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1、10th锅炉热管式空气预热器的设计摘要本次设计的是IOtZh锅炉热管式空气预热器。首先考虑10th的锅炉，选择燃料为淄博贫煤，然后对燃料燃烧产物的相关数据进行计算。再对结构进行设计，热管式空气预热器的外壳选择碳钢，内部工质选择水。热管式换热器设计为矩形结构，由热管、隔板和壳体等部分组成，中间隔板把热管管束分成蒸发段和冷凝段两个部分，这两个部分都装有翅片，以增大传热面积，尽可能减少换热器面积，气体流向选择为顺流，当高温烟气流过热管蒸发段时，热管内部工作流体蒸发产生的蒸汽流到冷凝段放热，使低温的空气获得热量，达到热传递的目的。对热管进行设计时，热管选用的是025X1.5,其中蒸发段为0.8米,绝热
2、段为0.1米，冷凝段为0.8米。接下来的进行传热计算。最后对设计进行校核，得出设计是合理正确的。关键词：热管热管式空预器校核ThedesignofIOt/hboilerheatpipeairpreheaterAbstractThedesignisIOt/hboilerheatpipeairpreheater.Atfirst,weshouldconsidertheIOt/hboiler,thenwechoosefuelisZiboleancoal.Thenthefuelcombustionproductrelateddatatocalculate.Tostructuredesign,heatpi
3、peairpreheaterintheshellselectionofcarbonsteel,internalworkingmediumselectionofwater.Heatpipeheatexchangerdesignforrectangularstructure,composedofpartssuchasheatpipe,plateandshell,themiddlebaffleplateheatpipebundleisdividedintotwopartsofevaporationandcondensation,thetwopartsareequippedwithfin,toincr
4、easetheheattransferarea,minimizingheatexchangerarea,gasflowtochooseforthedownstream,whenhightemperaturefluegasflowthroughtheheatpipeevaporator,heatpipeworkingfluidinsidetheevaporationheatflowtothecondenserofthesteamproducedandmaketheairoflowtemperatureheat,toachievethepurposeofheattransfer.Todesigno
5、fheatpipe,heatpipeischosen025x1.5,whichis0.8metersinevaporation,adiabaticsectionof0.1meters,thecondenseris0.8meters.Theheattransfercalculation.Finally,thedesign,thisarticleconcludedthatthedesignisreasonableandcorrect.KeywordsHeatpipeHeatpipeairpreheaterDesigncalculations目录第一章绪论11.I热管的概述112吕.11.3热管的分
6、类21.4.虹吸式热管工作方式及原理21.5 热管换热器31.6 热管换热器的优点31.7.热管换热器使用中存在的问题41. 8为什么要研究热管以及热管的主要用途41.9热管及热管换热器的最新进展41. 10锅炉的已知参数4第二章锅炉及其煤种的选择62. 1锅炉的选择62. 2燃料选择6第三章燃料燃烧产物的计算73. 1理论空气量74. 2燃烧产物计算73. 3燃煤量计算10第四章热管式空气预热器的设计124. 1热管材料的选择124.1.1工质和管材的选择124.1.2放置形式以及芯结构的选择124.2酸露点的计算124.3已知条件计算134.4热管及翅片尺寸的选择144.4.1热管管径的选
7、择144.4.2翅片的尺寸选择164.5结构设计164.5.1入口质量流速的选择164.5.2考虑安全长度比和经济长度比164.5.3设计进口界面尺寸以及热管的尺寸选择174.6传热计算184.6.1传热系数Ko的计算184.6.2蒸发段传热系数/和冷凝段传热系数4194.6.3热管管壁的热阻计算204.6.4污垢热阻的计算214.6.5加上污垢热阻的传热系数214.6.6传热的平均温差计算214.6.7传热面积计算224.7管壁温度计算234.8阻力计算234.8.1计算烟气侧阻力234.8.2计算空气侧阻力244.9热管的强度计算24结论25致谢26参考文献27第一章绪论1.1 热管的概述
8、热管式一种导热性能特别好的传热元件，于20世纪60年代开始研发，70年代逐渐成熟并开始投入工业使用，它具有极高的导热性能，即使是导热性能最好的金属具有的导热系数也不及热管的万分之一，因此热管被称为“热超导体”。热管的工作原理比较简单，主要是靠封闭在其内部管子里的工作液体（工质）自身的反复相变来实现热传作用的，即管内工质首先吸收外界热量发生相变并蒸发，然后在管内另一头某一位置放热给换热体而自身又冷凝成液态，紧接着在无任何外加动力的作用下，仅仅借助于管内的毛细吸液芯所产生的毛细力冷凝液体又回到原始相变蒸发位置，然后吸收外界热量发生相变并蒸发，如此反复循环，从而达到热量从一处输送到另一处的目的。热管
9、不同于传统的换热设备，其结构紧凑，工作液体在内部循环，并不借助于外部动力作用进行流动，与其进行换热的冷热流体只要在其蒸发段和冷凝段外部流动就可以实现冷热流体间的热交换。流体阻力损失小、工作简单，而且连续进行，再加上热管本身所具有的优异导热性、优良的等温性、热流方向的可逆性、热流密度可变性、热二极管与热开关性、可远距离传热性以及对环境好的适应性等特性，热管技术实际上一曝光，便吸引了诸多研究者的注意。以热管为传热元件的换热器，不仅仅在节能方面用途广泛，而且在航天、航天器的均温和控温、新能源开发、电脑散热、空调制冷、恒温反应等方面都得到了应用，随着科技水平的不断提高，其应用已涉及冶金、化工、机械、交
10、通、电子、电力、石化、能源、动力、轻工、玻璃、陶瓷及医疗等多个行业领域，而且其应用范围也越来越广泛。1.2 热管技术1942年美国人GrOVer首次提出了“热传递装置”这一概念，这也是热管的最初雏形，并以之为名取得可相关专利。20世纪60年代，由于航空航天对传热的需要，美国1.osAlamos国家实验室首次将热管成功硬功于飞船与核反应堆的冷却传热，并为其起名为“热管”，之后热管引起了各国学者的极大兴趣和关注。1966年KatZoff发明了带有干道的热管，对热管结构进行了优化，使热管向实用化更向前迈进了一大步。第一台带翅片的热管式空气加热器也是日本70年代研发成功的，70年代美国已开始批量生产热
11、管式换热器，用于回收余热，也是热管向工业应用进军的开始。微型热管是1984年Cotter提出的，对其也进行了较完整的理论研究。我国对热管的研究起步较晚，是从20世纪70年代后期开始的，热管换热器研究成果于1980年首先在南京工业装饰上得到了应用，在其之后又陆续开发出了高炉热风余热回收碳钢-水空气预热器、锅炉烟道气余热回收热管式换热器等产品，逐步形成了我国特色的以锅炉余热回收利用为主的热管式换热器。近年来我国热管技术的开发研究发展迅速，工业化应用成果丰富，热管应用范围也在不断扩大，主要集中在烟气的余热回收、干燥过程中的节能、能源的合理利用、航天航空等方面，并且受到了很好的节能降耗效果，热管余热锅
12、炉、热管气-气换热器、高温热管热风炉、高温热管蒸汽发生器等热管产品也相继开发出来了，这些奠定了热管技术在我国工业应用中的基础。1.3 热管的分类迄今为止，开发出来的热管类型很多，按照热管的工作原理分类，主要有：虹吸式热管、重力热管、离心热管；按照冷热流体换热温度分类，热管主要分为：低温热管、常温热管、中温热管、高温热管；根据热管结构的不同，可分为：轴向热管和径向热管；按有无翅片分为：光管和加翅热管；按热管外形的不同，热管主要有平板型热管、环状热管、管式热管、脉动热管等不同类型的热管；按管壳与工质的组合方式热管有不同的种类：铜-水热管、碳钢-水热管、碳钢-蔡热管、碳钢-甲醇热管、铝-丙酮热管，不
13、锈钢-钠热管、陶瓷-钠热管等等。1.4 .虹吸式热管工作方式及原理典型的虹吸式热管由管壳、吸液芯、工作液体（工质）、端盖和翅片组成，管壳通常由金属制成，翅片是为了与管外流体换热更迅速而安设的，虹吸式热管以工质潜热的形式传递热量。热虹式热管在制作时，首先将管内抽成一定的负压，然后利用负压将工作液体吸入、这样才可以比较容易地使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中完全充满工作液体，工作液体充分充入管内后然后加以密封，这样就制成立刻虹式热管，热虹式热管的一端设计为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段之间布设一定长度的绝热段，额可以看出热虹式热流方向的可逆性是相当好的。虹吸式热管开
14、始工作室，首先热管的蒸发段和管外流体进行接触，使管壳受热，由于管壳是热的良导体，迅速将热传至管内工质，当热管内蒸发段工质受热后，工质发生相变并蒸发汽化，微小的蒸汽压驱使蒸汽流向另一端冷凝段，然后在另一头冷凝段接触到冷端吸液芯，放热给换热体而自身又冷凝成液态并放出潜热，紧接着无任何外加动力的作用下,仅仅借助于管内的毛细吸液芯所产生的毛细力，冷凝液体又回到了蒸发段相变蒸发位置，然后继续吸收外界热量发生相变并蒸发，如此反复循环，由工质不断的蒸发和冷凝，把热量不断地从热端传递到冷端，从而达到热量从一处输送到另一处实现热量转移的目的。1.5 热管换热器热管换热器是热管的应用形式，是由多根热管元件制作而成
15、、具有一定结构的换热设备。热管换热器的形式很多，根据具体的用途，可以分为余热蒸汽型、空气预热型、余热干燥型和冷却冷凝型等等，可以根据传热总面积和热管的具体尺寸数据进行热管换热器的设计、整形和安装使用。以处理的对象来分，热管换热器目前主要以低温换热和中高温换热为主要目的，如空调器热管就属于低温型热管，而锅炉尾气余热利用热管则属于中高温热管。热管的材料主要是选用碳钢，一般水为工质，这类热管换热器在空气预热、蒸汽发生等余热回收、节能环保装置应用最为广泛。与热管换热器进行热交换的外界冷热流体只是以热管为中间热量传递介质，在管外流动，通常可以通过加装翅片的方式增大其与冷热流体传热的传热面积，也可以通过增加绝热段的长度使其进行远距离热量传输，还可以将其做成平面状铺设在路基、路面以下保护路面不受严寒的侵蚀，或者放置路面以下冻冰的融化。热管换热器结构简单，换热效率高，我国第一台高炉热管空气预热器是1982年在马鞍山第一炼铁厂正式投用。1.6 热管换热器的优点与其他换热器相比，热管换热器的优点如下：（1）换热效率高（2）安全性、可靠性更高（3）无任何外加动力（4）强化传热很方便（5）防积、堵灰能力（6）热管壁温的可调性（7）布置
