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热管空气预热器的工艺简易计算

晨怡热管 2009-11-16 18:12:53
中温热管空气预热器的最佳工作状态为:热烟气温度320~200℃,经热管空气预热器降温到150℃;空气出口温度为≤220℃。此工作状态对于小型氮肥厂吹风气回收最为适合。笔者对中温热管的工作状态、换热面积及结构设计计算进行以下论述。    原始数据及参数:烟气量Vy=29939m3/h,进预热器的烟气温度ty1=273℃,空气量Vk= 10 065m3/h,进预热器空气温度tk1=90℃,空气要求加热到tk2=220℃。
1  热平衡计算
    空气吸收热量:
    Qz=10 065×(1.309×220—1.3×90)
      =1 720 914kJ/h
    烟气放出热量:0.98Qy=Qz
    烟气出口温度ty2:
    0.98×29 939×(1.446 57×273-cy2ty2)=1 720 914
   cy2ty2=336kJ/m3   
    采用估算法得:cy2=1.44288kJ/(m3℃)
               ty2=232℃
2  热管的选取
    取热管直径为D=32mm,壁厚S=3.0mm,热管有效长度LL1+L2=2400mm,烟气侧与空气侧长度比L1/L2=1.4:1,绝热段长度L3=120mm,翅片外径D1=62mm,翅片厚度δ=1.0m,翅片高h=15mm,翅片间距烟气侧为10mm,共140片,翅化比为βk=6.6,空气侧翅片间距为6mm,共166片,翅化比βk=8.3。热管采用正三角形叉排,横向中心距s1=80mm,纵向中心距s2=70mm,热管蒸发段相变传热系数αi1=2 900w/(m2℃),冷凝段相变传热系数αi2=4060w/(m2℃)
3  烟气侧及空气侧对流换热系数αd
3.1  烟气侧
    质量流速:Gy=6.6kg/(m2s)   
    烟气平均温度:typ=(273+232)÷2=252.5
    普朗特数:Pr=0.66
    导热系数:λ=0.044 4W/(m·s)
    动力粘度:μ=26.658×10-6Pa·s   
    雷诺准数:Re1=(DGy)÷μ =(0.032×6.6)÷(26.658×10-6)=7 922
    对流换热系数:DD=62÷32=1.937 5,属于高翅片管束。
    (αy)d=0.137 8λRe10.718Pr1/3(y/h)0.296÷D
      =0.137 8×0.044 4×7 9220.718×0.661/3×(10/15)0.296÷0.032=93W/(m2℃)
    (αy)d'=βη(αy)d=6.6×0.95×93=583W/(m2℃)
3.2        空气侧
    空气侧质量流速:Gy=4.2kg/(m2s)
    空气平均温度:tkp=(90+220)÷2=155
    普朗特数:Pr=0.689
    导热系数:λ=0.035 6W/(m·s)   
    动力粘度:μ=24.1×10-6Pa·s
    雷诺准数:Re2=(DGy)÷μ
                  =(0.032×4.2)÷(24.1×10—6)
                  =5 576
    对流换热系数:
    (αk)d=0.137 8λRe10.718Pr1/3(yh)0.296÷D=(0.1378×0.0356×55760.718×0.6891/3(6/15)0.296÷0.032=50.4W/(m2℃)
    (αy)d'βηαy)d=8.3×0.95×50.4=397W/(m2℃)
4    热管空气预热器工艺计算
4.1        传热系数K的计算
    K’=1/[1/(αy)d'+1/αi1+(1/(αk)d'+αi2)] ×(L1/L2)=1/[1/583+1/2900+(1/397+1/4060)] ×(1400/1000) =168W/(m2℃)
4.2        对数温差的计算
    ty1=273℃;ty2=232℃;tk1=90℃;tk2=90℃
    △ts=ty1-ty2=273-232=53
    △tz=ty1-ty2=273-232=53
    △td=(△ts-△tz)/ln(△ts/△tz)=(53-142)/ ln(53/142)=90.3℃
4.3        换热面积的计算
    A’Q/(3.6Ktd)=1720914/(3.6273×98×90.3)=54m2
    取得1.2倍的余量,则:
   A=1.2 A’ =1.2×54=64.8,取65
    需要热管管数
   NA/(π×D×L)=65/(3.14×0.032×2.4)=270(根)
    则管子排列为24×6+23×6=282根
4.4        阻力的计算
    (1)烟气侧
    f1=18.93Re-0.316(S1/d0) -0.927 (S2/S1)0.515=18.93×7922-0.316×(80/32) ×(70/80) 0.515=0.443
    △P1=f1 [(NG1)2/ρg)=0.443×(12×6.62/9.8/0.6727) =0.343kPa
    (2)空气侧
    f1=18.93Re-0.316(S1/d0) -0.927 (S2/S1)0.515=18.93×8888-0.316×(80/32) ×(70/80) 0.515=0.495
    △P1=f1 [(NG1)2/ρg)=0.495×(12×4.22/9.8/0.6727) =0.156kPa
   
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