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1、專業(yè)課程設(shè)計(jì) 余熱利用——換熱器設(shè)計(jì) 《新能源與節(jié)能技術(shù)》專業(yè)課程設(shè)計(jì) 說明書 名 稱 余熱利用——換熱器設(shè)計(jì) 院 系 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間

2、 引 言 余熱的利用途徑主要有余熱的直接利用、余熱發(fā)電和余熱的綜合利用。余熱發(fā)電通常利用余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電。開源節(jié)流是解決能源供需的可靠辦法，考慮到要合理的開發(fā)和利用二次能源，所以運(yùn)用余熱鍋爐是利用二次能源的重要組成部分（高溫?zé)煔猓┑闹饕侄沃?，從而提高能源利用率，有效?jié)約能源。 通過此次余熱鍋爐換熱器的設(shè)計(jì)，充分讓學(xué)生理解理論知識(shí)并且加以實(shí)際利用。課程設(shè)計(jì)是專業(yè)原理教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用專業(yè)課程和有關(guān)選修課程所學(xué)知識(shí)，完成以單元操作為主的一次設(shè)計(jì)實(shí)踐。通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握設(shè)計(jì)的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料、選用

3、公式和數(shù)據(jù)、用簡(jiǎn)潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果、制圖以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，在設(shè)計(jì)過程中能夠培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和實(shí)事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。

4、 目 錄 1 引言 ………………………………………………………………… 1.1 目錄 ……………………………………………………………… 1.2 余熱鍋爐概述 …………………………………………………… 2 設(shè)計(jì)參數(shù) …………………………………………………………… 3 設(shè)計(jì)方案 …………………………………………………………… 3.1 平均溫差（溫壓）的計(jì)算 ……………………………………… 3.2 換熱量的計(jì)算 ………………………………………………… 3.3 流通截面積計(jì)算 ………………………………………………… 3.4 換熱管

5、的設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………………… 4 計(jì)算匯總表 ………………………………………………………… 5 結(jié)論 ………………………………………………………………… 6 體會(huì) ………………………………………………………………… 參考文獻(xiàn) 1.2 余熱鍋爐概述 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，余熱鍋爐可分為管殼式和煙道式余熱鍋爐。管殼式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)與管殼式換熱器無差別，并同樣有固定管板式、浮頭式及U型管式。煙道式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)域普通鍋爐的相似，有耐火磚砌成爐膛，爐膛內(nèi)裝設(shè)管束，高溫氣體通過爐膛，將管內(nèi)流動(dòng)的水加熱汽

6、化。 換熱器的設(shè)計(jì)即是通過傳熱過程計(jì)算確定經(jīng)濟(jì)合理的傳熱面積以及換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸，以完成生產(chǎn)工藝中所要求的傳熱任務(wù)。換熱器的選用也是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算所需的傳熱面積，選擇合適的換熱器。由于參與換熱流體特性的不同，換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的差異，因此為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)或選用換熱器時(shí)需要考慮多方面的因素，進(jìn)行一系列的選擇，并通過比較才能設(shè)計(jì)或選用出經(jīng)濟(jì)上合理和技術(shù)上可行的換熱器。 2 設(shè)計(jì)參數(shù) 給定量: (1) 額定飽和蒸汽量 0.5t/h (2) 額定飽和蒸汽壓力 0.5MPa

7、 (3) 給水溫度 20℃ (4) 排污率 2% (5) 煙氣的體積流量 11500m/h (6) 排煙溫度 180℃ (7) 煙氣溫度 500℃ (8) 管長(zhǎng) 4.9m 采用陽泉無煙煤W Mar=5.0% Aar=19.0% Car=68.9% Har=2.9% Oar=2.4% Nar=1

8、.0% Sar=0.8% 發(fā)熱量Q.p=26400kJ/kg 空干水分Mad=1.0% 干燥無灰基揮發(fā)物Vdaf=9.0% 灰熔點(diǎn)=1400℃ 3 設(shè)計(jì)方案 3.1 平均溫差（溫壓）的計(jì)算 ?T=（?tmax-?tmin）/ln(?tmax/?tmin) K （3.1） 逆流最大溫差：?tmax=t?- t2 K （3.2） 逆流最小溫差：?tmin=t1-t2

9、 K （3.3） 以上式中：t?: 煙氣溫度, ℃; t1: 排煙溫度, ℃; t2: 水的進(jìn)口溫度，℃； t2：出口溫度，由p=0.6MPa查參考文獻(xiàn)[1]附錄9，℃ 3.2 換熱量的計(jì)算 熱測(cè)煙氣換熱量 : Q?=C??t?M? KJ/s （3.4） 冷測(cè)水換熱量: Q2=1000D[(Ish.s-If.w)+Pb.w(Is.w-If.w)]/3600 KJ/s （3.5） 換熱器換熱量 : Q=(Q?+Q2)/2 KJ/s

10、 （3.6） 煙氣質(zhì)量流量: M?=（V?ρ?）/3600 KJ/s （3.7） 換熱效率：η=(Q2/Q1)*100% （3.8） 以上式中：C?：熱測(cè)煙氣比熱容，按熱側(cè)平均溫度（t?+t1/2查參考文獻(xiàn)【1】附錄6，KJ/(kg.K); C2: 冷側(cè)水比熱容, 按冷側(cè)平均溫度(t2+t2)/2查參考文獻(xiàn)【1】附錄9, KJ/(kg.K); ρ?：煙氣密度，按熱側(cè)平均溫度查參考文獻(xiàn)【1】附錄6，kg/m； V?：煙氣體積流量，m/h；

11、Ish.s：飽和蒸汽焓，由Tsh.s=159℃,p=0.6MPa查參考文獻(xiàn)【2】附表2，kJ/kg； Is.w：飽和水焓，按p=0.6MPa查參考文獻(xiàn)【2】附表2，kJ/kg； If.w：給水焓，按給水溫度tf.w=20℃查參考文獻(xiàn)【2】附表1，kJ/kg； D: 蒸發(fā)量, t/h; Pb.w：排污率，%； 3.3 流通截面積計(jì)算 煙道流通截面積：A1=V?/3600/u ㎡ （3.9） 管子流通截面積：A2=M2/W/ρ2 ㎡ （3.10） 換熱器換

12、熱面積：F=1000Q/?T/K ㎡ （3.11） 以上式中：u：煙氣流速，參考文獻(xiàn)【3】354頁（7-13m/s）取定，m/s； M2：水的質(zhì)量流量，M2=D*1000/3600， kg/s； W：水的流速，參考文獻(xiàn)【3】354頁（不小于0.3m/s）取定，m/s； ρ2：水的密度，按冷側(cè)平均溫度查參考文獻(xiàn)【1】附錄9，kg/m； K：傳熱系數(shù)，取定[范圍：10—100W/（㎡.k）]，W/（M.k）； 3.4 換熱管的設(shè)計(jì)計(jì)算 橫向管距 s1=dw*2~3 m

13、 (3.12) 縱向管距 S2=2R m (3.13) 管數(shù) n=4*M2/ρ2/3.14/dn/W 熱管長(zhǎng)度 L=F/3.14/dw/n m (3.14) 管長(zhǎng) l"=l-3.14R+R m (3.15) 管程 Np=L/l

14、 (3.16) 總傳熱管數(shù) Nz=2Np (3.17) 煙道寬度 a=l"+2*c m (3.18) 煙道深度 b=S1+2*c m (3.19) 煙道截面積 F1=ab m (3.20) 以上式中：dw ：管子外徑，由參考文獻(xiàn)【4】187頁表格2取定，m

15、； dn：管子內(nèi)徑，由參考文獻(xiàn)【4】187頁表格2取定，m；取定管厚3m； 4 計(jì)算匯總表 表4 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 名稱 符號(hào) 單位 公式及計(jì)算 結(jié)果 工作壓力 P MPa 給定條件 0.5 蒸發(fā)量 D t/h 給定條件 0.5 煙氣溫度 t? ℃ 給定條件 500 排煙溫度 t1 ℃ 取定（小于200℃） 180 冷側(cè)進(jìn)口溫度 t2 ℃ 給定條件 20 冷側(cè)出口溫度 t2 ℃ 由p=0.6MPa查參考文獻(xiàn)[1]附錄9 159 熱測(cè)溫差 ?t? K ?t?=t?-t1 320 冷測(cè)溫差

16、 ?t2 K ?t2=t2-t2 139 逆流最大溫差 ?tmax K ?tmax=t?-t2 341 逆流最小溫差 ?tmin K ?tmin=t1-t2 160 溫壓 ?T K ?T=（?tmax-?tmin）/ln(?tmax/?tmin) 239 熱測(cè)煙氣比熱容 C? KJ/(kg.K) 查參考文獻(xiàn)【1】附錄6 1.134 冷側(cè)水比熱容 C2 KJ/(kg.K) 查參考文獻(xiàn)【1】附錄9 4.175 煙氣密度 ρ? kg/m 查參考文獻(xiàn)【1】附錄6 0.457 水的密度 ρ2 kg/m 查參考文獻(xiàn)【1】附錄9 9

17、65.682 煙氣體積流量 V? m/h 給定條件 11500 煙氣質(zhì)量流量 M? kg/s M?=（V?ρ?）/3600 1.460 水的質(zhì)量流量 M2 kg/s M2=D*1000/3600 0.139 飽和蒸汽焓 Ish.s kJ/kg 查參考文獻(xiàn)【2】附表2 2756.660 飽和水焓 Is.w kJ/kg 查參考文獻(xiàn)【2】附表2 670.670 給水焓 If.w kJ/kg 查參考文獻(xiàn)【2】附表1 83.800 排污率 Pb.w % 給定條件 2 熱測(cè)換熱量 Q? KJ/s Q?=C??t?M? 529.

18、754 冷測(cè)換熱量 Q2 KJ/s Q2=1000D[(Ish.s-If.w)+Pb.w(Is.w-If.w)]/3600 372.861 換熱器換熱量 Q KJ/s Q=(Q?+Q2)/2 451.308 換熱效率 η % η=(Q2/Q1)*100% 70.4 換熱器換熱面積 F ㎡ F=1000Q/?T/K 23.58 傳熱系數(shù) K W/（M.k） 取定[范圍：10—100W/（㎡.k）] 80.0 煙氣流速 u m/s 參考文獻(xiàn)【3】354頁取定 8.0 水的流速 W m/s 參考文獻(xiàn)【3】354頁取定 0.3 煙

19、道流通截面積 A1 ㎡ A1=V?/3600/u 0.40 管子流通截面積 A2 ㎡ A2=M2/W/ρ2 0.00048 管子外徑 dw m 參考文獻(xiàn)【4】187頁表格2 0.024 管子內(nèi)徑 dn m 參考文獻(xiàn)【4】187頁表格2 0.018 彎曲半徑 R m 給定條件 0.040 橫向管距 S1 m s1=dw*2~3 0.048 縱向管距 S2 m S2=2R 0.080 管數(shù) n n=4*M2/ρ2/3.14/dn/dn/W 1.9 管數(shù)取整 n 2 熱管長(zhǎng)度 L m L=F/3.1

20、4/dw/n 156.481 管長(zhǎng) l m 取值 4.900 l" m l"=l-3.14R+R 4.814 管程 Np Np=L/l 31.9 管程取整 Np 取整數(shù) 32 總傳熱管數(shù) Nz 2Np 64 外側(cè)管距墻體距離 c m 0.040 煙道寬度 a m a=l"+2*c 4.894 煙道深度 b m b=S1+2*c 0.128 煙道截面積 F1 m F1=ab 0.63 煙道截面積校核 F2 m A1+2*dw*l" 0.63 換熱面積校核 S m s=3.14*

21、Nz*dw*l 23.63 換熱系數(shù)校核 k W/（m.k） Q/s/?T*1000 79.8 5結(jié)論 本次課程設(shè)計(jì)，按任務(wù)書的要求，從確定余熱鍋爐換熱器的基本結(jié)構(gòu)開始，到換熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算，直到最后的匯總，計(jì)算方法符合要求；在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算誤差均小于2%的要求。計(jì)算結(jié)果、總體設(shè)計(jì)符合任務(wù)書的要求，完成了《余熱利用——換熱器設(shè)計(jì)》的任務(wù)。 6體會(huì) 為期兩周的余熱鍋爐換熱器的課程設(shè)計(jì)，使我獲益匪淺。首先這種綜合性和實(shí)際性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使我體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性的初次嘗試。通過課程設(shè)計(jì)，要求我能綜合運(yùn)用本課

22、程和以前學(xué)習(xí)課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到設(shè)計(jì)的主要程序和方法，充分培養(yǎng)了我分析和解決工程實(shí)際問題的能力。同時(shí)，通過課程設(shè)計(jì)還進(jìn)一步地培養(yǎng)了我正確的設(shè)計(jì)思想，實(shí)事求是，嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，并且為我大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)和今后走入工作崗位打下了良好基礎(chǔ)。 最后我要由衷地感謝我們的指導(dǎo)老師老師，給了我們很多的指導(dǎo)和幫助，她追求完美、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度是我今后學(xué)習(xí)工作中的榜樣，此外她循循善誘的指導(dǎo)給予了我們更多的啟迪。還有感謝我們團(tuán)隊(duì)組員的共同努力，特別是同學(xué)，在我們友好合作中完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 參考文獻(xiàn) [1] 楊世銘,陶文銓.傳熱學(xué)[M].北京：高等教育出版社,2006. [2] 康樂明,譚羽非.工程熱力學(xué)（第五版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007. [3] 馮俊凱,沈幼庭,楊瑞昌.《鍋爐原理與計(jì)算》（第三版）[M]. 北京 科學(xué)出版社 2003. [4] 簡(jiǎn)光沂.新編實(shí)用五金手冊(cè)[M]北京:中國電力出版社 2005.