某小型燃煤机组管式空气预热器设计（逆流，顺排，玻璃管

某小型燃煤机组管式空气预热器设计（逆流，顺排，玻璃管

杨硕

浙江大唐乌沙山发电有限责任公司 浙江 315722

摘要

把即将燃烧用的空气提前进行预热，可以有效的节约大量的能源。预热空气的装置称为空气换热器(或空气预热器)。常用的工业炉，特别是锻造加热炉，它的烟气所带走的热量约占炉子总热量的50%，利用空气预热器回收其中的部分余热，能够使炉子的热效率提升。空气预热的温度越高，浪费的燃料越少。同时还可提升燃料的燃烧温度，改善燃烧过程，使空气过剩系数减小，以节约能源。

第1章 设计的各项基本参数

1.1管道要求

材质：硼硅玻璃管 管外径d2：40 mm 管壁厚：2 mm

管束排列方式：顺排 管子间距S1=95mm，S2=85mm

1.2壳体要求

材质：钢 截面形状：长方形

1.3管壳间隙要求

截面长度方向 1 % 截面宽度方向 1 %

截面高度方向 1 %

1.4流体流动速度要求

烟气流速 4 m/s 空气流速 8 m/s 空气行程：单行程

1.5工质基本参数

1.6煤种的基本参数

锅炉燃料选用阜新烟煤：元素成分如下（%）

1.7其他参数

机组功率0.65MW 机组发电效率为30.8% 过量空气系数α取1.2

第2章 燃料的燃烧计算

2.1燃烧所需空气量

2.1.1收到基

收到基以进入锅炉房的原煤为基准，各种成分的收到基以下标ar表示。

Car＋Har＋Oar＋Nar＋Sar＋Aar＋Mar＝100％

在锅炉热力计算中，均采用收到基成分。原煤的水分也常以收到基来表示。

2.1.2碳的完全燃烧反应方程式为

由此可得1k g碳完全燃烧时需要 （标准状况下氧气，并产生 （标准状况下）二氧化碳。1kg燃料中含有 碳，因而1kg燃料中碳完全燃烧必需的氧气量为 （标准状况下） 。

第3章 空气与烟气热力参数的计算

3.1预热空气量

3.2 空气预热温度及冷空气温度

一般空气预热的温度都是根据工业炉窑的工艺要求提出的，但是这里必须估计到空气由预热器到炉子的烧嘴这一路程上的温度降落。温度降落的数值视距离远近及管道保温情况而定。

冷空气温度即空气进口温度

3.3 空气吸热量

取空气温度20 比热的平均值

280

20℃ 280 ℃ 比热的平均值为

则空气吸热量

第4章 平均对数温差和传热系数的计算

4.1平均对数温差

平均温差和预热器两侧的烟气与空气的相对流向有关。

因为烟气与空气为逆流， ，所以

4.2 传热系数基础数据

钢管尺寸： ；管束的排列方式为顺排；

管子间距 ；空气流速 ；烟气流速 。

4.3空气侧放热系数

空气平均温度 ,假定壁温 。

查 《标准大气压下干空气的物性参数》（附录七）得

；

，

则 ,属于紊流。

4.4烟气侧放热系数

4.4.1 烟气侧基本参数

烟气平均温度

查表得 ； 。

, 属于过渡流 。

4.4.2烟气侧对流放热系数

第5章 预热器管子长度以及管束的列数和排数

5.1所需传热面

5.2预热器管子总长度

(其中0.038为管子内、外直径的平均值)

5.3 预热器管束的列数和排数

空气流动方向上每根管子的长度

m

取空气行程为两行程，则空气每行程的管长为

预热器的列数

取四列，则预热器的排数

,取36排。

总结

空气预热器的设计包括热力计算、阻力计算、初步结构设计、和施工设计四个方面的内容。本次是以某小型燃煤机组管式空气预热器为题目的设计计算，本次设计计算皆以每小时烟气的放热量或每小时空气的吸热量为计算基础，先求出空气吸热量

，通过空气预热器传热面的热平衡方程 ，采用 试算法 确定了烟气的出口温度 ，利用LMTD对数平均温差法的求出了空气预热器的平均温差 ，以及通过雷诺数值所在的范围确定气体属于哪部分流层后，分别计算出空气侧的放热系数 ，和烟气侧的放热系数 ，再通过公式 计算出预热器的传热系数 。由上述计算得出的传热系数（ ）、平均温差（ ）以及预热器换热面的传热量（ ）求得预热器所需的传热面积，进而确定了预热器管子总长度（ ）以及空气流动方向上每根管子的长度（ ）后，得出预热器的列数（ ）和排数（ ），使空气预热器的结构布置和尺寸得到了确定。管壁温度校核主要是通过公式 来校核最后的计算结果是否与之前假设的温度相接近，因校核结果与之前假设温度470 相接近，所以不必重算。

参考文献

[1]换热器[M].靳明聪、程尚模、赵永湘.重庆：重庆大学出版社，1990.

[2]热工基础[M].王彦林、张晓东北京：中国电力出版社，2013.

[3]燃气燃烧与应用[M].同济大学等编.北京:中国建筑工业出版社，1988.

杨硕，男，民族：汉，河北唐山，1982. 03.09，本科，工作单位：浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，职称：工程师 。主要研究方向或者从事工作：电力行业， 邮编：315722

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