论文总字数：24228字

2020届毕业设计(论文)

题 目：20t/h 热气体空冷器设计

专 业： 能源与动力工程

班 级： 能动1604

姓 名： 茅佳华

指导老师： 王涵

起讫日期： 2020.2-2020.6

2020年6月

20t/h 热气体空冷器设计

摘 要

空冷器是一种特殊的换热设备，在烟气余热回收，空调系统，空气除湿系统和制冷系统有着很重要的作用。它引入最简单的空气把它作为系统装置的冷却剂，与热流体进行换热从而达到热流体冷却下来的目的，相较于水冷器，它不受地域的影响，能够较好地适合缺水地区对于换热设备的需求。

本文通过已知条件中，所要求的热流体和冷流体的质量流量，确定的冷热流体的进口温度，设计一个热气体空冷器。运用空气冷却器设计原理、平均温差法对空气冷却器进行热力计算和结构计算，并在详细计算后对之前选择的结构进行校核，完成富裕面积、管内外的阻力校核，最终确定结构尺寸，最后选择的水平管束的长×宽为6m×1m，管中心距为63.5mm。采用高翅片，翅片外径为57mm，翅片数433/m，翅片高度为16mm。设计计算之后对结构进行挑选并符合国家标准。选择的架构尺寸为GJP6×2B-18/2，风机采用鼓风式风机，百叶窗的代号为ZC6 × 1，自动调节。结构设计之后介绍了ASPEN的主要功能、软件特点和优势，将设计的参数输入软件，选择相应的换热器规格、换热管排列方式、折流板类型等相关参数。运行后查看换热器初步的设计结果，然后通过软件的校核模式，修改相应的数据，达到正确的设计标准。在结合之前设计的参数，在风机噪音方面不符合国家标准，工程造价方面价格偏高，经济价值不高，于是进行优化适当调到热流体的出口温度，更改空冷器的结构参数，将水平管束的长改为4.5m，风机更改为引风式风机，其余进行微小的调整。最后根据设计的数据参数，在CAD中完成绘图制作。

关键词：空气冷却器 干式空气冷却器 设计 Aspen EDR

Design of 20t/h hot gas air cooler

Abstract

Air cooler is a special heat exchange device, which plays an important role in the recovery of flue gas waste heat, air conditioning system, air dehumidification system and refrigeration system. It uses air as a coolant to cool the hot fluid. Compared with water coolers, it is not affected by the region and can better meet the needs of heat exchange equipment in water-scarce areas.

In this paper, a hot gas air cooler is designed based on the mass flow of hot and cold fluids and the inlet temperature of the hot and cold fluids. Use the design principle of air cooler and the average temperature difference method to perform thermal calculation and structural calculation on the air cooler, and after the detailed calculation, check the previously selected structure to complete the check of the rich area, the resistance inside and outside the tube, and finally determine the structure size , The length of the horizontal tube bundle selected last is 6m × 1m, and the tube center distance is 63.5mm. High fins are used, the outer diameter of the fin is 57mm, the number of fins is 433 / m, and the height of the fin is 16mm. After design calculation, the structure is selected and meets national standards. The selected frame size is GJP6 × 2B-18 / 2, the fan adopts the blast fan, the code of the shutter is ZC6 × 1, and it is automatically adjusted. After the structural design, the main functions, software features and advantages of ASPEN are introduced. The designed parameters are input into the software, and the relevant parameters such as the specifications of the heat exchanger, the arrangement of the heat exchange tubes, and the type of baffle are selected. After the operation, check the preliminary design results of the heat exchanger, and then modify the corresponding data through the software check mode to achieve the correct design standard. In combination with the previously designed parameters, the fan noise does not meet the national standards, the project cost is relatively high, and the economic value is not high. Therefore, it is optimized to adjust the temperature of the hot fluid outlet, change the structural parameters of the air cooler, and adjust the horizontal tube bundle The length is changed to 4.5m, the fan is changed to an induced draft fan, and the rest is adjusted slightly. Finally, according to the designed data parameters, complete the drawing in CAD.

Key Words：Air cooler;Dry Air cooler;Design; EDR

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 前言 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 翅片管的管外传热优化 1

1.2.2 翅片管式的整体优化 2

1.2.3 蒸发式空冷器的模拟优化 3

1.3 本文拟研究的内容和方法 3

第二章 20t/h热气体空冷器的设计计算 4

2.1原始数据 4

2.2 热力计算 4

2.2.1 热流体物性参数 4

2.2.2 计算整个装置的总的传热量 4

2.2.3 空冷器选型 5

2.3 传热及热阻计算 7

2.3.1 计算管内膜传热系数 7

2.3.2 计算风机所需的风量和流过空气冷却器的出口温度 8

2.3.4 计算翅片膜传热系数 8

2.2.4 管壁温度的计算和管内膜传热系数的校正 10

2.3.5 选择热阻和计算热阻 10

2.3.6 计算总传热面积 11

2.3.7 计算传热温差 11

2.3.8 计算传热面积及其校核 12

2.4 阻力计算 12

2.4.1 计算阻力管内部分 12

2.4.2 计算管外阻力 13

2.4.3 计算风机功率 14

2.4.4 估算风机噪声 15

2.5总结 15

第三章 空冷器主要部件设计 16

3.1 空冷器的管束设计 16

3.1.1 管束的结构和参数 16

3.1.2 翅片管形式 16

3.1.3 管束材料的选取 16

3.1.4 管束热补偿设计 16

3.2 空冷器的管箱设计 17

3.2.1 管箱设计原则和最终选型 17

3.2.2 管箱的结构校核 18

3.3风机设计 20

3.4 其他部件设计 20

3.4.1 架构 20

3.4.2 百叶窗 20

3.4.3 传动机构 21

3.4.4 接管 21

3.5 总结 21

第四章 20t/h 热气体空冷器的校核计算 22

4.1 Air Cooled程序简介 22

4.2 空冷器的设计校核 22

4.3 空气冷却器Aspen的优化 27

4.4总结 29

第五章 结论与展望 32

5.1结论 32

5.2展望 32

参考文献 34

致 谢 36

第一章 绪 论

1.1 前言

随着科技的快速发展，经济的发展也不再过分追求快速，反而转向更加高质量的方向发展，为了解决能源的高品质的利用，节约资源，促进健康持续发展，我国开始研发使用空气冷却器。空冷器是一种特殊的换热设备，在烟气余热回收，空调系统，空气除湿系统和制冷系统有着很重要的作用。它是以空气作为冷却剂，将热流体进行冷却的装置^[1] 。

传统的水冷器与之相比存在一些局限性，表面凝汽器是一个缺点，耗水量大，运行维修成本昂贵，地域局限也大不适合缺水的地区进行和开展^[2]。如果水冷器对于环境有比较苛刻的要求，对于推广和使用还是有比较大的问题，研究空冷器可以有效的缓解能源紧张，尽可能减少地域对于工厂的设施建设的困扰，也能缓解水污染，降低环境的进一步恶化。

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