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摘 要

热风炉为高炉提供高温热风，提高热风炉进口煤气温度是一种常见的方法。本研究就是为热风炉设计整体式热管换热器，利用热风炉烟气预热进口煤气。

热管是一种高效的换热元件，换热性能很强，等温性能优异。整体式热管换热器换热效率较高，设备紧凑，在冶金等行业有广泛的研究。我国目前能源使用量大，能源使用效率不高，钢铁行业的余热利用仍有较大的提升空间。本研究利用热风炉的余热资源来预热煤气，煤气温度上升100℃，进入高炉的热风温度将显著提升，整个炼铁系统的能源使用效率也会随之提升。由于煤气是有毒气体，预热器的换热管在管板结合处是煤气最易泄漏的环节,因此换热器的密封结构需特殊处理。

关键词：余热利用 高炉热风炉 热管 热管换热器

The design of integral heat pipe exchanger

Abstract

Hot blast stove is designed to provide hot air with high temperature for the blast furnace, and a common way is to increase the gas temperature of the furnace inlet gas. This research is to design an integral heat pipe heat exchanger for the hot blast stove.

Heat pipe is a kind of heat exchange element with high efficient. The performance of heat transfer is very strong, and the isothermality of the heat pipe is excellent. The efficiency of the integral heat pipe heat exchanger is high, which is widely studied in the metallurgical industry ,and the equipment is compact. China has consumed a large amount of energy in current years ,however,the energy consumption is at a low level,and the reuse of waste heat in the steel industry still has a large room for improvement. In this study, the waste heat resources of hot blast stove are used to preheat the gas, whose’s temperature rises 100 degrees centigrade.The temperature of the gas into the blast furnace will significantly increase, making the energy efficiency of the whole system improve. Because the gas is a poisonous and the heat exchange tube of the preheater has the most possibility to leak the gas, the seal structure of the heat exchanger needs special treatment.

Key Words: Waste heat recovery; Hot blast stove ; Heat pipe; Heat exchanger;

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1我国工业余热资源及其利用现状 2

1.2热管和热管换热器简介 2

1.2.1热管及工作原理 2

1.2.2热管的基本特性 3

1.2.3热管的应用 3

1.2.4热管换热器 3

1.2.5热管的发展 4

1.3冶金高炉及余热回收应用 5

1.3.1高炉及热风炉 5

1.3.2余热回收及煤气预热器 5

1.3.3工艺布置 6

1.4课题的意义 7

第二章 整体式热管煤气预热器的设计 8

2.1设计要求： 8

2.2预热器设计中考虑的问题 8

第三章 热力计算及结构计算 9

3.1燃烧计算 9

3.1.1理论空气量（标况下） 9

3.1.2实际空气量（标况下） 9

3.1.3实际烟气量（标况下） 9

3.2热力计算 10

3.2.1计算传热量 11

3.2.2烟气出口温度及对数平均温差 12

3.2.3确定迎风面面积及管排数B 14

3.2.4求总传热系数 14

3.2.5求加热侧总传热面积 17

3.2.6所需热管根数 17

3.2.7求换热器纵深排数 17

3.2.8求通过热管换热器的压力降 17

3.2.9求热管的第一排的管内流体温度t_v 19

3.3整体式预热器的结构设计与强度校核 20

3.3.1换热器本体结构设计 20

3.3.2 壳体结构设计 21

3.3.4烟气和煤气接口 21

3.3.4 设备法兰的选定 21

第四章 强度校核 22

4.1热管的强度校核 22

第五章 总结 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

物质是构成客观世界的基础，能量是物质的内在属性和表现形式，人类利用物质的状态变化来获取能量，如相态，温度，使用能量的能力客观决定了人类文明的发展程度。能源是具有可利用能量的资源，如石油，太阳能，地热等，能源是能量的来源，能量是能源的价值。近年来，虽然新能源获得大众的普遍关注，但化石能源仍然是社会能源消费的主体。以工业发电为例，国家统计局数据显示，2014年全国火电占总发电量的65%^[1]，并且在可预见的未来，化石能源依然具有其他能源不可替代的作用。

大量地使用化石燃料同时也造成了生态环境的日益恶化，图1-1和图1-2根据国家统计局历年统计数据制作而成^[1]，图1-1显示的是我国工业制造业能源消费总量持续上升，从图1-1不难发现，2013中国能源消费总量居世界首位。图1-2显示我国整体能源利用率稳步提升，但是与美日等国家相比还有一定差距，另一个反应能源利用能力的指标“万元

图1-1 中国能源消费趋势

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