换热器的热负荷和热平衡，你了解多少

换热器的热负荷和热平衡，你了解多少翅片管换热器是巨大的换热器家族中的一种，其设计计算确定要基于共性的和基础性的设计计算原理和方法，本期我将跟大家共享换热器中的两个基本概念热负荷和热平衡，并通过多个实例来把握它的应用和计算一热负荷对一个换热设备来说，热负荷就是指换热量或传热量，即在单位时间内所交换的热量，单位是KW KJ/S或Kcal/h千卡每小时工程上热负荷常用Q来表示请记住二者的换热关系lKW=860Kcal/h在翅片管换热器的设计中，热负荷通常并不是由用户直接提出来的，而是由设计者依据用户的实际需求和现场的技术参数计算出来的下面举几个实例加以说明【案例1有一个供热公司要为一台供暖用的10t/h热水锅炉安装一台翅片管式省煤器，希望将排烟温度从2202降至1202Co烟气流量说不准,可能C是2万多立方米每小时，并告知引风机的型号和流量为了确定省煤器的热负荷，设计者要从用户那里取得尽可能多的与排烟量有关的信息，如燃煤量、煤的热值、锅炉是否满负荷运行、风机型号等最后依据本身的阅历帮忙用户确定排烟量的设计值16000Nm3/ho然后按下式计算省煤器的热负荷Q=GgX TglXCpgl-Tg2XCpg2KW此处Gg烟气的质量流量，kg/sCpglCpg2烟气的入口处比热和出口处比热，查物性表，KJ/Kg・CTgl烟气入口温度，CTg2烟气出口温度，C在本例中，Gg=16000Xl.295/3600=

5.755kg/sCpgl=l.102KJ/KgC；・Cpg2=l.074KJ/KgC・Tgl=220CTg2=1205C

1.295是烟气在0C时的密度kg/m3计算得Q=653KW应当记住烟气或空气在某一温度下含有的热能可以通过下式计算Qg-GgX TgXCpg【案例2】有一燃气加压站，希望设计一台翅片管式空气冷却器，将压缩后的燃气从134^c降至505C,燃气流量为7500Nm3/h其结构特点是:管内走燃气，管外加翅片，由空气冷却空气侧的流量不确定热负荷Q值同样由燃气侧的已知条件计算此处，燃气的比热Cpg取的是平均温度下的数值【案例3】在冬天，某工厂想将一台已有的lt/h蒸汽锅炉用于车间的供暖，实在方案是选用一台翅片管式蒸汽/空气换热器，用锅炉产生的

0.8t/h,1505C的饱和蒸汽加热空气，希望将空气从09C加热到1005C,蒸汽凝结后的凝结水温度为1209Co为了选择风机，要求计算风量这一课题的热负荷应当认为是已经给出了，只需简单的计算一下:首先应从相应的热物性表查出1509C下饱和蒸汽的焙值i=

2745.3kJ/kg和1202C的饱和水的焰值i=

503.7kJ/kg,则热负荷为Q=800/3600kg/sX

2745.

3503.7KJ/kg=498KJ/s=498KW对空气侧，有下列关系式Q=GaXCpaX Ta2Tal式中，Ga空气流量，kg/sCpa=l.005KJ/KgC空气比热，按平均温・度查表Ta2=1002C,空气出口温度；Tai=05C,空气入口温度由上式解出Ga=Q/[CpaX Ta2Tal]=

4.96kg/s=17840kg/h=13800Nm3/h]【案例4]有一个小型钢铁厂，拟在其烧结炉的高温排气段装一台翅片管余热锅炉，高温段的平均排烟温度为3209C,烟气流量大约为70000Nm3/h,希望产生的饱和蒸汽压力为

0.6MPa试计算可以回收利用的热负荷在这一命题中并没有给出烟气的出口温度，因此，需要选择一个合理的烟气出口温度，并与用户协商该余热锅炉所产生的

0.6MPa的饱和蒸汽对应的饱和温度可由热物性表查出tv=158Co由此确定烟气出口温度应当大于1582C,最后协商确定烟气出口温度取Tg2=1909Co回收热负荷Q=GgXCpgX TglT2=70000X

1.295/3600XI.11Xg320190=3633KW由上面的几个实例可知，计算热负荷应遵从下面几条原则

1、对用户给出的参数按“热流体侧”和“冷流体侧”进行分类比对，如序号123热流体侧热流体进口温度、热流体出口温度、热流体流量；序号456冷流体侧冷流体进口温度、冷流体出口温度、冷流体流量一般只需给出上述六个量中的5个，选择给出条件最全面的那一侧流体进行热负荷计算例如，若热流体侧

1、

2、3个条件都给出了，而冷流体侧只给出了两个

4、50则应依据热流体侧给出的条件计算热负荷，即Q二【流体流量，kg/s]X[进口焰值kJ/kg一出口焰值kJ/kg]得出的单位是kJ/s或KW进出口焰值，对于水和水蒸气而言，可直接查物性表，对于烟气和空气，若用户没有给出给值的数据，则可按下式计算焰值kJ/kg二比热kJ/kge CX温度9C即，i=CpXT2o不要轻易信任用户需方给定的参数，尤其是烟气或空气流量,需要经过分析和核实例如，有的用户将风机的铭牌流量作为计算热负荷的参数，这是不对的若流量是波动的如炼钢炉的排气，则应了解其波动的振幅和周期，取其合理的数值作为设计值大多数情况下，需要和用户进行面对面的分析和协商，做深入的调研或测试，以确定较为精准的设计参数，作为计算热负荷的依据曾经有过这样一个案例某钢铁厂为了回收电弧炼铁炉的余热，要求上一台余热回收装置，用以产生蒸汽当时依据厂方供给的数据，可以产生35t/h蒸汽，经过设计、制造、安装运行后，得到的实际产汽量仅为1518t/h为什么有这么大的差距？后来经过调查，发觉用户给出的烟气流量大大超过烟气的实际流量，给出的入口温度值也偏高了，即过高的估量了余热资源的数量虽然运行取得成功，但却造成了一次投资的巨大挥霍二热平衡这儿所说的热平衡是一个换热设备中冷热流体之间的热平衡，即热流体放出的热量二冷流体得到的热量有时还要考虑传热过程中的热损失，即热流体放出的热量二冷流体得到的热量+热损失一般，热损失小于5%,对于保温良好的设备，在设计中也可以不考虑热损失热平衡是能量守恒定律在传热过程中的实在应用，热平衡既是一个理念，也是一种方法所谓理念，就是在任何情况下都不能动摇例如有人声称，他的换热设备或元件有奇妙功能，输入1KW,输出大于1K忆请千万不要信任一般加热侧和冷却侧的热量显现少许不平衡，多数是由于测量误差造成的说热平衡是一种方法是指我们常常应用这一概念进行推导和计算，计算得步骤是由某一侧的参数计算出热负荷之后，然后依据热平衡概念计算另一侧中尚未给出的参数仍由上面给出的例子说明［例2］中，热流体（燃气）134C—509c,7500Nm3/h,Q=242KW冷流体（空气）209C—305C,流量待定当由热流体侧计算出热负荷Q=242KW之后，则可推算出冷流体（空气）的流量Ga=Q/［Cpa

（3020）］二242/（

1.005X10）=24kg/s=86686kg/h=67000Nm3/h由此可见，由于空气的温升很小，需要的空气流量是特别巨大的！【例4】中，热流体（烟气）3105C—1905c,70000Nm3/h,Q=3633KW冷流体（蒸气）进口水温一1589C,产汽量未知（未知）首先与用户协商后，设定进口水温为1002（经省煤器后进入）需C要确定的就是蒸汽产量Gv了Gv=Q/（i158Ci1005c）由热平衡概念，认为蒸汽侧汲取的热量等于烟气侧放出的热量Q=3633KW,由物性表查得出口蒸汽的焰值i158C=2755kJ/kg,进口水的焰值i1002c=

419.IkJ/kg故:Gv=3633/（

2755419.1）=

1.555kg/s=5599kg/h=

5.6t/h（产汽量）在该项目的洽谈中，产生了一个与“热平衡”概念有关的“插曲”该钢厂的技术负责人曾执意要求给供给8t/h的蒸汽，经反复计算，向他们说明，余热资源的数量不足以产生8t/h的蒸汽，总不能做“无米之炊”吧，最后才同意了【例4】中的计算方案好了，本讲就讲完了，应当指出，热负荷和热平衡的概念及计算方法不仅是针对翅片管换热器的，它适用于全部热交换设备要很好的把握它，需要渐渐积累工程阅历。