余熱鍋爐換熱器的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書.doc

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(shuō)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 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(guò)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(guò)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(guò)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)。 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(wú)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(guò)爐膛，將管內(nèi)流動(dòng)的水加熱汽化。 換熱器的設(shè)計(jì)即是通過(guò)傳熱過(guò)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(guò)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 (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(yáng)泉無(wú)煙煤W Mar=5.0% Aar=19.0% Car=68.9% Har=2.9% Oar=2.4% Nar=1.0% Sar=0.8% 發(fā)熱量Qar.net.p=26400kJ/kg 空干水分Mad=1.0% 干燥無(wú)灰基揮發(fā)物Vdaf=9.0% 灰熔點(diǎn)=14003 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 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=CtM 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 （3.6）煙氣質(zhì)量流量: M=（V）/3600 KJ/s （3.7）換熱效率：=(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);：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；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/2 （3.10）換熱器換熱面積：F=1000Q/T/K （3.11）以上式中：u：煙氣流速，參考文獻(xiàn)【3】354頁(yè)（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(yè)（不小于0.3m/s）取定，m/s；2：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：10100W/（.k），W/（M.k）；3.4 換熱管的設(shè)計(jì)計(jì)算橫向管距 s1=dw*23 m (3.12)縱向管距 S2=2R m (3.13)管數(shù) n=4*M2/2/3.14/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 (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(yè)表格2取定，m；dn：管子內(nèi)徑，由參考文獻(xiàn)【4】187頁(yè)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PMPa給定條件0.5蒸發(fā)量Dt/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9159熱測(cè)溫差tKt=t-t1320冷測(cè)溫差t2Kt2=t2-t2139逆流最大溫差tmaxKtmax=t-t2341逆流最小溫差tminKtmin=t1-t2160溫壓TKT=（tmax-tmin）/ln(tmax/tmin)239熱測(cè)煙氣比熱容CKJ/(kg.K)查參考文獻(xiàn)【1】附錄61.134冷側(cè)水比熱容C2KJ/(kg.K)查參考文獻(xiàn)【1】附錄94.175煙氣密度kg/m查參考文獻(xiàn)【1】附錄60.457水的密度2kg/m查參考文獻(xiàn)【1】附錄9965.682煙氣體積流量Vm/h給定條件11500煙氣質(zhì)量流量Mkg/sM=（V）/36001.460水的質(zhì)量流量M2kg/sM2=D*1000/36000.139飽和蒸汽焓Ish.skJ/kg查參考文獻(xiàn)【2】附表22756.660飽和水焓Is.wkJ/kg查參考文獻(xiàn)【2】附表2670.670給水焓If.wkJ/kg查參考文獻(xiàn)【2】附表183.800排污率Pb.w%給定條件2熱測(cè)換熱量QKJ/sQ=CtM529.754冷測(cè)換熱量Q2KJ/sQ2=1000D(Ish.s-If.w)+Pb.w(Is.w-If.w)/3600372.861換熱器換熱量QKJ/sQ=(Q+Q2)/2451.308換熱效率%=(Q2/Q1)*100%70.4換熱器換熱面積FF=1000Q/T/K23.58傳熱系數(shù)KW/（M.k）取定范圍：10100W/（.k）80.0煙氣流速um/s參考文獻(xiàn)【3】354頁(yè)取定8.0水的流速Wm/s參考文獻(xiàn)【3】354頁(yè)取定0.3煙道流通截面積A1A1=V/3600/u0.40管子流通截面積A2A2=M2/W/20.00048管子外徑dwm參考文獻(xiàn)【4】187頁(yè)表格20.024管子內(nèi)徑dnm參考文獻(xiàn)【4】187頁(yè)表格20.018彎曲半徑Rm給定條件0.040橫向管距S1ms1=dw*230.048縱向管距S2mS2=2R0.080管數(shù)nn=4*M2/2/3.14/dn/dn/W1.9管數(shù)取整n2熱管長(zhǎng)度LmL=F/3.14/dw/n156.481管長(zhǎng)lm取值4.900l"ml"=l-3.14R+R4.814管程N(yùn)pNp=L/l31.9管程取整Np取整數(shù)32總傳熱管數(shù)Nz2Np64外側(cè)管距墻體距離cm0.040煙道寬度ama=l"+2*c4.894煙道深度bmb=S1+2*c0.128煙道截面積F1mF1=ab0.63煙道截面積校核F2mA1+2*dw*l"0.63換熱面積校核Sms=3.14*Nz*dw*l23.63換熱系數(shù)校核kW/（m.k）Q/s/T*100079.8 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(wèn)題復(fù)雜性的初次嘗試。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求我能綜合運(yùn)用本課程和以前學(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(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)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(lè)明,譚羽非.工程熱力學(xué)（第五版）M.北京：中國(guó)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(guó)電力出版社 2005.