这也就是它被迅速推广和应用的原因。

1、热管1)热管的工作原理和分类热管是一根两端密封，内部抽真空并充有工质的管子。

其一端(热端)被加热时，工质吸热蒸发并流向另一端(冷端)，在那里将热量释放给管外的冷介质而冷凝，冷凝液流回热端，再吸热蒸发，如此循环，完成热量传递。

由于汽化潜热大，所以在极小的温差下就能把大量的热量从管子的一端传至另一端。

图1 热管工作原理示意图,a,重力式热管,热虹吸管,(b)毛细力热管,吸液芯热管,热管种类繁多，可按工质回流原理，工作温度、形状或工质等来分类。

按冷凝液回流原理来分主要有重力式(热虹吸式)热管和毛细力式(吸液芯式)热管两种。

故名思义，重力式热管的冷凝液靠重力回流，因此只能垂直安装或倾斜安装，热端在下，冷端在上。

毛细力式热管热端吸液芯中的工质吸热蒸发时，蒸发压力大于冷端，由此压差将蒸汽从蒸发段驱送至冷端，而冷凝液靠毛细压力送回蒸发段，以补充蒸发消耗了的工质。

因此其安装位置不受限制，甚至可与重力式热管相反，即热端在上，冷端在下也照样运行。

图1表示了这两种热管的工作原理。

此外，还有依靠静电体积力使工质回流的电流体动力热管;依靠磁体积力使工质回流的磁流体动力热管;依靠渗透膜两侧工质的浓度差进行渗透使工质回流的渗透热管;靠离心力分力回流的旋转式热管等等。

按工作温度可分为五类:(1)超低温热管，工作温度低于-200?;(2)低温热管，工作温度-200?50?;(3)常温热管，工作温度50?250?;(4)中温热管，工作温度250?600?;(5)高温热管，工作温度高于600?。

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°C2=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 2c ×45=420°C+152°C×45=180°C 烟气出口处：t o =t 2+t 1c ×45=200°C+20°C×45=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 cr(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 3p v =0.165×105pa r =2367.4kJ/kg因此 d v =1.64√Q cr(ρv p v )12=10.3mm由携带极限确定所要求的管径d v =√1.78×Q entπ∙r(ρL −14⁄+ρv −14⁄)−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 3r =2013kJ/kg4431.010/N m δ-=⨯因此 d v =√1.78×4π×2013×(886.9−14⁄+5.16−14⁄)−2[g×431.0×10−4(886.9−5.160)]14⁄=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 iV 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[] 3.5/4kg mm σσ==故 0.896mm 3.52000.02228.5S =⨯⨯=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：'10001000200/5f 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()]14f f o f f f A d d d n ππδ=⨯⨯-+⋅⋅⋅⋅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)4f o f f f o f f f rood d d n d n A A A d ππδπδβπ⨯⨯-+⋅⋅⋅⋅+⋅⋅-⋅+==⋅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 。

本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：热力发电厂热管空气预热器的热力计算学院：电气工程学院专业：热能与动力工程班级：热能111学号： **********学生姓名：**指导教师：**2015年03 月30 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。

毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：日期：贵州大学毕业论文（设计）第 I 页目录摘要 ........................................................................................................................................... I II Abstract...................................................................................................................................... I V 第一章绪论 (1)1.1 背景和意义 (1)1.2 国内外热管研究进展 (2)1.3 热管的分类 (4)1.4 热管的工作原理及方式 (4)1.4.1虹吸式热管工作原理 (4)1.4.2重力热管工作原理 (5)1.4.3离心热管工作原理 (5)1.5 热管特性 (5)1.6 热管用途 (7)1.7 本文的主要内容及计算方法 (8)第二章热管空预器与传统空预器对比分析 (10)2.1 回转式空预器 (10)2.1.1 工作原理 (10)2.1.2 结构特点 (10)2.2 热管空预器 (11)2.2.1 工作原理 (12)2.2.2 结构特点 (12)2.3 管式空气预热器 (13)2.3.1 工作原理 (14)2.3.2 结构特点 (14)2.4 分析与小结 (15)贵州大学毕业论文（设计）第 II 页第三章空预器常规热力计算 (16)3.1 常规计算类型简介 (16)3.2 热管空气预热器理论基础 (16)3.3 常规计算基本参数 (19)3.4 传热计算 (20)3.4.1 常规计算步骤 (20)3.4.2 传热量、对数平均温差计算 (22)3.4.3 迎风面积、排数 (24)3.4.4 热侧、冷测及总传热系数计算 (25)3.4.5 热端传热面积 (29)3.4.6 管数计算 (29)3.4.7 热管压降计算 (29)3.5 热管强度计算 (31)3.6 本章小结 (32)第四章分析与结论 (33)参考文献： (35)致谢 (36)附录 (37)贵州大学毕业论文（设计）第 III 页热力发电厂热管空气预热器的热力计算摘要目前我国燃煤电站锅炉较常采用受热面回转式空气预热器，但是回转式空气预热器性能很容易受到漏风、腐蚀和堵灰的影响。