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ti，t3，烟气流量V,空气出口温度頁，饱和蒸汽压力Pc・对于热管式换热器，ti范圉一般在250°C〜600°C之间，对于普通水-碳钢热管的工作温度应控制在300°C以下.t2的选定要避免烟气结露形成灰堵及低温腐蚀，一般不低于180°C.空气入口温度的.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：f 宇_4沁；2沁=310比在工程上计算时，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半均值所得出：烟气入口处：q =如+営=420・c+严z = 18O°C烟气出口处：. t2+tiX4 200°C+20°Cx4l° 5 5 C选取钢-水重力热管.其工作介质为水.工作温度为30OC~250°C・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 Qc t J厂9必)2根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范闱，取Qc=4kW,在10 = 56吃启动时p v = O.1113k^/7H3p v = 0.165 X 105par = 2367.4幼/kg因此d v = 1.64 I ! = 10.3 mmyr(p v p v)l由携带极限确定所要求的管径d _ I 1.78 X QentP Ji (P L"1/4+P V~1/4)_2^(P L -Pv]1/4根据参考文献《热管技能技术》，携带限功率参考范围，取Q ent=4kw 管内工作温度t t = 180°C时P L = 886.9kg/m3 pv = 5.160/c^/m3 r = 20\3kJ/kgJ = 431.0xl0^N/m178x4因此nx20L3x(8Q6.^i/4+SA6^i/4)-2 [gX431.0xl0-4(886.9-5.160)]1/4=13.6nun考虑到安全因素，最后选定热管的内径为4 = 22111111管売厚度计算由式Pv420qcr]式中，Pv按水钢热管的许用压力28.5kg /nmr选取，由对应的许用230°C來选取管壳最大应力乐朋=14kg/nim2,而[<r]= -(7,^ = 3.5ka / nmr 4考虑安全因素，= 1.5111111,管壳外径：df =4+2S= 22+2x1.5= 25mm. 通常热管外径为25〜38mm 时，翅片高度选10〜17mm （—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6〜12inm,并配装吹灰装置.综上所述, 热管参数如下： 光管内径光管外径 翅片外径 翅片高度翅片厚度翅片间距肋化系数d]/mmd 。

/mm d f /mm If /mm6 /mmSf /nunP22255012.5 1 48.7翅片节距：Sf = Sf +务=4+1= 5mm每米热管长的翅片数：n 厂啤= ^ = 200/mS f 5 肋化系数的计算：每米长翅片热管翅片表面积Af =[2x^.x （d^-d ；） + ^ d f . J f ] n f 4 4每米长翅片热管翅片之间光管面积A=”a（i-i“ 込）每米长翅片热管光管外表面积肋化系数:宀訂[2x^x(d^-d;) + ^ d f J f ] n f l + ^ d o (l-n f J f )- 4力4[0.5 x (O.O52 - 0 0253) + 0 05 x0 0011x200 + 0.025 x(l-0.2) o---------------------------------------------------------------------------------------=8.70.0252.3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）蚣 取 S’ = 70nmio28・5x 0.022200x3.5 =0.89611U113热力计算3. 1确定换热器中热管的热侧和冷侧的管长Wc，以及迎风面管数B1）确定烟气标准速度V, —般取2.5~5m/s,假设vMm/s,可得出烟气迎风面的面积4=匕=黑=2.8n】22）确定迎风面宽度E,取E=1.8m,热管的热侧管长“=霍=1.56m,适当D 1.0取= 1.5m,并且lh/lc = 3/1<«l c = 0.5mo3）求出迎风面的管数B, B = E/S = 1.8/0.07 = 25.7,B为整数，应取B=26, 因此实际的迎风面的宽度E = 0.07 X26 = 1.82m,同时实际的迎风面面积A' =Exl h = 1.82 X 1.5 =2.73m2,实际的速度是d = v/A'=疵鲁石= 4.07m/So3.2确定传热系数1）烟气定性温度：tf = ti + t2/2 = 420°C；200°C = 310°C,从而确定烟气的物性参数：2)确定烟气侧管束的最小流通截面积NFA = [(S’ 一d。

)一2 ・(I厂 6厂与)]・1严=[(0.07 一0.025) -2 X (0.0125 X 0.001 X 200)] X 1.5 X 26 =1.56m2求烟气侧的最大质量流速G max = WPf'NFA=40000 X 0.608/3600 X 1.56=4.33kg/(m2• s)求烟气侧流体雷诺数Rh = (fimax ' d。

)/"=4.33 X 0.025/28.6 X 10~6=3785通过Briggs公式，求的烟气侧流体的对流换热系数h f = 0.1378 ・ R』718 .扌• g)0.296 ・ 77 J l f d o=0.1378 X (3785)0718 x (0.65苗X (-^)0296 X(4-93xl Q~2)=62.3 w/(m2• °C)3)假定热管管壁温度t w =(宁 + 竽")/2 = 190°C4)由心可以在查出热管侧的管材导热系数入=40w/(m-°C)At = t w - = 190°C 一120°C = 70°C在米海耶夫推荐的10s-4 X 106pa下，可推出冷侧流体的对流换热系数hf = 0.122-At233-p05=0.122 X 70233 x 205=3435 w/(m2• °C)同时卩=1厂[2蚣/(兀•号)*=0.0125 X (产穿)扌v40x0.0017=0.7由占和d f/d0 = 2两参数，可以査圆形翅片管的肋效率图，烟气侧的热管效率龙=0.85)算出烟气侧每米长的热管的翅片表面积：4] =〔2 X 扌X (殍 _ d?) + 7T • df・ sA - n f・ 1■ ■=0.62 m2烟气侧每米长的翅片利热管之间的面积：^2 = 7T • d。

•(1 —Zlf •)=0.063 ni2烟气侧管外每米长的热管的管外总而积：^3 = 41+42 = 0.62 + 0.063 = 0.683 ni26)算出烟气侧的管外有效对流换热系数Nf = hf •⑷ +砧•力1)〃3=62.3 X (0.063 + 0.8 X 0.62)/0.683=51 w/(m2• °C) 算出冷流体管外有效对流换热系数h c =并• A c/A c = h} = 3435 w/(m2• °C)7)算出总传热系数参考《热交换器原理与设计》，可查得烟气污垢热阻w= 0.001 m2 - °C/w o因此，管壁的导热热阻为£，=务・Zn 鲁• = 4 X KT： m2・ °C/w"/(£^ + 4x10—5 + 4x10—5x3 + ^+0.001)=233.3 w/（m 2 • °C ）3.4确定烟气侧总传热面积和换热器所需要的管数 1）算出传热量Qh = V • p 厂 Cp （t x -12）=1672 kw由于热平衡，并且考虑到6%的综合热损 Q c = Qh • (1 - 6%) = 1571.68 kwAt 2 = At max -A^/Zn^= 300°C-80°C/Zn —=166.4 °C3)确定烟气侧的总传热面积A‘和换热器所需要的管数mA' = © +QJ/2K02=[(1672 + 1571068) X 103]/(2 X 233.3 X 166.4)=41.8 m 2 m = A /TI • d° • g=41.8/(3.14 X 0.025 X 1.5) =354.9 应取整ni=355根3.5确定管排数N = m/B = 355/26 = 13.6取整N = 14 排按之前说的，以正三角方式排列，即以26、25依次排列，这样总共的 管数应该是N=3574 流阻计算4.1确定烟气侧的流阻对于圆形翅片管，使用Robinson 和Briggs 公式 先求出烟气侧摩擦系数(0 025x4.33203 坊 I 28.6x11)-6 丿=0.68=37.86・举叱)—0.316 (£1)-0.927 .侖+F + F (》+#(》)400003600X 0.608 x 1.125 X 220°C 2)确定对数平均温差肛2, 420°C T 200°C120°C-120°C ，忽略其预热过程，因此=37.86 X 0.07 .-0,9270.02 5 丿烟气侧的斥力降APh 2・pf =0.68 X15x^3322x0.608=157.3 pa确定引风机的功率增量（A^-v）/n = 157.3x400003600x0.9=1942 W rj为电动机效率，通常取0.9。