主讲人 哈尔滨工业大学刘纪福教授
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在以上几讲的基础上，从本讲开始将逐步讲述翅片管换热器的设计计算方法。 众所周知，翅片管换热器是庞大的换热器家族中的一种，其设计计算肯定要基于共性的和基础性的设计计算原理和方法，本讲座将尽量突出翅片管换热器的“个性”和特点，并尽量做到联系工程实际，通俗易懂。
本讲的主题是换热器中的两个基本概念—热负荷和热平衡，并通过多个实例来掌握它的应用和计算。 jumper2
1、 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），（请记住二者的换热关系： 1 KW=860 Kcal/h）。
工程上热负荷常用Q来表示。
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，而是由设计者根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。
【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220ºC降至120ºC。烟气流量说不准，可能是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获取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。最后根据自己的经验帮助用户确定排烟量的设计值：16000Nm³/h 。然后按下式计算省煤器的热负荷：
Q=Gg×（Tg1 ×Cpg1 － Tg2 ×Cp活动防盗窗g2） KW
此处：Gg：烟气的质量流量，kg/s
Cpg1 Cpg2：烟气的入口处比热和出口处比热，查物性表，KJ/（Kg·ºC）
Tg1：烟气入口温度，ºC
Tg2：烟气出口温度，ºC
在本例中，Gg=16000×1.295/3600=5.755 kg/s
Cpg1=1.102 KJ/（Kg·ºC） ， Cpg2 = 1.074 KJ/（Kg·ºC）
Tg1=220ºC Tg2=120ºC ， 1.295 是烟气在0 ºC时的密度（kg / m3）。
计算得 Q=653 KW
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 = Gg×（Tg ×Cpg）
【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 ºC降至50 ºC，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：
Q=Gg×Cpg×（Tg1-Tg2）
=（7500×1.295/3600）kg/s×1.07 KJ/（Kg·ºC）×(134-50) ºC
= 242 KW
此处，燃气的比热Cpg暖气炉取的是平均温度下的数值。
【例3】在冬天，某工厂想将一台已有的1 t/h蒸汽锅炉用于车间的供暖，具体方案是选用一台翅片管式蒸汽/空气换热器，用锅炉产生的0.8 t/h ,150 ºC 的饱和蒸汽加热空气，希望将空气从0 ºC加热到100 ºC，蒸汽凝结后的凝结水温度为120 ºC。为了选择风机，要求计算风量。
这一课题的热负荷应该认为是已经给出了，只需简单的计算一下：首先应从相应的热物性表查出150 ºC下饱和蒸汽的焓值i"=2745.3 kJ/kg和120 ºC的饱和水的焓值i´=503.7 kJ/kg，则热负荷为：Q=（800/3600）㎏/s×(2745.3-503.7)KJ/kg=498 KJ/s=498 KW
对空气侧，有下列关系式：Q=Ga×Cpa×（Ta2-Ta1）
式中，Ga：空气流量，㎏/s
轮胎帘布
Cpa = 1.005 KJ/（Kg·ºC）：空气比热，按平均温度查表
Ta2=100 ºC，空气出口温度； Ta1=0 ºC，空气入口温度
由上式解出
Ga= Q / [Cpa×（Ta2-Ta1）] = 4.96 kg / s =17840 kg / h =13800 Nm3 / h
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【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320 ºC，烟气流量大约为70000 Nm³/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。
首先，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加热片0.6MPa的饱和蒸汽对应的饱和温度可由热物性表查出：tv=158 ºC。由此确定烟气出口温度应该大于158 ºC，最后协商确定烟气出口温度取Tg2=190 ºC。
回收热负荷：
Q= Gg×Cpg×（Tg1-Tg2）=（70000×1.295/3600）×1.11×（320-190）=3633 KW
由上面的几个实例可知，计算热负荷应遵循下面几条原则：
（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 | 热流体侧 | 序号 | 冷流体侧 |
1 | 热流体进口温度 | 4 | 冷流体进口温度 |
2 | 热流体出口温度 | 水晶笔筒5 | 冷流体出口温度 |
3 | 热流体流量 | 6 | 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、5，则应依据热流
体侧给出的条件计算热负荷，即：
Q=【流体流量，（kg/s）】×【进口焓值（kJ/kg）—出口焓值（kJ/kg）】，得出的单位是kJ/s或KW。
进出口焓值，对于水和水蒸气而言，可直接查物性表，对于烟气和空气，若用户没有给出焓值的数据，则可按下式计算：
焓值（kJ/kg）=比热（kJ/kg ºC）×温度（ºC）
即，i =Cp×T
（2）、不要轻易相信用户（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，以确定较为准确的设计参数，作为计算热负荷的依据。
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