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3.9.3分離式熱管換熱器的設計計算

日期:2022-01-07 09:08:45點擊:298

3.9.3分離式熱管換熱器的設計計算
分離式熱管換熱器設計過程的要點是:在冷熱流體的流動方向上,將整體的換熱器管 束劃分為若干組相對獨立的換熱器管束,并設定每組換熱器管束的管內介質溫度,然后, 按常規的翅片管換熱器的設計方法設計每組換熱器。以煙氣加熱空氣的分離式熱管換熱 器為例,設計步驟說明如下:
(1) 根據給出條件,確定冷熱流體的流量,進出口溫度和熱負荷;
(2) 設定冷熱流體的迎風面質量流速,計算蒸發器和冷凝器的迎風面積,并確定迎風 面尺寸;
(3) 選擇蒸發器和冷凝器的翅片管規格、尺寸和橫向管間數;
(4) 在煙氣和空氣的流動方向上,將蒸發器和冷凝器進行縱向分割,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,各組有相同的迎風面積和迎風面質量流速,并選擇確定每一組換熱器的冷熱流體的進出口溫度;
(5) 選擇確定每組換熱器中相變介質水的飽和溫度和飽和壓力:應保證最高相變溫 度不超高
對應飽和壓力為6~8 bar,以提高安全性,降低管線厚度,減小熱 損失;此外,相變最低溫度應為,以防止系統內處于真空,產生空氣的滲入,并 防止煙氣側壁面的露點腐蝕;
(6) 對分割后的每組換熱器進行獨立的設計計算,分別計算出蒸發器和冷凝器所需 要的傳熱面積和縱向管排數;
(7) 為了簡化計算,假定分離后的每組換熱器具有相同的傳熱系數,其中,翅片管外 換熱系數按流體的中點溫度計算,而管內蒸發或冷凝的換熱系數可由經驗取值;
(8) 在結構設計上,分割后的每一組換熱器有獨立的蒸汽上升管,凝液回流管、各種
聯箱、管道和介質的注液/排氣系統,等。
3.9 1試設計一臺分離式熱管換熱器,用于某鋼廠熱風爐排氣的余熱回收。熱 流體是熱風爐的排出煙氣,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。
計算過程如下:
(1) 換熱量 

空氣流量
(2) 選擇迎風面質量流速,計算迎風面積。
① 煙氣側:
迎風面質量流速4. 0 kg/(m2 .s),迎風面積
,翅片管長度:L = 1.6 m,橫向寬度:翅片管間距86 mm,橫向管排數21排,實取迎風面積:,實取質量流速3. 94 kg/( m2 .s),橫向排管傳熱面積4. 01 m2o
② 空氣側:
迎風面質量流速
,迎風面積,翅片管長度:L = 1.4 m,橫向寬度W =1.419 m,翅片管間距86 mm,橫向管排數16排,實取迎風面積: 1.986 6 m2,實取質量流速3. 94 kg/(m2 .s),橫向排管傳熱面積2. 674 m2o
(3) 翅片管規格。
翅片管選型:高頻焊接螺旋翅片管,材質:碳鋼。
煙氣側和空氣側均選:
,翅片高度為15 mm,翅片節距為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算見表3. 9. 3。
傳熱系數的簡化計算式為
3.9.3各組換熱器的計算
序號 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 煙氣側:78.5 由式(2. 2.6)
空氣側:68.3
3 翅片效率 煙氣側:0. 724 由式(2. 4.7)
空氣側:0. 75
4 基管外換熱系數 煙氣側:460 由式(2. 1.8)
空氣側:415
5 管內換熱系數爲/ 蒸發器:3 000 選取
冷凝器:5 000
6 傳熱系數 蒸發器:359 見表下說明
冷凝器:345
7 傳熱平均溫差 39. 15 39. 15 39. 15 39. 15 蒸發器
44. 28 57. 22 70.0 82.9 冷凝器
8 傳熱面積 18. 27 18. 27 18. 27 18. 27 蒸發器
16.81 13.00 10. 63 9.00 冷凝器
9 縱向管排數 4. 56 取5.0 4. 56
取5.0
4. 56
取5.0
4. 56
取5.0
蒸發器共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 翅片管數目 105 105 105 105 蒸發器共420支
112 80 64 64 冷凝器共320支
11 翅片管總質量/kg 1 103 1 103 1 103 1 103 蒸發器總計4 412 kg
1 030 736 589 589 冷凝器總計2 944 kg
 
 
(6) 計算結論:每組蒸發器具有相同的縱向管排數,都是5排,而4組冷凝器的縱向 管排數分別為7,5,4,4排。
(7) 每組換熱器的所有翅片管束都有聯箱相連,以保證每一組換熱器內部有相同的 溫度和壓力O


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