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3.9.3分離式熱管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算

日期:2022-01-07 09:08:45點(diǎn)擊:261

3.9.3分離式熱管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算
分離式熱管換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程的要點(diǎn)是:在冷熱流體的流動(dòng)方向上,將整體的換熱器管 束劃分為若干組相對(duì)獨(dú)立的換熱器管束,并設(shè)定每組換熱器管束的管內(nèi)介質(zhì)溫度,然后, 按常規(guī)的翅片管換熱器的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)每組換熱器。以煙氣加熱空氣的分離式熱管換熱 器為例,設(shè)計(jì)步驟說(shuō)明如下:
(1) 根據(jù)給出條件,確定冷熱流體的流量,進(jìn)出口溫度和熱負(fù)荷;
(2) 設(shè)定冷熱流體的迎風(fēng)面質(zhì)量流速,計(jì)算蒸發(fā)器和冷凝器的迎風(fēng)面積,并確定迎風(fēng) 面尺寸;
(3) 選擇蒸發(fā)器和冷凝器的翅片管規(guī)格、尺寸和橫向管間數(shù);
(4) 在煙氣和空氣的流動(dòng)方向上,將蒸發(fā)器和冷凝器進(jìn)行縱向分割,將整體的分離式 換熱器分割成若干組并列的分離式換熱器,各組有相同的迎風(fēng)面積和迎風(fēng)面質(zhì)量流速,并選擇確定每一組換熱器的冷熱流體的進(jìn)出口溫度;
(5) 選擇確定每組換熱器中相變介質(zhì)水的飽和溫度和飽和壓力:應(yīng)保證最高相變溫 度不超高
對(duì)應(yīng)飽和壓力為6~8 bar,以提高安全性,降低管線厚度,減小熱 損失;此外,相變最低溫度應(yīng)為,以防止系統(tǒng)內(nèi)處于真空,產(chǎn)生空氣的滲入,并 防止煙氣側(cè)壁面的露點(diǎn)腐蝕;
(6) 對(duì)分割后的每組換熱器進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)計(jì)算,分別計(jì)算出蒸發(fā)器和冷凝器所需 要的傳熱面積和縱向管排數(shù);
(7) 為了簡(jiǎn)化計(jì)算,假定分離后的每組換熱器具有相同的傳熱系數(shù),其中,翅片管外 換熱系數(shù)按流體的中點(diǎn)溫度計(jì)算,而管內(nèi)蒸發(fā)或冷凝的換熱系數(shù)可由經(jīng)驗(yàn)取值;
(8) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,分割后的每一組換熱器有獨(dú)立的蒸汽上升管,凝液回流管、各種
聯(lián)箱、管道和介質(zhì)的注液/排氣系統(tǒng),等。
3.9 1試設(shè)計(jì)一臺(tái)分離式熱管換熱器,用于某鋼廠熱風(fēng)爐排氣的余熱回收。熱 流體是熱風(fēng)爐的排出煙氣,流量為11.67 kg/s,入口溫度為,出口溫度為;冷 流體是空氣,入口溫度為,出口溫度為。
計(jì)算過(guò)程如下:
(1) 換熱量 

空氣流量
(2) 選擇迎風(fēng)面質(zhì)量流速,計(jì)算迎風(fēng)面積。
① 煙氣側(cè):
迎風(fēng)面質(zhì)量流速4. 0 kg/(m2 .s),迎風(fēng)面積
,翅片管長(zhǎng)度:L = 1.6 m,橫向?qū)挾龋?/span>翅片管間距86 mm,橫向管排數(shù)21排,實(shí)取迎風(fēng)面積:,實(shí)取質(zhì)量流速3. 94 kg/( m2 .s),橫向排管傳熱面積4. 01 m2o
② 空氣側(cè):
迎風(fēng)面質(zhì)量流速
,迎風(fēng)面積,翅片管長(zhǎng)度:L = 1.4 m,橫向?qū)挾?strong>:W =1.419 m,翅片管間距86 mm,橫向管排數(shù)16排,實(shí)取迎風(fēng)面積: 1.986 6 m2,實(shí)取質(zhì)量流速3. 94 kg/(m2 .s),橫向排管傳熱面積2. 674 m2o
(3) 翅片管規(guī)格。
翅片管選型:高頻焊接螺旋翅片管,材質(zhì):碳鋼。
煙氣側(cè)和空氣側(cè)均選:
,翅片高度為15 mm,翅片節(jié)距為6 mm,翅 片厚度為1 mm,翅化比為8. 1
(4) 換熱器的縱向分割及溫度特征。
如圖3.9.4所示,共分為4組,每組有相同的傳熱量,為總傳熱量的1/4,中間相變溫 度為選定值。
(5)每一組換熱器的傳熱計(jì)算見表3. 9. 3。
傳熱系數(shù)的簡(jiǎn)化計(jì)算式為
3.9.3各組換熱器的計(jì)算
序號(hào) 物理量 I組 IV組 備注
1 傳熱量/kW 1 027/4  
2 翅片管外換熱系數(shù) 煙氣側(cè):78.5 由式(2. 2.6)
空氣側(cè):68.3
3 翅片效率 煙氣側(cè):0. 724 由式(2. 4.7)
空氣側(cè):0. 75
4 基管外換熱系數(shù) 煙氣側(cè):460 由式(2. 1.8)
空氣側(cè):415
5 管內(nèi)換熱系數(shù)爲(wèi)/ 蒸發(fā)器:3 000 選取
冷凝器:5 000
6 傳熱系數(shù) 蒸發(fā)器:359 見表下說(shuō)明
冷凝器:345
7 傳熱平均溫差 39. 15 39. 15 39. 15 39. 15 蒸發(fā)器
44. 28 57. 22 70.0 82.9 冷凝器
8 傳熱面積 18. 27 18. 27 18. 27 18. 27 蒸發(fā)器
16.81 13.00 10. 63 9.00 冷凝器
9 縱向管排數(shù) 4. 56 取5.0 4. 56
取5.0
4. 56
取5.0
4. 56
取5.0
蒸發(fā)器共20排
6. 28
取7.0
4. 86
取5.0
3.98
取4.0
3. 36
取4.0
冷凝器共20排
10 翅片管數(shù)目 105 105 105 105 蒸發(fā)器共420支
112 80 64 64 冷凝器共320支
11 翅片管總質(zhì)量/kg 1 103 1 103 1 103 1 103 蒸發(fā)器總計(jì)4 412 kg
1 030 736 589 589 冷凝器總計(jì)2 944 kg
 
 
(6) 計(jì)算結(jié)論:每組蒸發(fā)器具有相同的縱向管排數(shù),都是5排,而4組冷凝器的縱向 管排數(shù)分別為7,5,4,4排。
(7) 每組換熱器的所有翅片管束都有聯(lián)箱相連,以保證每一組換熱器內(nèi)部有相同的 溫度和壓力O


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