换热器课程设计

设计题目：单级空气预热器设计。

设计任务：一】设计说明书。

1】绪论。2】空气平衡计算（计算单级空气预热器出口热空气过剩空气系数）

3】燃烧产物体积及焓的计算。

4】单级空气预热器设计计算。

5】单级空气预热器校核计算。

二】设计图纸。

单级空气预热器设计主体图，1#图纸。

设计参数：一】锅炉参数：

1）锅炉额定蒸发量

2）过热蒸汽参数压力：；温度：

3）汽包内饱和蒸汽压力

4）给水参数压力：；温度：

5）排污率

6）预热空气温度

7）冷空气温度

8）入口烟温

9）锅炉效率

10）烟道宽度

二】煤的收到基成分。

1）燃料名称：抚顺烟煤。

2）煤的收到基成分。碳氢

氧氮硫水分

灰分 3）煤的收到基低位发热量

三】空预器设计参数：h

1.绪论 6

2.空气平衡计算 7

2.1空气平衡计算相关参数及公式的选取 7

2.1.1煤成分计算 7

2.1.2空气平衡计算选用的公式 7

2.2空气平衡计算结果汇总 8

2.2.1空气平衡计算结果汇总表 8

3.单级空气预热器烟气特性计算 9

3.1烟气的特性参数计算依据 9

3.1.1空气过剩系数的选取 9

3.1.2烟气特性参数计算依据 9

3.2烟气特性参数计算汇总 9

3.2.1烟气特性参数计算汇总表 10

3.3烟气的温焓表计算 10

3.3.1烟气的温焓表 10

4.热平衡及燃料消耗量计算 11

4.1相关公式的选取 11

4.2相关计算参数的选取 12

4.3计算结果汇总 12

4.3.1热平衡及燃料消耗计算结果汇总表 12

5.单级空气预热器的设计计算 13

5.1相关结构参数的计算和选取 14

6.单级空气预热器的传热热力计算 16

6.1确定传热方式 16

6.2计算传热系数 16

6.2.1确定烟气对流放热系数 16

6.2.2确定辐射放热系数 16

6.2.3确定综合传热系 17

6.3误差计算 17

6.4计算结果汇总表 17

7.单级空气预热器校核计算 19

7.1空气预热器校核计算汇总 19

7.1.1空气预热器校核计算汇总表 19

8.计算结果汇总 21

8.1计算结果汇总 21

8.1.1计算结果汇总表 21

9.单级空气预热器设计总结 23

参考文献 24

1.绪论。能源紧张是目前世界上普遍存在的严重问题， “节能"是缓和能源紧张不可缺少的措施之一。

对燃烧用的空气进行预热，可以节约大量能源，尤其是在现有的大量工业炉窑上安装空气预热器更能取得明显的节能效果，因此高温空气预热器广泛应用于工业生产的各个领域。空气预热器是通过对锅炉、加热炉以及废气催化焚烧炉等炉窑的高温烟气与燃烧所用冷空气换热，进行余热**的一种重要装备，广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业。空气预热器一方面可以提高进入炉膛助燃空气的温度，带入一部分物理显热，提高炉膛的辐射温度，保证炉膛内燃料稳定燃烧，并能强化燃烧，降低装置能耗，节约能源；另一方面，可减小炉内热损失，降低排烟温度，提高炉窑热效率。

根据经验，当空气在预热器中温度升高1．5℃时，排烟温度可降低1℃。在炉窑烟道中安装空气预热器后，如果能把空气预热1 50～1 60℃，就可以降低排烟温度11 o～1 20℃，可将炉窑热效率提高7％～7．5％，节约燃料11％一12％。

空气预热器包括管式预热器和回转式预热器。管箱预热器工作原理：较为简单，烟气从管箱外部流经，空气从管箱内部通过，通过温差不同传热。

与省煤器、过热器等原理相同。回转式预热器的工作原理：预热器转子部件由数以万计的传热元件组成，当空预器缓慢旋转，烟气和空气逆向交替流经空气预热器。

蓄热原件在烟气侧吸热，在空气侧放热，从而达到降低锅炉排烟温度，提高热风温度的预热作用。空气预热器是火力发电厂中的一个重要设备，起到降低排烟温度，提高锅炉燃烧效率的目的，研究空气预热器的热力性能具有十分重要的意义。

2.空气平衡计算。

2.1空气平衡计算相关参数及公式的选取。

2.1.1煤成分计算。

根据任务书我们选择煤种为抚顺烟煤，其煤的收到基成分如下所示：碳氢

氧氮硫水分

灰分煤的收到基低位发热量

2.1.2空气平衡计算选用的公式

1）上级空气预热器过量空气系数及各受热面的漏风系数选择如下所示。

表2—1 空预器中各受热面的漏风系数及过量空气系数。

空气预热器出口热空气的过量空气系数为：

其中、通过查表2—1得出。

2）燃烧产物体积及焓的计算煤完全燃烧（）时理论空气量及燃烧产物体积计算如下。

理论空气量（标况下）为：

理论体积为：

的理论体积：

2.2空气平衡计算结果汇总。

2.2.1空气平衡计算结果汇总表。

根据燃料的收到基成分及以上公式得到空气平衡计算的结果如表2—1

表2-1 理论燃烧产物计算结果表。

3.单级空气预热器烟气特性计算。

根据空气平衡计算结果，选取相应的空气过剩系数，即可计算出烟气的成分，并根据烟气成分及其各个成分在不同温度下的焓值，计算出烟气的温焓表，为后续烟气放热系数及迭代计算做准备。

3.1烟气的特性参数计算依据。

3.1.1空气过剩系数的选取。

根据烟道前部结构的漏风系数及取单级空气预热器的漏风系数0.03，得到了单级空气预热器入口过量空气系数=1.25及出口空气过剩系数=1.28，具体如下表所示。

表3—1 空预器中各受热面的漏风系数及过量空气系数。

3.1.2烟气特性参数计算依据。

根据入口空气过剩系数、出口空气过剩系数及理论燃烧产物得到了烟气相关特性参数见表3—2。

3.2烟气特性参数计算汇总。

表3—2 烟气特性。

3.3烟气的温焓表计算。

3.3.1烟气的温焓表。

根据烟气的成分计算不同温度下烟气的焓值汇总如下表：

表3—3 烟气温焓表。

4.热平衡及燃料消耗量计算。

锅炉的热平衡计算是指根据送入锅炉机组的热量与锅炉机组有效利用的热量及各项损失之间的平衡。根据任务书给定的参数及前述计算，以1kg燃料为计算基础，计算出锅炉的有效利用热，根据给水参数及吸热后蒸汽参数及锅炉容量，计算出燃料消耗量。

4.1相关公式的选取。

1) 锅炉有效利用热：

2) 燃料消耗量：

3）计算燃料消耗量：

bj4-3)

4.2相关计算参数的选取。

1）给水焓及过热蒸汽焓：

查《水和水蒸气热力性质图表》得到任务书给定压力下的过热蒸汽焓和给水焓，具体数值见表5。

2）固体不完全燃烧损失：

查《实用锅炉手册》表2-71得。

4.3计算结果汇总。

4.3.1热平衡及燃料消耗计算结果汇总表。

根据以上参数、公式及任务书给定条件，得到以下计算结果汇总如下表：

表4—1 热平衡及燃料消耗计算。

5.单级空气预热器的设计计算。

5.1 单级空预器的结构计算。

采用钢管式预热器，高温（上级）空气预热器有一个管组，由四个并列管箱组成。管式空气预热器常用于中、小型锅炉，它是直径30mm~40mm，壁1.2mm~1.

5mm的有缝薄钢直管与错列开孔的上下板焊接而成，形成立体管箱。对燃煤锅炉，为了减轻积灰，采用立式布置，烟气在管内纵向流动。在我国管式空气预热器近年来都采用φ40×1.

5mm的有缝管焊接在两端较厚的管板上制成(有时管板间还有把气流隔成几个流程的管板），外部有时还焊一些钢架以增强其钢度。

管子的排列从空气侧来说采用错列，常用的管距如下。

在选用s1、s2时应注意使两管间的斜向距离的数值不得小于10mm，如值太大或太小，管板会在管子焊接时发生过大的变形。

如果在决定s1、s2时预先考虑是横向管间间隙s1-d为斜向管间间隙之二倍，则空气气流在管簇中流动时没有过多的压缩、膨胀，因而流阻较小，根据计算，以下的一些s1、s2的配合是比较合适的。

表5-1 适合值表

在空气预热器中烟气流速wy一般在10m/s~14m/s的范围里选取、烟气流速过高则磨损大，烟气过低则堵灰，设计中一般取空气流速比烟气流速低，为烟气流速45%~55%。

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