9500Nm3h热管蒸汽发生器的设计毕业论文
2020-06-19 10:06
摘 要
本文是9500Nm3/h热管蒸汽发生器的设计，热侧气体是燃气，燃气的主要气体体积分数为：60%的H2、20%的CO2、15%的CO、5%的CH4。燃气入口温度为350℃，燃气出口温度以不产生焦油为宜，所以取燃气出口温度300℃。并产生170℃的饱和水蒸气，且饱和水蒸气量满足气化要求。
根据计算设计，这台热管蒸汽发生器燃气侧使用翅片管，管长0.88m，外径0.032m,壁厚0.003m。因为冷侧流体是水的沸腾相变，所以水侧采用光管，热管参数与燃气侧一致。最后计算得出换热器热管总数为100根，叉排排列方式，迎风横向管排数13排，纵向管排数8排。
关键词：热管 蒸汽发生器 翅片 沸腾相变
Design of 9500Nm3 / h Heat Pipe Steam Generator
ABSTRACT
This paper is designed for the 9500Nm3 / h heat pipe steam generator,the hot side gas is 60% H2, 20% CO2, 15% CO, 5% CH4,Gas inlet temperature of 350 ℃, gas outlet temperature to produce tar is not appropriate, so take the gas outlet temperature of 300 ℃,and produce saturated water vapor at 170 ° C, and the amount of saturated water vapor meets the gasification requirements.
According to the calculation design, this gas boiler heat pipe steam generator gas side using finned tube，Heat pipe length 0.88m，Outside diameter 0.0032m,wall thickness 0.03m，because the cold side of the water is the boiling phase transition of water, so the water side with light pipe, heat pipe parameters and the same gas side,finally, the total number of heat exchangers is calculated as 108, the arrangement of the crossed rows, the number of horizontal tubes is 13 rows,the number of longitudinal tubes is 8 rows.
Key words: Heat pipe、Steam Generator、Fins、Boiling phase change
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 III
符号表 V
第一章 绪论 1
1.1 课题背景与意义 1
1.2 热管蒸发器在工业行业的应用研究 2
1.2.1热管蒸发器简介 2
1.2.2热管蒸发器在工业生产的应用 3
1.2.3 热管蒸发器的改进及事故处理 4
1.3 国内外已有研究工作成绩 5
1.3.1国外研究综述 5
1.3.2国内研究综述 7
第二章 热管蒸发器设计 9
2.1已知条件 9
2.1.1热管元件选择 9
2.2.1燃气定性温度 9
2.2.2混合气体的密度 10
2.2.3 混合气体的比热容 11
2.2.4燃气的导热系数 12
2.3计算传热量 12
2.3.1热负荷计算 13
2.3.2 考虑热损后的实际热量 13
2.4蒸发量及对数平均温差 13
2.4.1蒸发量(冷流体流量)计算 13
2.4.2计算对数平均温差 13
2.5确定迎风面积及迎风管排数 14
2.5.1燃气侧迎风面积 14
2.5.2迎风面宽度 14
2.5.3实际迎风面积 14
2.5.4水侧热管长度 14
2.5.5计算传热系数以及管子数 15
2.6求总传热系数 15
2.6.1管束最小流通截面积 15
2.6.2流体最大质量流速 15
2.6.3雷诺数的计算 15
2.6.4流体换热系数 16
2.6.5每米长热管管外总表面积 16
2.6.6管外有效放热系数 16
2.6.7烟气侧放热系数 17
2.6.8沸腾侧管外放热系数 17
2.6.9总传热系数 18
2.7传热面积及管子数 18
2.7.1计算所需热管数 18
2.7.2计算换热器纵深排数 18
2.8换热器的校核 18
2.8.1计算通过热管换热器的压力降 18
2.8.2 热管最大传热能 19
2.8.3管壁温度的计算 20
2.8.4强度校核 20
第三章 结构设计 21
3.1热管尺寸 21
3.2换热器基本结构尺寸 21
第四章 结论与展望 23
4.1设计结论 23
4.2未来展望 23
参考文献 24
致谢 26
符号表
符号 | 含义 | 单位 | ||
物理量 |
| —— | 每米长热管管外总表面积 | m2 |
| —— | 每米长热管的翅片表面积 | m2 | |
| —— | 每米长翅片间管表面积 | m2 | |
| —— | 迎风面积 | m2 | |
B | —— | 迎风管排数 | 根 | |
| —— | 定性温度下热侧空气定压比热容 | kJ/(kg·K) | |
| —— | 容积当量直径 | m | |
| —— | 热管外径 | mm | |
| —— | 热管内径 | mm | |
| —— | 迎风面宽度 | m | |
| —— | 流体最大质量流量 | kg/(m2·h) | |
| —— | 换热系数 | W/(m2·K) | |
| —— | 管外有效换热系数 | W/(m2·K) | |
H | —— | 翅片型号 | mm | |
| —— | 翅片高度 | mm | |
| —— | 热管蒸发段长度 | mm | |
| —— | 热管冷凝段长度 | mm | |
| —— | 气流流向深度 | mm | |
| —— | 换热器纵深排数 | 根 | |
| —— | 所需热管数 | 根 | |
| —— | 每米热管长的翅片数 | ||
| —— | 努塞尔数 | ||
| —— | 管束最小流通截面积 | m2 | |
| —— | 通过换热器的压降 | Pa |
| —— | 定性温度下热侧普朗克数 | ||
| —— | 热侧空气放出热量 | kW |
| —— | 热管传至冷侧热量 | kW | |
| —— | 雷诺准则数 | ||
| —— | 纵向管子中心距 | mm | |
| —— | 横线管子中心距 | mm | |
| —— | 翅片间距 | mm | |
| —— | 热侧空气定性温度 | ℃ | |
| —— | 平均管壁温度 | ℃ | |
| ———— | 冷空气出口温度 | ℃ | |
| —— | 平均温差 | ℃ | |
| —— | 总传热系数 | W/(m2·K) | |
| —— | 标准迎风面速度 | m/s | |
| —— | 定性温度下热侧空气密度 | kg/m3 | |
| —— | 定性温度下热侧空气导热系数 | W/(m·K) | |
| —— | 定性温度下热侧空气粘度 | kg/(m·s) | |
| —— | 翅片厚度 | mm | |
| —— | 翅片效率 | ||
上标 | C | —— | 冷侧流体 | |
h | —— | 热侧流体 | ||
下标 | f | —— | 翅片 | |
in | —— | 进口 | ||
out | —— | 出口 | ||
w | —— | 管壁 | ||
y | —— | 污垢 | ||
1 | —— | 进口 | ||
2 | —— | 出口 |
第一章 绪论
1.1 课题背景与意义
热交换器从字面意思上理解就是可以让两种温度不同的物质能进行相互换热的一种设备[1]，在生产制造过程中，有许多的场合需要进行热量的交换，例如火电厂的锅炉设备，空调行业的制冷设备都很依赖热交换器。在生活中热量交换的重要性也不容分说，例如在北方冬天取暖所采用的暖气，暖气片就是一种最简单的热交换器。可以说，热交换器在工业生产以及生活中很常见，热交换器的作用也十分重要，在各个行业中，都需要利用到热交换以及余热回收。因此，热交换器的发展与国家的发展以及每个人的生活质量都息息相关，热交换器的发展也变得尤为重要。
换热器由于工作场合、效率经济等种种场合、成本的限制，分成了许多种类型，本文主要研究的是热管蒸发器，热管蒸发器是一种气-汽型换热器，主要作用是吸收烟气余热将水加热至沸腾状态形成蒸汽的一种节能装置，因为工业中热损失很大一部分都是烟气热量的损失，所以将烟气中的热量重新利用是一种重要的节能手段。
