扰流子空气预热器传热与阻力设计计算

WET COMPOSITION - MOL PCT.

CO2 7.48048 H2O 21.62067 N2 68.556 O2 2.33429 SO2 0.00000

2. 烟气量：4.596KG/SEC 3. 空气量：4.248 KG/SEC 4. 空气入口温度：20℃ 5. 烟气入口温度：406.15℃ B.201分馏炉 1.烟气组分：

WET COMPOSITION - MOL PCT.

CO2 7.60793 H2O 20.28523 N2 69.73277 O2 2.37406 SO2 0.00000

2. 烟气量：4.824KG/SEC 3. 空气量：4.4 KG/SEC 4. 空气入口温度：20℃ 5. 烟气入口温度：237.55℃

说明：反应炉与分馏炉烟气混合进入扰流子空气预热器，烟气出口温度：140℃

1.2辅助计算

1.2.1混合烟气的热焓值

𝐻=(𝐻1𝑊𝑔1+𝐻2𝑊𝑔2)/(𝑊𝑔1+𝑊𝑔2)

式中 H1H2——分别为反应炉、分馏炉的热焓值， kJ/kg，查表一

Wg1Wg2——分别为反应炉、分馏炉的烟气量，kg/h 空气预热负荷（即空气吸热量），放热介质为烟气时，考虑6%的散热损失，所

以空气吸热量为

‘

𝑄𝑎=0.94𝑊𝑔×𝐶𝑝×（𝑡1−𝑡2）

式中Qa——空气吸热量 ， kw

Wg——烟气总量 Wg= Wg1 +Wg ，kg/h

Cp’ ——烟气平均温度下的比热，KJ/(kg·℃) t1t2——烟气进出口温度，℃

空气出口温度

\"

𝑡𝑎=𝑡0+3600𝑄𝑎/(𝐶𝑝×𝑊𝑎)

式中t0ta——分别为空气进出口温度，℃ Wa——空气总量，kg/h

Cp” ——空气平均温度下比热 烟气质量流速、线速度

𝐺𝑔=𝑊𝑔/[3600×𝐿1(𝑆−𝑛𝑤×𝑎𝑐)]

S=𝑆1(𝑛𝑤−1)+𝑑0+2𝑏+(0.02～0.05)

𝑎𝑐=𝑑0+2𝑏×𝑑𝑠/𝑑𝑝

𝑊1= 𝐺𝑔/ 𝑟1

式中Gg烟气质量流速，kg/(m2·s) L1管子的有效长度，m S预热器净宽，m

nw每排管根数

ac 每米翅片管所占流通面积m2/m S1管心距，m 管外径，m di管内径，m b翅片高度，m ds翅片厚度，m dp翅片间距，m

W1烟气线速度，m/s

r1烟气平均温度下的密度，kg/m3查表

空气质量流速、线速度

2

𝐺𝑎=𝑊𝑎/(3600×𝜋/4×𝑑𝑖×𝑛𝑤×𝑍𝑧)

𝑊2= 𝐺𝑎/ 𝑟2

式中Ga空气气质量流速，kg/(m2·s)

Zz每程管排数

W2空气气线速度，m/s

r2空气平均温度下的密度，kg/m3查表 平均温度 烟气平均温度 𝑡𝑚1=(𝑡1+𝑡2)/2 空气平均温度 𝑡𝑚2=(𝑡0+𝑡𝑎)/2 对数平均温差

∆𝐭=[(𝑡1−𝑡𝑎)−(𝑡2−𝑡0)]/𝐿𝑛[(𝑡1−𝑡𝑎)/(𝑡2−𝑡0)]

有效平均温差 ∆t’=φ×∆t

式中φ交叉流温度校正系数，图

2.翅片管外膜传热系数计算

1

𝛼𝑓1=1/(+𝑅1)×𝛽1×𝛹𝑓

𝛼01𝛼01=0.27×

𝑅𝑒1=𝑑0×𝑊1×𝑟1/𝜇1

𝛺1×𝛼𝑓+𝛼0

𝛽1= 𝛼0

𝛼0=𝜋𝑑0

𝛼𝑓=

𝜋22][(𝑑0+2𝑏)2−𝑑0× 4𝑑𝑝𝑒𝑥1−𝑒−𝑥1

𝛺1=𝑥1−𝑥1/𝑥1

𝑒+𝑒

𝑥1=𝑏×(

2𝛼010.5

)

𝜆𝑐×𝑑𝑠

𝜆1

×𝑅𝑒10.6×(𝑃𝑟1)1/3 𝑑0

式中αf1翅片管外膜传热系数，kw/(m2·℃)

α01烟气侧翅片管光管部分外膜传热系数，kw/(m2·℃) β1 烟气侧翅化率 Re1烟气雷诺数 α0 每米光管外表面积 m2 αf 每米翅片管的翅片表面积 m2/m Ω1烟气侧翅片效率

ψf 翅片接触系数 λc碳钢管导热系数，kw/(m·℃)

Pr1烟气平均温度下的普朗特准数，kw/(m·℃) (查表1)

λ1烟气平均温度下的导热系数，kw/(m2·℃) (查表1) r1烟气平均温度下的密度，kg/m3 (查表1) μ1烟气平均温度下的动力粘度，Pa·s (查表1)

3管内膜传热系数计算

1∗

ℎ𝑖=1/[()+𝑅2]

ℎ𝑖ℎ𝑖=𝑁𝑈×𝜆2/𝑑𝑖

𝐿𝑛（𝑁𝑈）=4.352−0.1917[𝐿𝑛(𝑅𝑒2)−10.01]2

𝑅𝑒2=𝑑𝑖×𝑊2×𝑟2/𝜇2

取空气结垢热阻𝑅2=0.344𝑚2.℃/kw

hi* 扰流子空气预热器的内膜传热系数， kw/(m2·℃) hi管内膜传热系数hi(不包含结垢热阻)， kw/(m2·℃) λ2空气平均温度下的导热系数，kw/(m2·℃) (查表2) Nu 怒塞尔特准数 Re2烟气雷诺数

r2空气平均温度下的密度，kg/m3 (查表2) μ2烟气平均温度下的动力粘度，Pa·s (查表2)

总传热系数

∗

𝛼𝑓1×ℎ𝑖

K=0.8∗ 𝛼𝑓1+ℎ𝑖

传热面积

F=𝑄𝑎/(𝐾×∆𝐭)

所需管数

𝑍𝑧=𝐹/(𝜋𝑑0×𝐿1×𝑛𝑤)

管外阻力计算

管束交错排列 ∆𝐻‘=f×𝑍𝑧×𝑊12×𝑟1/2

f=37.86𝑅𝑒1−0.316×(𝑆1/𝑑0)−0.927×(𝑆1/𝑆2′)−0.515

正方形排列∆𝐻“=0.5∆𝐻‘

式中∆H’烟气横向冲刷措列翅片管阻力 f 摩擦系数

S2’斜向管心距，m

管内阻力计算

∆𝐻2=𝐻𝑒+𝐻1+𝐻2+𝐻𝑓+𝐻′

2𝑊2

𝐻𝑒=𝜉𝑒××𝑟2

2𝜉𝑒= 2𝑊2

𝐻𝑓=𝜉𝑓××𝑟2

2𝜉𝑓=

2

𝐻1=4×5.95R−0.5684×𝑊2×𝑟2×𝐿5/(2×𝑑𝑖) e2

2

𝐿−𝐿5𝑊2

𝐻2=0.03××𝑟2

𝑑𝑖2取𝐻′=30𝑃𝑎

𝜉𝑒=(𝐴𝑚−0.8)/(𝐴𝑚−0.86)

𝜉𝑓=0.53−0.502𝐴𝑚

𝐴𝑚=𝐹𝑠/𝐹𝑏

式中

ΔH2 空气沿程阻力，Pa

He 空气进口局部阻力，Pa Hf

空气出口局部阻力，Pa

H1 管内扰流片沿程摩擦阻力，Pa

H2 管内除扰流片外得出沿程摩擦阻力 ，Pa

ξe进口局部阻力系数 (突然扩大时) ξf进口局部阻力系数 (突然收缩时) Am小端与大端横截面积比 Fb大端横截面积m2 Fs大端横截面积 m2 H′空气流经集气箱的阻力 Pa

2.翅片管外膜传热系数计算

1

𝛼𝑓1=1/(+𝑅1)×𝛽1×𝛹𝑓

𝛼01𝛼01=0.27×

𝑅𝑒1=𝑑0×𝑊1×𝑟1/𝜇1

𝛺1×𝛼𝑓+𝛼0

𝛽1= 𝛼0

𝜆1

×𝑅𝑒10.6×(𝑃𝑟1)1/3 𝑑0

𝛼0=𝜋𝑑0

𝛼𝑓=

𝜋22][(𝑑0+2𝑏)2−𝑑0× 4𝑑𝑝𝑒𝑥1−𝑒−𝑥1

𝛺1=𝑥1−𝑥1/𝑥1

𝑒+𝑒

𝑥1=𝑏×(

管外膜传热系数计算

𝛼1=0.2𝐶𝑠×𝐶𝑧×

𝜎2≥2或𝜎1≤1.5时𝐶𝑠=1

𝜎2<2或𝜎1>3时𝐶𝑠=1 𝜎1取3 再计算𝐶𝑠

𝑍𝑧<10时，𝐶𝑧=0.91+0.0125（𝑍𝑧−2）

𝑍𝑧>10时，𝐶𝑧=1

𝜆1

×𝑅𝑒10.65×(𝑃𝑟1)1/3 𝑑0

2𝛼010.5

)

𝜆𝑐×𝑑𝑠

𝐶𝑠=[1+(2𝜎1−3)×(1−𝜎2/2)3]−2