烟气余热利用的热管式换热器设计
过程装备与控制工程 08150432 何鑫业 指导老师：卢小平 副教授
摘要
能源是发展国民经济的重要物质基础，是人类赖以生存的必要条件，能源的开发和利用程度直接影响着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的提高，余热回收是合理利用能源、节约能源、提高能源利用率等方面不可忽视的问题。在工业生产的各个部门中，有大量的加热炉、工业锅炉等，其排烟温度在200～500℃之间，排烟余热未获得充分利用，造成能源的严重浪费，因此，发展有效的余热回收装置是能源得以合理利用的有效方式。
设计包括热管简介、理论设计、设计计算、强度校核等内容。
关键字： 热管 余热 能源
Abstract
Energy is an important material basis for developing the national economy and is a necessary condition for human survival, development and utilization of energy directly affects the national economy development and people's material and cultural living standards, waste heat recovery is the rational use of energy, energy conservation, improving energy efficiency and other aspects of the problem which can not be ignored. In all sectors of industrial production, there are a lot of heating, industrial boiler, the exhaust gas temperature between 200～500℃, without the full use of exhaust heat, causing serious waste of energy, therefore, the development of effective heat Rational use of energy recovery can be an effective way.
The design includes heat pipe profile, theory design, design and calculation and strength check.
Key word: 一、前言
余热回收是合理利用能源、节约能源、提高能源利用率等方面不可忽视的问题。热管是一种具有高效传热性能的元件，它可利用很小的截面积远距离传输大量热量而无需外加动力。热管式换热器具有输热能力大、均温性能优良、传热方向可逆、热流密度可变、适应环境能力较强、阻力损失较小等优点，所以热管式换热器能较大限度的回收利用低品位余热。
本设计包含三个方面的内容:第一、热管换热器结构方案论证。根据实际所给条件和传热特点，确定最为合适的结构方案；第二、热力计算。根据传热公式和结构布置特点，确定设计方案满足设计实际要求；第三、校核受压元件，主要是热管的强度校核，确保其安全可靠。
由于我对热管换热器的知识掌握水平有限，设计中肯定存在一些问题和不足，还请各位老师提出宝贵的意见。
二、正文
（一）设计条件及任务
1.设计条件
空气侧：流量2048000Nm/h（标况）
2.设计要求及内容
（1）设计要求
烟气余热利用的热管式换热器，是以中温的水碳钢热管作为传热元件，基管采用锅炉管，扩'300v3t1050000Nm/h烟气侧：流量（标况） 入口温度1℃ v3
展换热面为高频焊螺旋型翅片的高效换热设备。在设计时，应按照一般锅炉的烟气成分考虑露点腐蚀问题，并在保留有一定余量的情况下决定烟气的出口温度。
（2）说明书
该内容包括概述、设计方案的选择、热管的结构参数选择及工作温度的确定、热力设计计算及强度安全性校核计算、热管换热器的基本结构设计、实际结果汇总、性能及安全可靠性评价、结语、参考文献。
（二）流程设计
烟囱
图1 气-气热管换热器流程示意图
图1为气-气热管换热器用于回收锅炉余热，从锅炉里出来的热烟气通过通风机送入热管式换热器中，在换热器中，烟气通过热管将热量传给冷空气，而通风机吹来的冷空气也通过热管式换热器，冷空气通过吸热变成热空气并送到锅炉助燃，实现了热量的转换和余热的回收。
（三）整体的结构布置方式
图2 气-气热管换热器结构示意图
本换热器的外形为矩形箱体，中间的隔板把箱体分割成上下两部分，烟气从热管换热器的隔板下方通过，空气从隔板上面通过。，穿过隔板的热管构成换热器的传热元件。流体的流动为逆流布置，如图2所示。热管顺排。当冷、热流体同时在各自的通道中流过时，热管就将热流体的热量传给冷流体，实现了两种流体的热交换，考虑到烟气含二氧化硫可能导致的露点腐蚀问题，使热流体的温度从300℃降低到150℃，冷流体的温度从进口的20℃开始升高，并带走烟气中放
出的所有热量。在换热器中，热管数量的多少取决于换热量的大小，为使设备紧凑，在热管外侧以高频焊螺旋形翅片作为扩展换热面，这样可使所需的热管数目大大减少。
三、外形尺寸
长：7150mm、宽：2095mm、高：2620mm、高（上箱体）：1290mm、高（下箱体）：1280mm、隔板厚度：30mm、板厚均为：10mm
四、总结
毕业设计可以说是对我大学四年学习成果的考核和总结。在这几个月里我通过自己的努力以及在卢小平老师的耐心指导下，本着严谨求实、开拓创新的精神，完成了大学四年最后的设计实践。
这次设计是一次从理论构思到实际论证的设计，他使我更深刻的理解力在大学里所学到的知识。
毕业设计中，我学会了一般的机械设计步骤，设计程序以及一些设计原则。同时我也掌握了一些电脑软件的使用，如Word的文档的编辑、排版；MathType软件的应用；尤其是对AutoCAD的应用，使我学会并掌握了常用的绘图命令，图层的修改和图形的标注等。
这次毕业设计实际上是将课本知识与实际相结合的运用。在这段时间内，使我对以前在课本上所学的知识进行了一次全面的回顾，亦是对新知识的学习，为我以后在工作中应用打下更扎实的基础，使我收获颇丰。所以对大学生来说毕业设计在学校和社会之间起到承上启下的作用，是理论与实践的一次紧密结合，所以说毕业设计是我步入社会的新起点。
通过这次毕业设计，我在各位指导老师的身上看到强大的理论知识是创新的基础，作为一个学生，学好理论知识才能让自己的才能发挥到极致，实际的动手操作能力也非常重要。这次设计让我的能力有了全面的提升，在今后的学习中，我会更加注重实际与理论相结合，我相信我将来也会是一个像老师们这样的高级人才！
参考文献
[1]庄骏,张红.热管技术及其工程应用[M].北京:化学工业出版社,2000.
[2]王斌斌,仇性启.热管及其换热器在烟气余热回收中的应用[J].工业加热,2006.
[3]Hesselgreaves JE.Rationalization of Second Law Analysis of Heat Exchangers[J].Int.J.Heat Mass Transfer, 2000, 43,43 (36):4189-4204.
烟气余热利用的热管式换热器设计
过程装备与控制工程 08150432 何鑫业 指导老师：卢小平 副教授
摘要
能源是发展国民经济的重要物质基础，是人类赖以生存的必要条件，能源的开发和利用程度直接影响着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的提高，余热回收是合理利用能源、节约能源、提高能源利用率等方面不可忽视的问题。在工业生产的各个部门中，有大量的加热炉、工业锅炉等，其排烟温度在200～500℃之间，排烟余热未获得充分利用，造成能源的严重浪费，因此，发展有效的余热回收装置是能源得以合理利用的有效方式。
设计包括热管简介、理论设计、设计计算、强度校核等内容。
关键字： 热管 余热 能源
Abstract
Energy is an important material basis for developing the national economy and is a necessary condition for human survival, development and utilization of energy directly affects the national economy development and people's material and cultural living standards, waste heat recovery is the rational use of energy, energy conservation, improving energy efficiency and other aspects of the problem which can not be ignored. In all sectors of industrial production, there are a lot of heating, industrial boiler, the exhaust gas temperature between 200～500℃, without the full use of exhaust heat, causing serious waste of energy, therefore, the development of effective heat Rational use of energy recovery can be an effective way.
The design includes heat pipe profile, theory design, design and calculation and strength check.
Key word: 一、前言
余热回收是合理利用能源、节约能源、提高能源利用率等方面不可忽视的问题。热管是一种具有高效传热性能的元件，它可利用很小的截面积远距离传输大量热量而无需外加动力。热管式换热器具有输热能力大、均温性能优良、传热方向可逆、热流密度可变、适应环境能力较强、阻力损失较小等优点，所以热管式换热器能较大限度的回收利用低品位余热。
本设计包含三个方面的内容:第一、热管换热器结构方案论证。根据实际所给条件和传热特点，确定最为合适的结构方案；第二、热力计算。根据传热公式和结构布置特点，确定设计方案满足设计实际要求；第三、校核受压元件，主要是热管的强度校核，确保其安全可靠。
由于我对热管换热器的知识掌握水平有限，设计中肯定存在一些问题和不足，还请各位老师提出宝贵的意见。
二、正文
（一）设计条件及任务
1.设计条件
空气侧：流量2048000Nm/h（标况）
2.设计要求及内容
（1）设计要求
烟气余热利用的热管式换热器，是以中温的水碳钢热管作为传热元件，基管采用锅炉管，扩'300v3t1050000Nm/h烟气侧：流量（标况） 入口温度1℃ v3
展换热面为高频焊螺旋型翅片的高效换热设备。在设计时，应按照一般锅炉的烟气成分考虑露点腐蚀问题，并在保留有一定余量的情况下决定烟气的出口温度。
（2）说明书
该内容包括概述、设计方案的选择、热管的结构参数选择及工作温度的确定、热力设计计算及强度安全性校核计算、热管换热器的基本结构设计、实际结果汇总、性能及安全可靠性评价、结语、参考文献。
（二）流程设计
烟囱
图1 气-气热管换热器流程示意图
图1为气-气热管换热器用于回收锅炉余热，从锅炉里出来的热烟气通过通风机送入热管式换热器中，在换热器中，烟气通过热管将热量传给冷空气，而通风机吹来的冷空气也通过热管式换热器，冷空气通过吸热变成热空气并送到锅炉助燃，实现了热量的转换和余热的回收。
（三）整体的结构布置方式
图2 气-气热管换热器结构示意图
本换热器的外形为矩形箱体，中间的隔板把箱体分割成上下两部分，烟气从热管换热器的隔板下方通过，空气从隔板上面通过。，穿过隔板的热管构成换热器的传热元件。流体的流动为逆流布置，如图2所示。热管顺排。当冷、热流体同时在各自的通道中流过时，热管就将热流体的热量传给冷流体，实现了两种流体的热交换，考虑到烟气含二氧化硫可能导致的露点腐蚀问题，使热流体的温度从300℃降低到150℃，冷流体的温度从进口的20℃开始升高，并带走烟气中放
出的所有热量。在换热器中，热管数量的多少取决于换热量的大小，为使设备紧凑，在热管外侧以高频焊螺旋形翅片作为扩展换热面，这样可使所需的热管数目大大减少。
三、外形尺寸
长：7150mm、宽：2095mm、高：2620mm、高（上箱体）：1290mm、高（下箱体）：1280mm、隔板厚度：30mm、板厚均为：10mm
四、总结
毕业设计可以说是对我大学四年学习成果的考核和总结。在这几个月里我通过自己的努力以及在卢小平老师的耐心指导下，本着严谨求实、开拓创新的精神，完成了大学四年最后的设计实践。
这次设计是一次从理论构思到实际论证的设计，他使我更深刻的理解力在大学里所学到的知识。
毕业设计中，我学会了一般的机械设计步骤，设计程序以及一些设计原则。同时我也掌握了一些电脑软件的使用，如Word的文档的编辑、排版；MathType软件的应用；尤其是对AutoCAD的应用，使我学会并掌握了常用的绘图命令，图层的修改和图形的标注等。
这次毕业设计实际上是将课本知识与实际相结合的运用。在这段时间内，使我对以前在课本上所学的知识进行了一次全面的回顾，亦是对新知识的学习，为我以后在工作中应用打下更扎实的基础，使我收获颇丰。所以对大学生来说毕业设计在学校和社会之间起到承上启下的作用，是理论与实践的一次紧密结合，所以说毕业设计是我步入社会的新起点。
通过这次毕业设计，我在各位指导老师的身上看到强大的理论知识是创新的基础，作为一个学生，学好理论知识才能让自己的才能发挥到极致，实际的动手操作能力也非常重要。这次设计让我的能力有了全面的提升，在今后的学习中，我会更加注重实际与理论相结合，我相信我将来也会是一个像老师们这样的高级人才！
参考文献
[1]庄骏,张红.热管技术及其工程应用[M].北京:化学工业出版社,2000.
[2]王斌斌,仇性启.热管及其换热器在烟气余热回收中的应用[J].工业加热,2006.
[3]Hesselgreaves JE.Rationalization of Second Law Analysis of Heat Exchangers[J].Int.J.Heat Mass Transfer, 2000, 43,43 (36):4189-4204.