论文总字数：18867字

摘 要

能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。

热管是一种具有高导热性能的传热组件，且热管换热器内部装有工质，靠工质相变传热。热管换热器不需要动力装置，不需额外消耗能源，能够有效地缓解能源短缺带来的能源危机。

本文根据所给的空气和烟气进出口温度、空气流量等，用常规算法设计了一台锅炉热管空气预热器，并对其中主要的构件进行了相关校核，主要内容和结论如下：

本文设计的热管式换热器由13排182根热管组成，管子排列采用等边三角形排列，选用水作为管内工质，采用逆流布置方式。所设计的热管式换热器蒸发段传热面积为191㎡，冷凝段传热面积243㎡，空气流量15000Nm³/h，烟气流量11166Nm³/h，换热量达到543.6kw，并使得20℃空气温度升高到120℃，300℃烟气温度降低到170℃。

本文针对热管式换热器的特点，校核了热管的工作强度，校核结果证明设计是合理的。

关键词：锅炉热管空气预热器 热管 热管式换热器

The design of heat pipe air preheater of boiler

Abstract

Energy is the basis material of human activities. In a sense, without the emergence of high-quality energy sources and advanced energy technologies there will be no development of human society. Nowadays, the development of energy and the relationship between energy and environment are the issue which people have common concern about, and also an important issue of China social and economic development.

Heat pipe is a heat transfer component with high heat conducting property, and there is working fluid in the heat pipe which transferred heat when the phase changes. The heat pipe heat exchanger does not need an extra power, so there has no consumption of energy, it can effectively alleviate the energy shortage caused by energy crisis.

In this paper, according to the temperatures of air, exhaust gas and the rate of air flow, a heat pipe air preheater exchanger was designed by using the conventional method, and some checks have been made to check the main related structure. The main conclusions are as follows:

In this paper the heat pipe heat exchanger has 13 rows of 182 heat pipes. The arrangement of the pipes is a pattern of equilateral triangle. Water is chosen as the working fluid in the heat pipes. The fluids were arranged in countercurrent arrangement. The design of the evaporation surface areas of the heat pipe is 191 square meters and the condensation surface areas is 243 square meters. The rate of air flow is 15000Nm³/h and the exhaust gas is 11166Nm³/h. The heat exchanger can transfer heat in 543.6kw that makes the air temperature rise from 20 ℃ to 120 ℃, the exhaust gas temperature fall from 300 ℃ to 170 ℃.

According to the characteristics of heat pipe heat exchanger, the stress of pipe under the working pressure were checked, the results prove that the strength of the

pipes are reasonable.

Keywords: a heat pipe air preheater heat pipe heat pipe heat exchanger

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1当前能源概况 1

1.2热管换热器的原理 1

1.3热管空气预热器在锅炉中的应用 2

1.4锅炉热管式空气预热器技术特点 2

1.5热管空预器设备制造工艺特点 3

1.6提高高频焊接质量 4

1.7热管空气预热器在炉群节能中的应用 4

1.8热管式换热器的研究进展 5

1.9研究内容 6

1.10研究手段 6

第二章 锅炉热管空气预热器热力计算 7

2.1、热管空气预热器进出口已知条件 7

2.1计算传热量 7

2.2.1冷空气侧定性温度及参数 7

2.2.2冷空气实际获得热量 8

2.2.3热管中传至空气侧的热量 8

2.2.4烟气侧传出的热量 8

2.3对数平均温差 8

2.3.1烟气的定性温度 8

2.3.2烟气量 9

2.3.3对数平均温差 9

2.4确定迎风面积及迎风面管排数 9

2.4.1烟气侧迎风面积与空气侧迎风面积 9

2.4.2迎风面宽度，迎风面管子排数B 9

2.4.3实际迎风面积，实际标准迎风面风速 10

2.4.4热管总长度 10

2.5求总传热系数 10

2.5.1管束流通截面积 10

2.5.2流体最大质量流速 10

2.5.3求 11

2.5.4求流体换热系数 11

2.5.5求翅片效率 11

2.5.6求每米长热管管外总表面积 12

2.5.7求管外有效换热系数 12

2.5.8求污垢热阻及管壁热阻 12

2.5.9求总传热系数 12

2.6.求加热侧总传热面积 13

2.7所需热管数 13

2.8求换热器纵深排数 13

2.9求通过热管换热器的压力降 13

2.9.1换热器的净自由容积 13

2.9.2求容积当量直径 14

2.9.3求 14

2.9.4求摩擦系数 14

2.9.5求平均管壁温度 14

2.9.6求壁温下的流体黏度 14

2.9.7求通过换热器的压降 15

2.10.求热管的迎风面第一排的管内流体温度 15

2.10.1物性参数: 15

2.10.2求 15

2.10.3求流体换热系数 15

2.10.4求翅片效率 16

2.10.5求管外有效换热系数 16

2.10.6求污垢热阻及管壁热阻 16

2.10.7求总传热系数 17

2.10.8热管的第一排的管内温度t 17

2.11求蒸发段热管最后一排管壁温度 18

2.11.1物性参数: 18

2.11.2求 18

2.11.3求流体换热系数 18

2.11.4求翅片效率 19

2.11.5求管外有效换热系数 19

2.11.6求污垢热阻及管壁热阻 19

2.11.7求总传热系数 19

2.11.8热管的最后排的管内温度t 20

2.12强度校核 20

第三章锅炉热管空气预热器结构设计 21

3.1 热管原件的基本选择 21

3.2 热管空气预热器的基本结构 21

3.2.1 换热器管子排列方式 21

3.2.2 迎风面长度和热管长度 21

3.3.3 中间隔板预留段和预留长度 21

3.3.4 热管长度 22

3.3.5 换热器箱体宽度 22

3.3.6 换热器总高度 22

3.3.7 气体流向深度 22

3.3.8 换热器箱体长度 22

第四章 总结与展望 24

4.1 总结 24

4.2 展望 24

参考文献 26

致 谢 28

附 录 29

主要符号表 29

热轧普通槽钢规格尺寸表 32

无缝钢管尺寸规格表 32

第一章 绪 论

1.1当前能源概况

我国当前的能源消费主要有以下特点：能源消费以煤为主，环境问题日益突出；优质能源比重上升，石油安全不容忽视；工业用能居高不下，结构调整任重道远；生活用能有所改善，用能水平仍然很低。

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