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摘 要

在火电占发电量一半以上的今天，电厂锅炉中普遍存在着低品位余热的回收问题，热管换热器在烟气余热回收中发挥着至关重要的作用。本篇论文主要介绍了18000Nm³/h热管式空气预热器的设计过程方法以及计算步骤，同时还介绍了热管式空气预热器的优点。在设计中，对热管式空气预热器的传热量进行计算，计算平均传热温差，确定迎风面积及迎风面管排数，计算出总传热系数，计算所需总传热面积，计算所需热管总根数及纵深排数，计算通过热管式空气预热器的压力降，最后进行强度校核。根据计算数据，利用Auto-CAD绘制出热管式空气预热器装配图，结构图以及零件图。

最终完成18000Nm³/h热管式空气预热器的设计。

关键词：热管 热管式空气预热器 设计计算

Design of Heat Pipe Air Preheaters

Abstract

Today, thermal power accounts for more than half of electricity generation,low-grade waste heat recovery is a common problem in power plant boilers，heat pipe heat exchanger plays an important role in flue gas waste heat recovery. This paper mainly introduces the design process method and calculation steps of 18,000 Nm³/h heat pipe air preheater,,It also introduces the advantages of heat pipe air preheater. The average heat transfer temperature difference is calculated in the design of the air preheater, determine the windward area and windward side tube row number, calculate the total heat transfer coefficient, calculate the total heat transfer area, calculate the heat pipe to the total number of root and row number, depth to calculate pressure drop through the heat pipe air preheater, the strength check. According to the calculation data, the assembly drawing, structure drawing and part drawing of the heat pipe air preheater are drawn by Auto-CAD.

Finally completed the design of 18,000 Nm³/h heat pipe air preheater.

Key words: heat pipe; heat pipe air preheater; design calculation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2热管 1

1.3热管换热器 2

1.4热管空气预热器设计流程 3

1.4.1基本参数设计 3

1.4.2热管空气预热器热力计算方法 3

1.4.3热管空气预热器的一般设计步骤 4

1.4.4热管工作安全性校核 4

1.5CAD技术与热管空预器的设计 4

1.6CFD技术与热管空气预热器的设计 5

1.7存在的问题 5

1.8提高换热器导热效率 5

1.9国内外发展现状 6

第二章 设计计算 7

2.1原始设计参数 7

2.2设计流程 7

2.2.1热管元件的基本选择 7

2.2.2计算传热量 8

2.2.3烟气流量及对数平均温差 9

2.2.4确定迎风面积及迎风面管排数 10

2.2.5求总传热系数 11

2.2.6求加热侧总传热面积 13

2.2.7求所需热管数 14

2.2.8求换热器纵深排数 14

2.2.9求通过热管换热管的压力降 14

2.2.10求第一排管壁温读 15

2.2.11求最后一排管壁温度 18

2.2.12强度校核 20

第三章 施工图设计 21

第四章 总结 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 绪论

1.1研究背景

进入二十一世纪以来，由于我国是全世界人口最多的国家也是最大的发展中国家，我国的能源将面临更大的挑战：能源供应不足；能源结构偏离；煤炭资源丰富，石油储量匮乏；温室气体的过量排放；严重的环境污染，严重的限制我国的可持续发展战略^[1]。

能源作为经济发展和人类生存的重要资源，对社会进步具有重要意义。同时，它在国民经济发展和国防安全，全面建设小康社会中发挥着至关重要的作用^[2]，值得关注的是，如何利用有限的能源来实现人类的无尽的发展，如何保持两者之间的动态平衡，是一个国家今天必须解决的重要战略问题^[3]。

作为世界上最大的发展中国家，我国的能源消耗量位居世界前3^[4]；如何实现农业、工业、国防和科技的现代化，能源是关键因素之一。在“怎样才能把能源消耗降下来，怎样高效的利用能源和节约能源”的问题日益突出的今天，低品位余热的回收的潜力十分巨大。如何回收和利用余热，成为一个重要而紧迫的课题，成了节能工作的重要环节之一^[5]。热管经过国内外多年的研究，日益完善，已经比较成熟，可以用来回收余热。

1.2热管

热管是一种依靠其内部的工质反复进行相变（吸热蒸发与放热凝结）来达到传递热量目的的高效能换热元件。热管利用了相变介质的传热原理，热量可以在热管内快速地传递，其导热能力远超所有已知金属，已广泛应用于航天工业、化工行业、制造业、电力等行业，热管通常由管壳、吸液芯、工质组成^[6-7]。常见的热管的类型有：常规热管（CHP），两相闭合热虹吸管（TPCT）和振荡热管（OHP）^[8]。因为热管中的传热是依靠自身内部工液体的相变过程进行的。因此，热管具有很高的导热性，优良的等温特性、可调节的热流密度、可逆的传热方向等特性^[9]。其中热管式热交换器是热管在能源工程中应用的典型实例^[10]。

图1-1：热管工作原理示意

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