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3.9.3分離式熱管換熱器的設(shè)計計算

日期：2022-01-07 09:08:45點擊：260

3.9.3分離式熱管換熱器的設(shè)計計算
分離式熱管換熱器設(shè)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(shè)定每組換熱器管束的管內(nèi)介質(zhì)溫度，然后，按常規(guī)的翅片管換熱器的設(shè)計方法設(shè)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(shè)計步驟說明如下：
(1) 根據(jù)給出條件，確定冷熱流體的流量，進出口溫度和熱負荷；
(2) 設(shè)定冷熱流體的迎風面質(zhì)量流速，計算蒸發(fā)器和冷凝器的迎風面積，并確定迎風面尺寸；
(3) 選擇蒸發(fā)器和冷凝器的翅片管規(guī)格、尺寸和橫向管間數(shù)；
(4) 在煙氣和空氣的流動方向上，將蒸發(fā)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(zhì)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(zhì)水的飽和溫度和飽和壓力：應(yīng)保證最高相變溫度不超高

對應(yīng)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(yīng)為

，以防止系統(tǒng)內(nèi)處于真空，產(chǎn)生空氣的滲入，并防止煙氣側(cè)壁面的露點腐蝕；
(6) 對分割后的每組換熱器進行獨立的設(shè)計計算，分別計算出蒸發(fā)器和冷凝器所需要的傳熱面積和縱向管排數(shù)；
(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(shù)，其中，翅片管外換熱系數(shù)按流體的中點溫度計算，而管內(nèi)蒸發(fā)或冷凝的換熱系數(shù)可由經(jīng)驗取值；
(8) 在結(jié)構(gòu)設(shè)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(lián)箱、管道和介質(zhì)的注液/排氣系統(tǒng)，等。

例3.9 1試設(shè)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(zhì)量流速，計算迎風面積。
① 煙氣側(cè)：
迎風面質(zhì)量流速：4. 0 kg/(m² .s),迎風面積：

,翅片管長度：L = 1.6 m,橫向?qū)挾龋?/span>

翅片管間距：86 mm,橫向管排數(shù)：21排，實取迎風面積：

,實取質(zhì)量流速：3. 94 kg/( m² .s)，橫向排管傳熱面積：4. 01 m²_o
② 空氣側(cè)：
迎風面質(zhì)量流速：

,迎風面積：

,翅片管長度：L = 1.4 m,橫向?qū)挾?strong>：W =1.419 m,翅片管間距：86 mm,橫向管排數(shù)：16排，實取迎風面積: 1.986 6 m²,實取質(zhì)量流速：3. 94 kg/(m² .s),橫向排管傳熱面積：2. 674 m²_o
(3) 翅片管規(guī)格。
翅片管選型:高頻焊接螺旋翅片管，材質(zhì):碳鋼。
煙氣側(cè)和空氣側(cè)均選:

,翅片高度為15 mm,翅片節(jié)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(shù)的簡化計算式為

表3.9.3各組換熱器的計算

序號	物理量	I組	Ⅱ組	Ⅲ組	IV組	備注
1	傳熱量/kW	1 027/4
2	翅片管外換熱系數(shù)	煙氣側(cè)：78.5				由式(2. 2.6)
		空氣側(cè)：68.3
3	翅片效率	煙氣側(cè)：0. 724				由式(2. 4.7)
		空氣側(cè)：0. 75
4	基管外換熱系數(shù)	煙氣側(cè)：460				由式(2. 1.8)
		空氣側(cè)：415
5	管內(nèi)換熱系數(shù)爲/	蒸發(fā)器：3 000				選取
		冷凝器：5 000
6	傳熱系數(shù)	蒸發(fā)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(fā)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(fā)器
		16.81	13.00	10. 63	9.00	冷凝器
9	縱向管排數(shù)	4. 56 取5.0	4. 56 取5.0	4. 56 取5.0	4. 56 取5.0	蒸發(fā)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(shù)目	105	105	105	105	蒸發(fā)器共420支
		112	80	64	64	冷凝器共320支
11	翅片管總質(zhì)量/kg	1 103	1 103	1 103	1 103	蒸發(fā)器總計4 412 kg
		1 030	736	589	589	冷凝器總計2 944 kg

(6) 計算結(jié)論:每組蒸發(fā)器具有相同的縱向管排數(shù)，都是5排,而4組冷凝器的縱向管排數(shù)分別為7排,5排,4排,4排。
(7) 每組換熱器的所有翅片管束都有聯(lián)箱相連，以保證每一組換熱器內(nèi)部有相同的溫度和壓力O

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