热管气气换热器设计实例
热管气气换热器设计实例(一)
一、工况概述:
高炉煤气燃烧后的烟气180 ℃,经过热风炉加热至280℃进入SCR脱销,出SCR脱销后的温度为260℃,用来加热之前180℃的烟气以达到节能的目的,烟气的流量为32000Nm³/h
业主希望把脱销后的烟气从260℃降至210℃。
二、选型过程:
1.材质:高炉烟气中基本无腐蚀性气体且温度为中温,因为热管材质选碳钢即可
2.热管:由于前端已除过尘,含晨量不大,热管的翅片间隙可以放密,热管与翅片的连接方式采用高频焊。
三、传热计算及结果
 |
项目名称: |
设备名称: |
热管气气换热器 |
设备位号: |
|
设备数量(台) |
1 |
并联 (台) |
/ |
串联 (台) |
/ |
工 艺 参 数 |
|
高温侧 |
低温侧 |
名称 |
单位 |
Flue Gas 2 |
Flue Gas |
质量流量 |
kg/h |
43200 |
43200 |
温度(进/出) |
℃ |
260 |
210 |
180 |
220.5 |
密度 |
kg/m3 |
0.735747288 |
0.781401013 |
动力粘度 |
pa.s |
2.72998E-05 |
2.59914E-05 |
比热 |
kJ/(kg*K) |
1.05902475 |
1.05126325 |
导热系数 |
W/(m*K) |
0.037626896 |
0.035806649 |
潜热热量 |
KW |
0 |
总热交换量 |
KW |
635.41 |
有效平均温差 |
℃ |
34.53 |
污垢热阻系数 |
m2.℃/W |
0.00035 |
0.00035 |
翅 片 几 何 尺 寸 |
翅片形式 |
螺旋翅片 |
高温侧 |
低温侧 |
翅片排列方式 |
1 |
1为叉排 2为顺排 |
基管直径 |
mm |
25 |
25 |
基管厚度 |
mm |
2.5 |
2.5 |
翅片厚度 |
mm |
1 |
1 |
翅片高度 |
mm |
12.5 |
12.5 |
翅片节距 |
mm |
6 |
6 |
翅片导热系数 |
W/(m.℃) |
40 |
40 |
基管导热系数 |
W/(m.℃) |
16 |
16 |
翅片外径 |
mm |
50.00 |
50.00 |
翅片间隙 |
mm |
5.00 |
5.00 |
翅化比 |
|
7.42 |
7.42 |
翅片效率 |
|
0.82 |
0.82 |
有效性 |
|
6.05 |
6.07 |
翅片材质 |
|
Q235B |
基管材质 |
|
20 |
经济长度 L经(预估) |
|
1.00 |
箱 体 几 何 尺 寸 计 算 |
|
单位 |
高温侧 |
低温侧 |
初选迎风面质量流速 |
kg/(m2.s) |
3 |
3.6 |
初步计算迎风面面积 |
m2 |
4.00 |
3.33 |
热管长度 |
m |
2.2 |
2.2 |
箱体宽度 |
m |
2.275 |
实际迎风面积 |
m² |
5.01 |
5.01 |
实际迎风面质量流速 |
kg/(m².s) |
2.40 |
2.40 |
迎风面流速 |
m/s |
3.26 |
3.07 |
迎风面管间距 |
mm |
65 |
非迎风面管间距 |
mm |
65 |
最窄截面积 |
mm² |
215 |
215 |
对应迎风面 |
mm² |
390 |
390 |
最窄面上的质量流速 |
kg/(m².s) |
4.35 |
4.35 |
迎风面管数 |
根 |
35 |
实际取 |
根 |
35 |
最窄面上的气体流速 |
m/s |
5.91 |
5.57 |
管外传热系数 |
W/(m2.℃) |
55.69 |
54.78 |
基管外表面传热系数 |
W/(m2.℃) |
345.73 |
340.89 |
总传热系数 |
W/(m2.℃) |
152.43 |
需要传热面积(加热段基管外表面) |
m2 |
120.71 |
需要热管数量 |
根 |
699 |
需要管排数 |
排 |
20.0 |
实际管排数 |
排 |
22 |
总管数 |
759 |
实际传热面积(加热段基管外表面) |
m² |
128.100225 |
设计余量 |
6.12% |
强化后的换热面积 热侧/冷测 |
m² |
950.08 |
950.08 |
阻力 |
Pa |
321.60 |
298.15 |
热 管 安 全 及 最 大 传 输 功 率 计 算 |
第N排 |
|
1 |
单根热管功率 |
KW/根 |
0.84 |
第N排时管内工质工作温度 |
℃ |
238.97 |
热管工作温度下Ck值 |
|
1.46 |
第N排时热侧管壁温度 |
℃ |
240.47 |
热管管内工质工作温度下液体密度 |
kg/m³ |
1111.09 |
第N排时冷侧管壁温度 |
℃ |
237.91 |
热管工作温度下饱和蒸汽的密度 |
Kg/m³ |
60.74 |
热管工质 |
|
水 |
热管工作温度下饱和蒸汽的汽化潜热 |
KJ/Kg |
160.2 |
热管管内最低工作温度 |
℃ |
195.83 |
热管工作温度下液体的表面张力 |
N/m |
0.0052 |
热管管内最高工作温度 |
℃ |
238.97 |
单根热管工作温度下工质携带极限功率 |
KW |
1.03 |
结果:需要热管759支,换热面积950m2+950m2,设备高4.5米,宽2.4米,厚1.5米(不含变径风口),其他参数见计算书。
热管气气节能器设计实例(二)
一、工况概述:
烘干设备出来的尾气有17000Nm3/h,温度90℃,相对湿度60%,新进空气为室外常温空气,业主希望用高温的尾气加热室外的空气,其流量为7500Nm3/h,设备追求性价比,不希望一次投资过大,也不希望回收热量太小。
二、选型过程:
1.材质:由于换热器温度不高,故热管材质可选用铝管
2.热管:由于为空气,基本不含尘,翅片间隙可考虑放密集。
3.经过热量衡算,由于热侧气体湿度较大,降温过程中有冷凝水析出,故换热器应设置水盘。
三、传热计算及结果
 |
项目名称: |
设备名称: |
热管气气换热器 |
设备位号: |
|
设备数量(台) |
1 |
并联 (台) |
/ |
串联 (台) |
/ |
工 艺 参 数 |
|
高温侧 |
低温侧 |
名称 |
单位 |
热空气(含湿) |
室外空气 |
质量流量 |
kg/h |
17312.46923 |
9687.026221 |
温度(进/出) |
℃ |
90 |
84.13 |
20 |
84 |
密度 |
kg/m³ |
0.979829071 |
1.085549367 |
动力粘度 |
pa.s |
2.18467E-05 |
1.90043E-05 |
比热 |
kJ/(kg*K) |
1.003497206 |
0.9970337 |
导热系数 |
W/(m*K) |
0.030300575 |
0.027886044 |
潜热热量 |
KW |
143.37 |
总热交换量 |
KW |
171.70 |
有效平均温差 |
℃ |
24.54 |
污垢热阻系数 |
m2.℃/W |
0.000172 |
0.000088 |
翅 片 几 何 尺 寸 |
翅片形式 |
螺旋翅片 |
高温侧 |
低温侧 |
翅片排列方式 |
1 |
1为叉排 2为顺排 |
基管直径 |
mm |
23 |
23 |
基管厚度 |
mm |
2.5 |
2.5 |
翅片厚度 |
mm |
0.3 |
0.3 |
翅片高度 |
mm |
10 |
10 |
翅片节距 |
mm |
3.2 |
3.2 |
翅片导热系数 |
W/(m.℃) |
236 |
236 |
基管导热系数 |
W/(m.℃) |
236 |
236 |
翅片外径 |
mm |
43.00 |
43.00 |
翅片间隙 |
mm |
2.90 |
2.90 |
翅化比 |
|
10.05 |
10.05 |
翅片效率 |
|
0.93 |
0.94 |
有效性 |
|
9.32 |
9.43 |
翅片材质 |
|
铝 |
基管材质 |
|
铝 |
经济长度 L经(预估) |
|
0.73 |
箱 体 几 何 尺 寸 计 算 |
|
单位 |
高温侧 |
低温侧 |
初选迎风面质量流速 |
kg/(m².s) |
3 |
3.6 |
初步计算迎风面面积 |
m² |
1.60 |
0.75 |
热管长度 |
m |
1 |
0.7 |
箱体宽度 |
m |
1.5 |
实际迎风面积 |
m2 |
1.50 |
1.05 |
实际迎风面质量流速 |
kg/(m².s) |
3.21 |
2.56 |
迎风面流速 |
m/s |
3.27 |
2.36 |
迎风面管间距 |
mm |
60 |
非迎风面管间距 |
mm |
60 |
最窄截面积 |
mm2 |
112.4 |
112.4 |
对应迎风面 |
mm2 |
192 |
192 |
最窄面上的质量流速 |
kg/(m2.s) |
5.48 |
4.38 |
迎风面管数 |
根 |
25 |
实际取 |
根 |
25 |
最窄面上的气体流速 |
m/s |
5.59 |
4.03 |
管外传热系数 |
W/(m2.℃) |
343.42 |
48.06 |
基管外表面传热系数 |
W/(m2.℃) |
3224.81 |
455.70 |
总传热系数 |
W/(m2.℃) |
253.56 |
需要传热面积(加热段基管外表面) |
m2 |
27.60 |
需要热管数量 |
根 |
382 |
需要管排数 |
排 |
15.3 |
实际管排数 |
排 |
17 |
总管数 |
417 |
实际传热面积(加热段基管外表面) |
m² |
28.609953 |
设计余量 |
3.67% |
强化后的换热面积 热侧/冷测 |
m² |
287.50 |
196.71 |
阻力 |
Pa |
262.42 |
155.44 |
热 管 安 全 及 最 大 传 输 功 率 计 算 |
第N排 |
|
1 |
单根热管功率 |
KW/根 |
0.41 |
第N排时管内工质工作温度 |
℃ |
88.69 |
热管工作温度下Ck值 |
|
1.45 |
第N排时热侧管壁温度 |
℃ |
89.03 |
热管管内工质工作温度下液体密度 |
kg/m³ |
1111.09 |
第N排时冷侧管壁温度 |
℃ |
88.25 |
热管工作温度下饱和蒸汽的密度 |
Kg/m³ |
60.74 |
热管工质 |
|
水 |
热管工作温度下饱和蒸汽的汽化潜热 |
KJ/Kg |
160.2 |
热管管内最低工作温度 |
℃ |
75.09 |
热管工作温度下液体的表面张力 |
N/m |
0.0052 |
热管管内最高工作温度 |
℃ |
88.69 |
单根热管工作温度下工质携带极限功率 |
KW |
0.82 |
结果:需要热管417支,换热面积287.5m2+196m²,设备高1.8米,宽1.6米,厚1.2米(不含变径风口),其他参数见计算书。