论文总字数：19822字

摘 要

在能源形势日益严峻的当下，余热回收技术成为节约能源的有效手段。工业生产中，由于燃料不完全燃烧和烟气的显热，大量的热量通过烟气余热的形式被浪费，当前技术手段来看，利用热回收装置回收烟气中的余热是比较经济的余热回收途径；但是因为烟气热量品位低、分散难以回收、容易露点腐蚀等特点，常规换热器难以对其进行余热回收，而热管式换热器因其方便两侧增加翅片以强化换热等优点，一直作为气-气换热的首选换热器类型，本文亦选择热管式余热回收系统进行设计。

本文首先对当前研究背景，研究意义及研究现状做了简要介绍，并且介绍热管及热管换热器的工作原理、特点、分类等；通过计算传热量，热管换热器的热阻来确定所需的传热面积，以此来确定所需热管管排数，计算出设备压降，并校核烟气露点温度以及热管强度来进行设计。

关键词：余热回收 热管 换热器 烟气余热

Design of 18000Nm³/h heat pipe waste heat recovery system

Abstract

At present, the energy situation is getting more and more severe，waste heat recovery technology has become an effective way of saving energy and reducing consumption. Lots of industrial waste heat is discharged in the way of flue gas waste heat. it is a useful waste heat recovery way for people to recover it from flue gas; however, conventional heat exchangers are difficult because of the low heat quality of flue gas, difficulty in recycling, and easy dew point corrosion. The heat recovery is carried out, and the heat pipe heat exchanger has been used as the preferred heat exchanger type for gas-gas heat exchange because of its advantages of adding fins on both sides to enhance heat transfer. This paper also selects a heat pipe type waste heat recovery system. design.

this paper first produces the current research background,the significance of research and the current study situation,and introduces the working principle, characteristics and classification of heat pipe heat exchanger etc.of heat pipe and heat pipe heat exchanger; The heat transfer area which is required can be determined via the count of heat transfer and the thermal resistance of the heat pipe exchanger. The heat transfer area is used to determine the number of heat pipe rows required, calculate the equipment pressure drop, and check the flue gas dew point temperature and heat pipe strength for design.

Key Words: Waste heat recovery; Heat pipe ; Heat Exchanger; Flue gas waste heat

目 录

摘要………………………………………………………………………………………………I

ABSTRACT……………………………………………………………………………………II

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 1

1.3 研究现状 2

第二章 热管及热管式换热器简介 5

2.1 热管的概念及工作原理 5

2.2 热管的特性 5

2.3 热管换热器简介及分类 7

第三章 热管式换热器热力计算 9

3.1 设计条件及流程 9

3.2 热管原件的基本选择 9

3.3 计算传热量Q 13

3.4 确定迎风面积及迎风面管排数B 14

3.5 求总传热系数 15

3.6 求放热侧总传热面积A_H^h 18

3.8 求换热器纵深排数m 19

3.9 求通过热管换热管的压力降 19

3.10 求热管的第一排的管内流体温度t_v 20

3.11 求蒸发段热管的最后一排管壁温度t_w^h 22

第四章 换热器结构计算 25

4.1 管壳强度校核 25

4.2 传热极限校核 25

4.3 端盖设计 26

4.4 换热器结构设计 26

第五章 结论与展望 27

参考文献 28

致 谢 31

第一章 绪 论

1.1 研究背景

众所周知，能量的利用层次标志着文明的发展程度，所以人类社会发展归根结底是不断探索开发能源的发展历程，而自从现代工业崛起以来，能源更是工业社会腾飞的助推剂。随着工业和社会的不断扩张和飞速发展，人类对能源的需求量变成无底黑洞，越来越大；另一方面，虽然当前可再生能源发展迅速，但是化石燃料仍然是当今社会的主要能量来源形式，在能源消耗占比中处于主导地位，化石燃料存量有限，在可预见的未来，化石燃料将会被消耗殆尽。因此，当前能源短缺问题突出，能源形势日趋严峻，甚至成为限制社会发展的重要因素。

根据资料统计，在2017年，全球一次能源消费增长达2.2%，高于近十年平均增长水平，能源需求不断增加，而从能源结构上来看，虽然可再生能源消费份额增长迅速，但以传统化石能源为首的不可再生能源还是占据总能源消费的八成以上，其中石油的份额约为总额的1/3；与此同时，中国的快速发展使得对能源的需求也不断增大，2017年中国增长速率为3.3%，而中国能源消费增长为全世界能源消费增长贡献了33.6%的份额，我国已成为世界第三大能源生产国，同时也是第二大能源消费国^[1]。但是由于人口基数的问题，在我国，虽然许多资源总占有量排名位于世界前茅^[2]，但是我国的人均占有量仍远落后与世界平均值^[3]。近年来，中国的太阳能（涨幅为76%），生物质能（涨幅为25%）和风能（涨幅为21%）等可再生能源消费增长势头迅猛，但消费结构仍以传统化石能源为主，其中仅煤炭就约占60.4%。而我国以现今能源消费水平，目前探明储量煤仅足够了39年，石油资源将内44年耗尽，而且天然气资源也只能维持63年左右^[4]。

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