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3.9.3分离式热管换热器的设计计算

日期:2022-01-07 09:08:45点击:408

3.9.3分离式热管换热器的设计计算
分离式热管换热器设计过程的要点是:在冷热流体的流动方向上,将整体的换热器管 束划分为若干组相对独立的换热器管束,并设定每组换热器管束的管内介质温度,然后, 按常规的翅片管换热器的设计方法设计每组换热器。以烟气加热空气的分离式热管换热 器为例,设计步骤说明如下:
(1) 根据给出条件,确定冷热流体的流量,进出口温度和热负荷;
(2) 设定冷热流体的迎风面质量流速,计算蒸发器和冷凝器的迎风面积,并确定迎风 面尺寸;
(3) 选择蒸发器和冷凝器的翅片管规格、尺寸和横向管间数;
(4) 在烟气和空气的流动方向上,将蒸发器和冷凝器进行纵向分割,将整体的分离式 换热器分割成若干组并列的分离式换热器,各组有相同的迎风面积和迎风面质量流速,并选择确定每一组换热器的冷热流体的进出口温度;
(5) 选择确定每组换热器中相变介质水的饱和温度和饱和压力:应保证最高相变温 度不超高
对应饱和压力为6~8 bar,以提高安全性,降低管线厚度,减小热 损失;此外,相变最低温度应为,以防止系统内处于真空,产生空气的渗入,并 防止烟气侧壁面的露点腐蚀;
(6) 对分割后的每组换热器进行独立的设计计算,分别计算出蒸发器和冷凝器所需 要的传热面积和纵向管排数;
(7) 为了简化计算,假定分离后的每组换热器具有相同的传热系数,其中,翅片管外 换热系数按流体的中点温度计算,而管内蒸发或冷凝的换热系数可由经验取值;
(8) 在结构设计上,分割后的每一组换热器有独立的蒸汽上升管,凝液回流管、各种
联箱、管道和介质的注液/排气系统,等。
3.9 1试设计一台分离式热管换热器,用于某钢厂热风炉排气的余热回收。热 流体是热风炉的排出烟气,流量为11.67 kg/s,入口温度为,出口温度为冷 流体是空气,入口温度为,出口温度为
计算过程如下:
(1) 换热量 

空气流量
(2) 选择迎风面质量流速,计算迎风面积。
① 烟气侧:
迎风面质量流速4. 0 kg/(m2 .s),迎风面积
,翅片管长度:L = 1.6 m,横向宽度:翅片管间距86 mm,横向管排数21排,实取迎风面积:,实取质量流速3. 94 kg/( m2 .s),横向排管传热面积4. 01 m2o
② 空气侧:
迎风面质量流速
,迎风面积,翅片管长度:L = 1.4 m,横向宽度W =1.419 m,翅片管间距86 mm,横向管排数16排,实取迎风面积: 1.986 6 m2,实取质量流速3. 94 kg/(m2 .s),横向排管传热面积2. 674 m2o
(3) 翅片管规格。
翅片管选型:高频焊接螺旋翅片管,材质:碳钢。
烟气侧和空气侧均选:
,翅片高度为15 mm,翅片节距为6 mm,翅 片厚度为1 mm,翅化比为8. 1
(4) 换热器的纵向分割及温度特征。
如图3.9.4所示,共分为4组,每组有相同的传热量,为总传热量的1/4,中间相变温 度为选定值。
(5)每一组换热器的传热计算见表3. 9. 3
传热系数的简化计算式为
3.9.3各组换热器的计算
序号 物理量 I组 IV组 备注
1 传热量/kW 1 027/4  
2 翅片管外换热系数 烟气侧:78.5 由式(2. 2.6)
空气侧:68.3
3 翅片效率 烟气侧:0. 724 由式(2. 4.7)
空气侧:0. 75
4 基管外换热系数 烟气侧:460 由式(2. 1.8)
空气侧:415
5 管内换热系数爲/ 蒸发器:3 000 选取
冷凝器:5 000
6 传热系数 蒸发器:359 见表下说明
冷凝器:345
7 传热平均温差 39. 15 39. 15 39. 15 39. 15 蒸发器
44. 28 57. 22 70.0 82.9 冷凝器
8 传热面积 18. 27 18. 27 18. 27 18. 27 蒸发器
16.81 13.00 10. 63 9.00 冷凝器
9 纵向管排数 4. 56 取5.0 4. 56
取5.0
4. 56
取5.0
4. 56
取5.0
蒸发器共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 翅片管数目 105 105 105 105 蒸发器共420支
112 80 64 64 冷凝器共320支
11 翅片管总质量/kg 1 103 1 103 1 103 1 103 蒸发器总计4 412 kg
1 030 736 589 589 冷凝器总计2 944 kg
 
 
(6) 计算结论:每组蒸发器具有相同的纵向管排数,都是5排,而4组冷凝器的纵向 管排数分别为7,5,4,4排。
(7) 每组换热器的所有翅片管束都有联箱相连,以保证每一组换热器内部有相同的 温度和压力O


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