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1、專業(yè)課程設(shè)計 余熱利用——換熱器設(shè)計
《新能源與節(jié)能技術(shù)》專業(yè)課程設(shè)計
說明書
名 稱 余熱利用——換熱器設(shè)計
院 系 機械工程學院
專 業(yè)
學 生
指導教師
完成時間
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,推動汽輪機組發(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,所以運用余熱鍋爐是利用二次能源的重要組成部分(高溫煙氣)的主要手段之一,從而提高能源利用率,有效節(jié)約能源。
通過此次余熱鍋爐換熱器的設(shè)計,充分讓學生理解理論知識并且加以實際利用。課程設(shè)計是專業(yè)原理教學的一個重要環(huán)節(jié),是綜合應用專業(yè)課程和有關(guān)選修課程所學知識,完成以單元操作為主的一次設(shè)計實踐。通過課程設(shè)計使學生掌握設(shè)計的基本程序和方法,并在查閱技術(shù)資料、選用
3、公式和數(shù)據(jù)、用簡潔文字和圖表表達設(shè)計結(jié)果、制圖以及計算機輔助計算等能力方面得到一次基本訓練,在設(shè)計過程中能夠培養(yǎng)學生樹立正確的設(shè)計思想和實事求是、嚴肅負責的工作作風。
4、
目 錄
1 引言 …………………………………………………………………
1.1 目錄 ………………………………………………………………
1.2 余熱鍋爐概述 ……………………………………………………
2 設(shè)計參數(shù) ……………………………………………………………
3 設(shè)計方案 ……………………………………………………………
3.1 平均溫差(溫壓)的計算 ……………………………………… 3.2 換熱量的計算 …………………………………………………
3.3 流通截面積計算 …………………………………………………
3.4 換熱管
5、的設(shè)計計算 ………………………………………………
4 計算匯總表 …………………………………………………………
5 結(jié)論 …………………………………………………………………
6 體會 …………………………………………………………………
參考文獻
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)流動的水加熱汽
6、化。
換熱器的設(shè)計即是通過傳熱過程計算確定經(jīng)濟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。換熱器的選用也是根據(jù)生產(chǎn)任務,計算所需的傳熱面積,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)特點的差異,因此為了適應生產(chǎn)工藝的實際需要,設(shè)計或選用換熱器時需要考慮多方面的因素,進行一系列的選擇,并通過比較才能設(shè)計或選用出經(jīng)濟上合理和技術(shù)上可行的換熱器。
2 設(shè)計參數(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 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=1400℃
3 設(shè)計方案
3.1 平均溫差(溫壓)的計算
?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: 水的進口溫度,℃;
t2:出口溫度,由p=0.6MPa查參考文獻[1]附錄9,℃
3.2 換熱量的計算
熱測煙氣換熱量 : Q?=C??t?M? KJ/s (3.4)
冷測水換熱量: 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?:熱測煙氣比熱容,按熱側(cè)平均溫度(t?+t1/2查參考文獻【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【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【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【2】附表2,kJ/kg;
Is.w:飽和水焓,按p=0.6MPa查參考文獻【2】附表2,kJ/kg;
If.w:給水焓,按給水溫度tf.w=20℃查參考文獻【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【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【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【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)計計算
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
熱管長度 L=F/3.14/dw/n m (3.14)
管長 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【4】187頁表格2取定,m
15、;
dn:管子內(nèi)徑,由參考文獻【4】187頁表格2取定,m;取定管厚3m;
4 計算匯總表
表4 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果
名稱
符號
單位
公式及計算
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[1]附錄9
159
熱測溫差
?t?
K
?t?=t?-t1
320
冷測溫差
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
熱測煙氣比熱容
C?
KJ/(kg.K)
查參考文獻【1】附錄6
1.134
冷側(cè)水比熱容
C2
KJ/(kg.K)
查參考文獻【1】附錄9
4.175
煙氣密度
ρ?
kg/m
查參考文獻【1】附錄6
0.457
水的密度
ρ2
kg/m
查參考文獻【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【2】附表2
2756.660
飽和水焓
Is.w
kJ/kg
查參考文獻【2】附表2
670.670
給水焓
If.w
kJ/kg
查參考文獻【2】附表1
83.800
排污率
Pb.w
%
給定條件
2
熱測換熱量
Q?
KJ/s
Q?=C??t?M?
529.
18、754
冷測換熱量
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【3】354頁取定
8.0
水的流速
W
m/s
參考文獻【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【4】187頁表格2
0.024
管子內(nèi)徑
dn
m
參考文獻【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
熱管長度
L
m
L=F/3.1
20、4/dw/n
156.481
管長
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,按任務書的要求,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)計參數(shù)計算,直到最后的匯總,計算方法符合要求;在進行計算時,計算誤差均小于2%的要求。計算結(jié)果、總體設(shè)計符合任務書的要求,完成了《余熱利用——換熱器設(shè)計》的任務。
6體會
為期兩周的余熱鍋爐換熱器的課程設(shè)計,使我獲益匪淺。首先這種綜合性和實際性較強的設(shè)計學習,是理論聯(lián)系實際的橋梁,是使我體察工程實際問題復雜性的初次嘗試。通過課程設(shè)計,要求我能綜合運用本課
22、程和以前學習課程的基本知識,進行融會貫通的獨立思考,在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的設(shè)計任務,從而得到設(shè)計的主要程序和方法,充分培養(yǎng)了我分析和解決工程實際問題的能力。同時,通過課程設(shè)計還進一步地培養(yǎng)了我正確的設(shè)計思想,實事求是,嚴肅認真的態(tài)度和認真負責的工作作風,并且為我大四的畢業(yè)設(shè)計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老師老師,給了我們很多的指導和幫助,她追求完美、嚴謹細致、一絲不茍的治學態(tài)度是我今后學習工作中的榜樣,此外她循循善誘的指導給予了我們更多的啟迪。還有感謝我們團隊組員的共同努力,特別是同學,在我們友好合作中完成設(shè)計任務。
參考文獻
[1] 楊世銘,陶文銓.傳熱學[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2] 康樂明,譚羽非.工程熱力學(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.《鍋爐原理與計算》(第三版)[M]. 北京 科學出版社 2003.
[4] 簡光沂.新編實用五金手冊[M]北京:中國電力出版社 2005.