《新能源与节能技术》专业课程设计说明书名称余热利用——换热器设计院系机械工程学院专业学生指导教师完成时间引言余热的利用途径主要有余热的直接利用、余热发电和余热的综合利用。
余热发电通常利用余热锅炉产生蒸汽，推动汽轮机组发电。
开源节流是解决能源供需的可靠办法，考虑到要合理的开发和利用二次能源，所以运用余热锅炉是利用二次能源的重要组成部分（高温烟气）的主要手段之一，从而提高能源利用率，有效节约能源。
通过此次余热锅炉换热器的设计，充分让学生理解理论知识并且加以实际利用。
课程设计是专业原理教学的一个重要环节，是综合应用专业课程和有关选修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。
通过课程设计使学生掌握设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中能够培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。
目录1 引言…………………………………………………………………1.1 目录………………………………………………………………1.2 余热锅炉概述……………………………………………………2 设计参数……………………………………………………………3 设计方案……………………………………………………………3.1 平均温差（温压）的计算………………………………………3.2 换热量的计算…………………………………………………3.3 流通截面积计算…………………………………………………3.4 换热管的设计计算………………………………………………4 计算汇总表…………………………………………………………5 结论…………………………………………………………………6 体会…………………………………………………………………参考文献1.2 余热锅炉概述根据结构形式，余热锅炉可分为管壳式和烟道式余热锅炉。
管壳式余热锅炉的结构与管壳式换热器无差别，并同样有固定管板式、浮头式及U型管式。
烟道式余热锅炉的结构域普通锅炉的相似，有耐火砖砌成炉膛，炉膛内装设管束，高温气体通过炉膛，将管内流动的水加热汽化。
换热器的设计即是通过传热过程计算确定经济合理的传热面积以及换热器的结构尺寸，以完成生产工艺中所要求的传热任务。
换热器的选用也是根据生产任务，计算所需的传热面积，选择合适的换热器。
由于参与换热流体特性的不同，换热设备结构特点的差异，因此为了适应生产工艺的实际需要，设计或选用换热器时需要考虑多方面的因素，进行一系列的选择，并通过比较才能设计或选用出经济上合理和技术上可行的换热器。
2 设计参数给定量: (1) 额定饱和蒸汽量 0.5t/h(2) 额定饱和蒸汽压力 0.5MPa(3) 给水温度 20℃(4) 排污率 2%(5) 烟气的体积流量 11500m³/h(6) 排烟温度 180℃(7) 烟气温度 500℃(8) 管长 4.9m采用阳泉无烟煤W Mar=5.0% Aar=19.0% Car=68.9% Har=2.9% Oar=2.4% Nar=1.0% Sar=0.8% 发热量.p=26400kJ/kg 空干水分Mad=1.0% 干燥无灰基挥发物Vdaf=9.0% 灰熔点=1400℃3 设计方案3.1 平均温差（温压）的计算∆T=（∆tmax-∆tmin）/ln(∆tmax/∆tmin) K （3.1）逆流最大温差：∆tmax=t₁'- t2'' K （3.2）逆流最小温差：∆tmin=t1''-t2' K （3.3）以上式中：t₁': 烟气温度, ℃;t1'': 排烟温度, ℃;t2': 水的进口温度，℃；t2''：出口温度，由p=0.6MPa查参考文献[1]附录9，℃3.2换热量的计算热测烟气换热量 : Q₁=C₁·∆t₁·M₁ KJ/s （3.4）冷测水换热量: Q2=1000D[(Ish.s-If.w)+Pb.w(Is.w-If.w)]/3600 KJ/s （3.5）换热器换热量 : Q=(Q₁+Q2)/2 KJ/s （3.6）烟气质量流量: M₁=（V₁·ρ₁）/3600 KJ/s （3.7）换热效率：η=(Q2/Q1)*100% （3.8）以上式中：C₁：热测烟气比热容，按热侧平均温度（t₁'+t1''/2查参考文献【1】附录6，KJ/(kg.K);C2: 冷侧水比热容, 按冷侧平均温度(t2'+t2'')/2查参考文献【1】附录9, KJ/(kg.K);ρ₁：烟气密度，按热侧平均温度查参考文献【1】附录6，kg/m³；V₁：烟气体积流量，m³/h；Ish.s：饱和蒸汽焓，由Tsh.s=159℃,p=0.6MPa查参考文献【2】附表2，kJ/kg；Is.w：饱和水焓，按p=0.6MPa查参考文献【2】附表2，kJ/kg；If.w：给水焓，按给水温度tf.w=20℃查参考文献【2】附表1，kJ/kg；D: 蒸发量, t/h;Pb.w：排污率，%；3.3 流通截面积计算烟道流通截面积：A1=V₁/3600/u ㎡（3.9）管子流通截面积：A2=M2/W/ρ2 ㎡（3.10）换热器换热面积：F=1000Q/∆T/K ㎡（3.11）以上式中：u：烟气流速，参考文献【3】354页（7-13m/s）取定，m/s；M2：水的质量流量，M2=D*1000/3600， kg/s；W：水的流速，参考文献【3】354页（不小于0.3m/s）取定，m/s；ρ2：水的密度，按冷侧平均温度查参考文献【1】附录9，kg/m³；K：传热系数，取定[范围：10—100W/（㎡.k）]，W/（M².k）；3.4 换热管的设计计算横向管距 s1=dw*2~3 m (3.12) 纵向管距 S2=2R m (3.13)管数 n=4*M2/ρ2/3.14/dn 2/W热管长度 L=F/3.14/dw/n m (3.14) 管长 l"=l'-3.14R+R m (3.15) 管程 Np=L/l' (3.16) 总传热管数 Nz=2Np (3.17) 烟道宽度 a=l"+2*c m (3.18) 烟道深度 b=S1+2*c m (3.19) 烟道截面积 F1=ab m² (3.20)以上式中：dw ：管子外径，由参考文献【4】187页表格2取定，m；dn：管子内径，由参考文献【4】187页表格2取定，m；取定管厚3m；4计算汇总表表4 换热器主要结构尺寸和计算结果名称符号单位公式及计算结果工作压力P MPa 给定条件0.5 蒸发量 D t/h 给定条件0.5烟气温度t₁' ℃给定条件500排烟温度t1'' ℃取定（小于200℃）180冷侧进口温度t2' ℃给定条件20冷侧出口温度t2'' ℃由p=0.6MPa查参考文献[1]附录9 159热测温差∆t₁K ∆t₁=t₁'-t1'' 320冷测温差∆t2 K ∆t2=t2''-t2' 139逆流最大温差∆tmax K ∆tmax=t₁'-t2'' 341逆流最小温差∆tmin K ∆tmin=t1''-t2' 160温压∆T K ∆T=（∆tmax-∆tmin）/ln(∆tmax/∆tmin)239热测烟气比热容C₁KJ/(kg.K) 查参考文献【1】附录6 1.134 冷侧水比热容C2 KJ/(kg.K) 查参考文献【1】附录9 4.175 烟气密度ρ₁kg/m³查参考文献【1】附录6 0.457 水的密度ρ2 kg/m³查参考文献【1】附录9 965.682 烟气体积流量V₁m³/h给定条件11500 烟气质量流量M₁kg/s M₁=（V₁·ρ₁）/3600 1.460 水的质量流量M2 kg/s M2=D*1000/3600 0.139 饱和蒸汽焓Ish.s kJ/kg 查参考文献【2】附表2 2756.660 饱和水焓Is.w kJ/kg 查参考文献【2】附表2 670.670 给水焓If.w kJ/kg 查参考文献【2】附表1 83.800 排污率Pb.w % 给定条件 2热测换热量Q₁KJ/s Q₁=C₁·∆t₁·M₁529.754冷测换热量Q2 KJ/s Q2=1000D[(Ish.s-If.w)+Pb.w(Is.w-If.w)]/3600372.861换热器换热量Q KJ/s Q=(Q₁+Q2)/2 451.308 换热效率η% η=(Q2/Q1)*100% 70.4 换热器换热面积 F ㎡F=1000Q/∆T/K 23.58 传热系数K W/（M².k）取定[范围：10—100W/（㎡.k）] 80.0 烟气流速u m/s 参考文献【3】354页取定8.0 水的流速W m/s 参考文献【3】354页取定0.3 烟道流通截面积A1 ㎡A1=V₁/3600/u 0.40 管子流通截面积A2 ㎡A2=M2/W/ρ2 0.00048 管子外径dw m 参考文献【4】187页表格2 0.024 管子内径dn m 参考文献【4】187页表格2 0.018 弯曲半径R m 给定条件0.040 横向管距S1 m s1=dw*2~3 0.048 纵向管距S2 m S2=2R 0.080 管数n n=4*M2/ρ2/3.14/dn/dn/W 1.9 管数取整n 2 热管长度L m L=F/3.14/dw/n 156.481 管长l' m 取值 4.900 l" m l"=l'-3.14R+R 4.814 管程Np Np=L/l' 31.9 管程取整Np' 取整数32总传热管数Nz 2Np' 64外侧管距墙体距离c m 0.040烟道宽度 a m a=l"+2*c 4.894 烟道深度 b m b=S1+2*c 0.128 烟道截面积F1 m²F1=ab 0.63 烟道截面积校核F2 m²A1+2*dw*l" 0.63 换热面积校核S m²s=3.14*Nz*dw*l' 23.63 换热系数校核k W/（m².k）Q/s/∆T*1000 79.85结论本次课程设计，按任务书的要求，从确定余热锅炉换热器的基本结构开始，到换热器的设计参数计算，直到最后的汇总，计算方法符合要求；在进行计算时，计算误差均小于2%的要求。