热管式预热器设计计算实例分析

原始数据及有关参数：已知烟气量V_y=24820kg/h，空气量V_k=22055kg/h，进预热器烟气温度t′_y=360℃，出预热器烟气温度t″_y=200℃，进预热器前空气温度t′_k=20℃。

设热管直径D=32mm，壁厚δ=2.5mm，热管有效长度L=L₁+L₂=3.4m，烟气侧与空气侧长度比L₁/L₂=1∶1，绝热段长度L₃=0.1m，翅片外径D₁=63mm，翅片厚度δ=1.25mm，翅片高h=15.5mm，翅片间距5mm，翅化比β=9.5，热管横向中心距S₁=80mm，纵向中心距S₂=70mm，热管蒸发段相变传热系数α_i1=2900W/（m²·℃），冷凝段相变传热系数α_i2=4060W/（m²·℃）。

设计计算：

（1）烟气放出热量Q由式（6-61）得

Q=24820×（1.21×360-1.13×200）kJ/h=5200000kJ/h

（2）空气预热温度t″_k由式（6-62）得

（3）对数平均温差Δt_d采用逆流方式

Δt_s=t′_y-t″_k=（360-233）℃=127℃

Δt_z=t″_y-t′_k=（200-20）℃=180℃

（4）烟气侧及空气侧对流传热系数αd

1）烟气侧，取烟气质量流速G_y=5kg/（m²·℃），平均烟气温度（360+200）℃=280℃时，查附录表C-3：Pr=0.654，λ=0.0468W/（m·℃），ν=43.2×10^-6m²/s。当烟气密度ρ=0.65kg/m³时，则动力粘度μ=ρν=0.65×43.2×10^-6Pa·s=2.81×10^-5Pa·s

雷诺数有翅片时，由式（6-63）得

折合为光管时，由式（6-64）得(www.xing528.com)

2）空气侧，取空气质量流速G_k=4kg/（m²·℃），平均空气温度（233+20）℃=126.5℃时，同样得Pr=0.692，λ=0.038W/（m·℃），μ=2.3×10^-5Pa·s，则

有翅片时，由式（6-63）得

折合为光管时

（5）综合传热系数K以热管蒸发段光管面积为基准的综合传热系数为

以热管全部光管面积为基准的综合传热系数为

（6）预热器传热面积A

（7）需要热管数N每根热管的传热面积为

α=πDL=3.14×0.032×3.4m²=0.342m2

需热管数，取N=288

（8）热管排列及预热器尺寸　横向热管列数取n₁=16，则纵向热管排数

预热器有效宽度B=n₁S₁=16×0.18m=1.28m

预热器有效长度L=n₂S₂=18×0.07m=1.26m