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余熱鍋爐換熱器的課程設(shè)計說明書.doc

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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.

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