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摘 要

能源是我们人类社会生存与发展的物质基础。随着全球人口的爆炸式增长和全球经济的高速发展，能源消费也持续增加。世界面临着巨大的能源挑战，工业领域的节能减排显得尤为重要。

本热管式空气预热器采用分离式的结构形式，其核心部件是分离式重力热管。热管是一种通过内部工质汽-液相变和循环流动来传递热量的高效传热元件。热管式空气预热器是一种利用热管作为传热元件，回收烟气的热量，加热空气的余热回收装置。它可以有效地避免烟气的低温露点腐蚀，并且具有传热面壁温可控，流体流动阻力小，烟气侧和空气侧都能有效施加强化传热措施，传热元件可更换，维修费用低等一系列优点。

设计过程中，首先根据热平衡方程、烟气和空气的进、出口温度、流量，计算出传热量。然后通过选择热管规格及其结构参数，计算出总传热系数。最后确定热管的数量及其排列方式。在烟气和空气的流动压力降等各项指标满足设计的前提下，进行结构设计，设计出了本热管式空气预热器的施工总图、壳体图以及管束图。设计过程同时对装置内部的承重、强度等方面进行了考虑。

关键词： 分离式， 热管， 空气预热器

Design of separate type heat pipe air preheater

Abstract

Energy is the material foundation of our survival and development of human society. With the explosive growth of the world's population and the rapid development of global economy, energy consumption is also increasing. World's energy issue faces enormous challenges, so in the field of industry, energy conservation and emissions reduction is particularly important.

The heat pipe air preheater possess an separate structure, its core component is a monolithic gravity heat pipe. Heat pipe is a kind of efficient heat-transfer element, which transfers the heat through the interval variable vapor-liquid phase, by circulating and floating. The heat pipe air heater is a kind of recovering unit, which uses heat pipes as transferring-heat elements to recover flue gas heat and heat the air. It can effectively help to avoid the corrosion at the dew point in low temperature. Besides that, it has other important advantages: it controls side wall temperature, the resistance of heat transfer fluid flow is insignificant, heat transfer enhancements on the gas side and air side can be effectively installed, the heat transfer components are replaceable, and the maintenance cost is low.

In the design process, according to the heat balance equation of the air temperature and flow rate in the inlet and outlet, the heat transmission is calculated. Then by selecting heat pipe specifications and its structure parameters, the total heat transfer coefficient is calculated. Finally, the amount of heat pipe and its arrangement is determined. If all the indicators such as the flow pressure of the gas and air can meet the demands of the design, the general construction layout of the heat pipe air preheater and the drawing of the monoblock, pipe bundle are designed. In the process of the design, all factors, including the bearing and intensity of the device inside, are being considered.

Key words: Separate Type, Heat Pipe, Air Preheater

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 热管 1

1.1.1 热管简介 1

1.1.2 热管的工作原理 1

1.1.3 热管的基本特性 2

1.2 分离式热管 3

1.2.1 分离式热管简介 3

1.2.2 分离式热管的特点 4

1.3 热管技术的发展及存在的问题 4

1.3.1 热管技术的最新进展 4

1.3.2 热管技术的发展仍存在的问题 5

1.4 分离式热管空气预热器的结构形式 5

1.4.1 分离式热管换热器简介 6

1.4.2 工作原理 6

1.4.3 分离式热管换热器的主要特点 6

1.5 分离式热管式空气预热器的应用 7

1.5.1 分离式热管换热器在烟气余热回收中的应用 7

1.5.2 分离式热管换热器在脱硫装置中的应用 7

1.5.3 分离式热管换热器在回收汽车尾气余热中的应用 8

1.6 小结 8

第二章 分离式热管空气预热器热力计算 9

2.1 原始参数 9

2.1.1 基本参数 9

2.1.2 热管参数 9

2.2 高炉烟气热物性参数分析 10

2.2.1 大型高炉干成分如下： 10

2.2.2 理论空气量计算 10

2.2.3实际空气量与过量空气系数（标况下） 11

2.3 计算传热量 12

2.3.1 空气侧定性温度及参数 12

2.3.2 冷空气实际获得热量 12

2.3.3 烟气获得热量 12

2.4 烟气侧出口温度及对数平均温差 12

2.4.1 烟气出口温度 12

2.4.2 烟气侧定性温度及参数 13

2.4.3 烟气实际出口温度 13

2.4.4 对数平均温差 13

2.5确定迎风面积及迎风面管排数 13

2.5.1 烟气侧迎风面积与空气侧迎风面积 13

2.5.2 迎风面宽度 14

2.6 求总传热系数 15

2.6.1 管束最小流通截面积 15

2.6.2 流体最大质量流速 15

2.6.3 求. 15

2.6.4 求流体换热系数 15

2.6.5 求翅片效率 16

2.6.6 求每米长热管管外总表面积 16

2.6.7 求管外有效换热系数 16

2.6.8 求污垢热阻及管壁热阻 17

2.6.9 求总传热系数 17

2.7 求加热侧总传热面积 17

2.8 所需热管数 18

2.9 求换热器纵深排数 18

2.10 求通过热管换热器的压力降 18

2.10.1 换热器的净自由容积 18

2.10.2 求容积当量直径 18

2.10.3 求 19

2.10.4 求摩擦系数 19

2.10.5 求平均管壁温度 19

2.10.6 求壁温下的流体黏度 19

2.10.7 求通过换热器的压降 19

第三章 分离式热管空气预热器结构计算 21

3.1 热管元件的基本选择 21

3.1.1 热管型式 21

3.1.2 热管的几何尺寸 21

3.2 换热器的基本结构 21

3.2.1 管束的排列方式 21

3.2.2 迎风面面积及迎风面管排数 21

3.2.3 热管长度 22

3.2.4 框架尺寸 22

第四章 总结与展望 24

4.1 总结 24

4.2 展望 24

参考文献 26

致 谢 29

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