论文总字数：14350字

摘 要

能源问题一直都比较突出，节能十分重要，对于烟气余热的回收利用很有意义。热管蒸汽发生器是一种换热设备，其换热元件为热管，由于热管的优良导热性、安全性等特点，同样在热管蒸汽发生器中得以体现，因此热管蒸汽发生器用于余热回收过程有明显优势。本文首先简单的介绍了热管蒸汽发生器的概念、工作原理及其应用实例与节能效果。然后对原始参数进行传热计算，对热管的工作温度进行估算，选择合适的热管内部介质、管壁材料、以及翅片材料、热管结构尺寸和布置方式。再通过传热计算，热平衡计算进行换热器的精确计算，验证换热器的传热效果满足设计要求。然后进行压降、传热极限、工作温度的校核。最后选择合理的换热器壳体材料、结构，绘制图纸。

此热管蒸汽发生器热管光管外径32mm；热管内径27mm；热管蒸发段长度1.6m；冷凝段长度0.62m；热管布置方式为正三角形错列布置，管子横向中心距为0.1m；热端采用翅片结构，翅片高度15mm；翅片厚度1.2mm；翅片间距5mm；冷端采用夹套结构，夹套外径60mm,内径54mm；每排热管由联箱供水与集气，联箱管选择φ76×3mm;传热量1446kW,蒸汽产生量0.6172kg/s,烟气侧阻力降527Pa。

关键词：热管 蒸汽发生器 余热回收

Design of heat pipe steam generator

Abstract

Energy issues have always been prominent, and energy saving is very important, and it is very meaningful for the recovery and utilization of flue gas waste heat. The heat pipe steam generator is a heat exchange device, and its heat exchange element is a heat pipe. Due to the excellent heat conductivity and safety of the heat pipe, it is also reflected in the heat pipe steam generator. Therefore, the heat pipe steam generator is used in the waste heat recovery process. obvious advantage. This article first briefly introduces the concept, working principle, application examples and energy-saving effects of the heat pipe steam generator. Then calculate the heat transfer of the original parameters, estimate the working temperature of the heat pipe, and select the appropriate heat pipe internal medium, pipe wall material, and fin material, heat pipe structure size and arrangement. Then through heat transfer calculation and heat balance calculation, the accurate calculation of the heat exchanger is performed to verify that the heat transfer effect of the heat exchanger meets the design requirements. Then check the pressure drop, heat transfer limit and working temperature. Finally, choose a reasonable heat exchanger shell material and structure, and draw drawings.

This heat pipe steam generator heat pipe smooth tube outer diameter is 32mm; heat pipe inner diameter is 27mm; heat pipe evaporation section length is 1.6m; condensing section length is 0.62m; heat pipe layout is staggered arrangement of regular triangles, the horizontal center distance of the pipe is 0.1m; hot end is used Fin structure, fin height 15mm; fin thickness 1.2mm; fin spacing 5mm; cold end adopts jacket structure, jacket outer diameter 60mm, inner diameter 54mm; each row of heat pipe is supplied by header water supply and gas collection, header pipe Choose φ76×3mm; heat transfer 1446kW, steam generation 0.6172kg/s, flue gas side resistance drop 527Pa.

Keywords: heat pipe, steam generator, waste heat recover

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 热管简介 1

1.2热管蒸汽发生器结构简介 1

1.3热管蒸汽发生器在余热回收中应用 1

1.3.1热管蒸汽发生器在磷酸工业中的应用 1

1.3.2热管蒸汽发生器在硫酸工业中的应用 2

1.3.3热管蒸汽发生器在海上油田的应用 2

1.4热管蒸汽发生器的设计 2

1.5热管蒸汽发生器的其他研究 3

第二章 热力计算 4

2.1计算传热量 4

2.1.1烟气物性参数 4

2.1.2烟气在换热器中总放出热量 4

2.1.3热管传递热量热至冷侧量 4

2.1.4冷侧工质实际可获得热量 4

2.2蒸汽产生量 5

2.3平均温差 5

第三章 结构计算 7

3.1热管结构 7

3.1.1热管工质选择 8

3.1.2热管结构参数 9

3.2烟气侧迎风面积与迎风面管排数 9

3.3总传热系数 10

3.3.1烟气对流换热系数 10

3.3.2烟气侧翅片效率 11

3.3.3单位长度热管管外的总表面积 12

3.3.4管外有效传热系数 12

3.3.5污垢热阻与管壁热阻 13

3.3.6相对于热管蒸发段总外表面积总传热系数 13

3.4加热侧总传热面积 14

3.5所需热管数 14

3.6热管蒸汽发生器结构参数 15

第四章 阻力计算 16

第五章 安全校核 17

5.1热管工作温度校核 17

5.2热管传热极限校核 18

5.3烟气侧最低管壁温 19

第六章 总结 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

目前人类主要利用的化石能源的减少，以及人们对能源的需求又不断增加，所以提高能源的利用率变得越来越重视 ^[1]。燃料燃烧后所产生烟气具有较高的温度，其中蕴藏着热能，如将其中一部分取出加以利用，显然对于节能亦十分有益。废热烟气热能回收的过程中，由于烟气对换热设备的磨损，腐蚀等问题，使得换热效率，工作的时间，维修的费用都将受到影响。热管技术的发展及工程中的良好应用，使得热管在蒸汽发生器中的使用具有良好的前景。

1.1 热管简介

热管是一种高效的换热元件，其本身为在密闭真空容器中充入工作液，工作时分为：蒸发段、绝热段、冷凝段^[2]。蒸发段受热时管内部工质吸热气化，蒸汽在管内微小压差作用下运动到冷凝段，然后液化放热，液体回流至蒸发段重复此过程^[3]。具有如下特点^[4,5]：高导热性，热管是依靠内部工质相变传热，热阻小；安全性高，热管的二次间壁换热，使其损坏后还能起隔离作用，组合使用时不影响其他热管的正常工作；均温性，换热面积可变等也给热管的应用带来了很大的优势。

1.2热管蒸汽发生器结构简介

热管蒸汽发生器的传热元件为热管，是将一定数量的热管按一定的排列方式组合在一起，以达到从废热烟气中回收余热的目的 ^[6-9] 。热管蒸汽发生器可分为整体式和分离式。整体式热管蒸汽发生器主要由预热室、蒸汽发生室、隔板、烟道板和热管组成，分离式热管蒸汽发生器主要由热管、汽包、上升管、下降管组成 ^[10] 。设备还可以增加自吹灰装置，烟气侧增加翅片改善其传热效果，热管采用抗腐蚀、高强度材料，以减少磨损腐蚀等问题，且热管之间相互独立，烟气与蒸汽双重隔离，即使少数根热管损坏，其余根可以自动调节，使其整套设备正常工作，可减少维修的频率^[11-13]。

1.3热管蒸汽发生器在余热回收中应用

1.3.1热管蒸汽发生器在磷酸工业中的应用

新型热法磷酸生产技术中，磷酸塔出来的P₂O₅温度达750℃，如不加以余热回收，其热量将会被浪费掉，但磷酸气体具有高腐蚀性，所以不能采用一般的热交换器,热管蒸汽发生器的应用使得热量得以回收，产生的低压蒸汽使全年增加500万元的收益^[14]。

1.3.2热管蒸汽发生器在硫酸工业中的应用

浙江嘉兴化工厂10kt/a的氯磺酸装置中分别采用高温热管蒸汽发生器、低温热管蒸汽发生器回收高、低温废热，在其共同的作用下，每小时可产生1.2吨0.8MPa的饱和蒸汽，总回收热量1240kW^[15]。

1.3.3热管蒸汽发生器在海上油田的应用

海上透平烟气采用热管蒸汽发生器进行余热回收后，每年可节约标准煤8060.5t，节能效果显著，热管的应用又解决了结垢、结焦问题对设备频繁的清洗，增加换热效率20％-30％，减轻了热污染，同时也降低了噪音污染^[16]。

1.4热管蒸汽发生器的设计

热管蒸汽发生器热力计算主要有平均温差法与热有效度—传热单元法两种，以及重力热管蒸汽发生器的相应理论研究^[17,18]，以及热管部分传热过程的相应公式^[19]。知道烟气进出口温度后可计算烟气的定性温度，根据定性温度查出烟气热物性参数，再结合烟气流量、取定散热损失后由能量守恒可计算出总传热量。通过水的进出口参数可得其物性参数，至此，便可计算出换热器的对数温差，蒸气产生量等。

热管蒸汽发生器中热管为换热器的主要传热元件，因此，所设计结构需要满足设备总的换热要求外，同时还需要使得热管的结构参数得以表征。为满足蒸汽要求，换热器添加了汽包的使用，以便于提高蒸汽品质，汽包容积通常取换热器蒸发量的1.2-1.5倍，整体式热管蒸汽发生器的汽包通常大于分离套管式，汽包中液位不宜过高或过低，通常取容积高度的2/3^[20]。对于提高蒸汽品质，内部还可增加汽水分离、蒸汽清洗的装置，以及必要的压力表、水位计、安全阀等。

请支付后下载全文，论文总字数：14350字