过程设备与工业应用丛书–传热技术、设备与工业应用

《过程设备与工业应用丛书》共6个分册，分别为：《反应过程、设备与工业应用》、《燃烧技术、设备与工业应用》、《传热技术、设备与工业应用》、《输送技术、设备与工业应用》、《分离技术、设备与工业应用》和《工业过程设备维护与检修》。本书是其中的一个分册。 《传热技术、设备与工业应用》详述了各类典型的传热设备和换热器的设计、工艺特点、工业应用等基本内容。并补充介绍了蒸发器和余热锅炉的设计、工作特点和工业应用等内容。 本书的读者对象主要为从事各类反应设备使用和运行维护的石油、化工、生物、制药、食品、医药、环境等领域的科研人员、工程技术人员、研究设计人员和管理人员等，同时，也适合高等学校过程装备与控制工程专业、化工机械专业等相关专业的师生参考。

 

《传热技术、设备与工业应用》是“过程设备与工业应用丛书”的一个分册，本书在系统介绍传热设备和传热过程机理的基础上，分别详细介绍了热风炉、管壳式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器、热管换热器、蒸发器与余热锅炉的工作特性、设计原理、用途及评价。《传热技术、设备与工业应用》不仅适合石油、化工、生物、制药、食品、医药、环境、机械等专业的高等学校的教师、研究生及高年级本科生阅读，同时对相关行业的工程技术人员、研究设计人员也会有所帮助。

廖传华，南京工业大学，教授，廖传华（1972—），男，湖北洪湖人。浙江大学化工过程机械专业硕士，南京工业大学化学工程专业博士，教授。 主要从事本科生《过程装备成套技术》、课程设计、毕业设计等环节的教学工作，编写教材2部。2005年获江苏省普通高校优 秀教学成果一等奖。 主要从事以下方向的研究工作：（1）高浓度难降解有机废水深度治理与资源化利用：采用超临界水氧化技术对高浓度难降解工业废水和有机污泥进行深度治理，不仅满足达标排放，还能实现能源的综合利用。已发表论文10多篇，出版专著4部，申报发明专利15项（获授权3项）。研究成分果于2011年和2013年分别获中国石油和化学工业联合会技术发明三等奖和二等奖各一项。（2）天然产物有效成分的高效提取：采用超临界萃取技术对天然产物中的有效成份进行高效提取，既提高有效成分的提取率，又降低产物中的化学溶剂残留。已发表论文20多篇，出版专著5部，获授权发明专利1项。（3）超细粉体的制备：采用超临界膨胀法制备超细粉体。已发表论文多篇，出版专著1部，获授权发明专利1项。（4）热力干燥：主要从事喷雾干燥、喷雾造粒、半干法喷雾烟气脱硫等方面的研究工作，已发表论文10多篇，获授权专利1项。现为中国化工学会化学工程专业委员会干燥专业组理事、中国通用机械干燥协会技术委员会委员、中国通用机械干燥协会标准化委员会委员。（5）可再生能源与低碳技术研究：主要从事中硬质秸秆的气化、生物质超临界水部分氧化制甲烷、中高温太阳能热利用、城市型风机等方面的研究工作，已发表论文10余篇，出版专著1部，申请发明专利8项。（6）工业节水减排技术：针对高耗水行业，采用夹点技术，在对用水节点进行分析的基础上，进行工艺流程的优化与新型设备的开发，通过循环用水和废水处理再生回用而实现节约用水。研究成果获2011年江苏省水利科技优 秀成果二等奖。出版专著《工业节水案例与技术集成》获中国石油和化学工业优 秀图书二等奖。

第1章绪论

1.1供热设备的主要类型/001

1.1.1锅炉/001

1.1.2热风炉/003

1.2换热设备的主要类型/004

1.2.1换热设备的主要类型/004

1.2.2换热设备的选型/005

1.3传热设备的材料/006

1.4传热设备的防腐蚀/008

1.5传热设备设计的一般考虑/008

第2章传热

2.1传热的方式和方法/010

2.1.1传热的基本方式/011

2.1.2工业传热的方法/011

2.1.3稳定传热和不稳定传热/012

2.2导热/012

2.2.1傅里叶定律/012

2.2.2热导率/013

2.2.3单层和多层平壁导热/014

2.2.4单层和多层圆筒壁导热/016

2.3对流传热/017

2.3.1对流传热方程式/018

2.3.2对流传热系数的关联式/019

2.3.3无相变时的对流传热系数/020

2.3.4有相变时的对流传热系数/022

2.3.5对流和辐射的联合传热/025

2.4间壁两侧流体的传热/026

2.4.1总传热速率方程/026

2.4.2换热器的热量衡算/027

2.4.3传热推动力与两流体的流向/028

2.4.4总传热系数/031

2.5换热器/034

2.5.1换热器的类型/034

2.5.2换热器内流体流程和流速的选择/042

2.5.3各种间壁式换热器的比较/042

2.5.4传热的强化途径/042

参考文献/043

第3章锅炉

3.1供热锅炉的基本构造和性能参数/044

3.1.1锅炉的构成/045

3.1.2供热锅炉的基本构造/045

3.1.3供热锅炉的工作过程/047

3.1.4供热锅炉的性能参数/048

3.1.5锅炉的评价指标/050

3.2蒸汽锅炉/052

3.2.1烟管锅炉/052

3.2.2烟管水管组合锅炉/055

3.2.3水管锅炉/057

3.3热水锅炉/066

3.3.1强制流动热水锅炉/066

3.3.2自然循环热水锅炉及其改型/070

3.3.3复合循环热水锅炉/073

3.4汽水两用锅炉/075

3.4.1热水和蒸汽同时供应/075

3.4.2汽水两用锅炉的运行调节/077

3.5特种锅炉/077

3.5.1真空锅炉/078

3.5.2冷凝锅炉/079

3.5.3生物质锅炉/080

3.5.4垃圾锅炉/082

3.5.5导热油锅炉/084

3.5.6电热锅炉/085

3.5.7核能锅炉/087

3.6辅助受热面/089

3.6.1蒸汽过热器/089

3.6.2省煤器/090

3.6.3空气预热器/092

3.6.4尾部受热面烟气侧的腐蚀/094

3.7锅炉安全附件/095

3.7.1安全阀/095

3.7.2压力表/097

3.7.3水位表/098

3.7.4高低水位警报器/099

参考文献/099

第4章热风炉

4.1热风炉的技术参数及特性/102

4.1.1热风炉的技术参数及评价指标/103

4.1.2热风炉的特性/105

4.2直接加热热风炉/108

4.2.1固体燃料直接加热热风炉/109

4.2.2液体燃料直接加热热风炉/118

4.2.3气体燃料直接加热热风炉/122

4.3间接加热热风炉/123

4.3.1间接加热热风炉的基本设计计算/124

4.3.2无管式热风炉/126

4.3.3列管式热风炉/134

4.3.4热管式热风炉/138

4.4热媒加热式热风炉/148

4.4.1蒸汽加热式热风炉/149

4.4.2导热油加热式热风炉/150

4.5烟气余热回收/155

4.5.1烟气余热回收换热器的分类/155

4.5.2对流型换热器/156

4.5.3辐射型换热器/156

4.5.4陶土换热器/158

4.5.5热管换热器/158

4.5.6旋转式换热器/160

4.5.7蓄热室/161

4.5.8热媒式换热器/163

4.5.9旋风式余热回收装置/166

4.5.10热泵/166

4.5.11余热锅炉/167

参考文献/168

第5章管壳式换热器

5.1管壳式换热器的结构与型号/172

5.1.1管壳式换热器的总体结构/172

5.1.2管壳式换热器的型号/176

5.2管壳式换热器的工艺设计/176

5.3管壳式换热器的结构设计/187

5.3.1换热器的外壳/187

5.3.2管束/190

5.3.3管板/194

5.3.4膨胀节/202

5.3.5其他结构/206

参考文献/212

第6章板式换热器

6.1板式换热器/214

6.1.1结构特点/215

6.1.2设计计算/221

6.2板翅式换热器/233

6.2.1结构特点/233

6.2.2设计计算/239

6.3伞板换热器/257

6.3.1结构特点/257

6.3.2设计计算/261

参考文献/265

第7章螺旋板式换热器

7.1螺旋板式换热器的优点及其分类/268

7.1.1螺旋板式换热器的优点/268

7.1.2螺旋板式换热器的分类/269

7.2螺旋板式换热器的结构/271

7.2.1密封结构/271

7.2.2外壳/272

7.2.3螺旋板的刚度/273

7.2.4进、出口接管的布置/273

7.3螺旋板式换热器的设计/274

7.3.1螺旋通道的几何计算/274

7.3.2传热工艺计算/276

7.3.3螺旋板式换热器的压力损失/286

7.3.4强度和刚度计算/289

7.3.5制造工艺/302

参考文献/305

第8章热管换热器

8.1热管的工作原理及特性/307

8.1.1热管的工作原理/307

8.1.2热管的结构/307

8.1.3热管的主要特性/309

8.2热管的分类/309

8.2.1按工作温度分类/309

8.2.2按冷凝液回流方式分类/309

8.3热管基本理论/311

8.4热管的传热机理/318

8.4.1传热原理/318

8.4.2热管的传热极限/319

8.5热管的应用/322

8.6热管设计/323

8.7热管换热器的设计计算/332

8.7.1热管换热器的分类/332

8.7.2热管换热器的设计/339

参考文献/353

第9章蒸发器

9.1蒸发器的型式/356

9.1.1自然循环型蒸发器/357

9.1.2强制循环型蒸发器/359

9.1.3单程型蒸发器/359

9.1.4浸没燃烧蒸发器/362

9.1.5蒸发器的选型/363

9.2单效蒸发/364

9.2.1溶液的沸点和温度差损失/364

9.2.2单效蒸发的计算/366

9.2.3蒸发器的生产能力和生产强度/371

9.3多效蒸发/372

9.3.1多效蒸发的操作流程/373

9.3.2多效蒸发的计算/374

9.3.3多效蒸发和单效蒸发的比较/379

9.3.4多效蒸发中效数的限制及效数/380

9.4蒸发器的设计/381

9.4.1蒸发器的设计举例/381

9.4.2蒸发器的辅助装置/384

参考文献/385

第10章余热锅炉

10.1余热锅炉的组成及其特点/387

10.2余热锅炉的分类/389

10.3烟道式余热锅炉/389

10.3.1工作原理/390

10.3.2工作方式/391

10.3.3类型/391

10.4余热锅炉的热工计算/393

10.5余热锅炉的工作特性/394

10.5.1高温(烟道)余热锅炉/394

10.5.2中低温余热锅炉/395

10.5.3高效(热管)余热锅炉/399

10.5.4经济分析/402

10.6余热锅炉的应用/403

参考文献/406

传热现象广泛存在于大自然中，可以说，传热过程是所有过程发生和发展中必不可少的共性问题之一，研究各种传热现象的发生过程及相关的传热设备对进一步提高工农业生产效率和国民经济水平具有重大意义。为此，在江苏高校品牌专业建设工程资助项目(PPZY2015A022)的资助下，我们著写了这本《传热技术、设备与工业应用》。除理论阐述外，还针对各种供热与换热设备列举了工业应用实例，具有很强的实践性，力求使读者能通过本书的学习，对目前过程工业中涉及的传热设备及其应用特性有一个概括性的了解。全书共分10章。第1章根据过程工业的工作条件，提出了对传热过程和设备的要求；第2章对传热过程的基本理论进行了介绍；第3章对以水为介质的供热设备——锅炉进行了介绍；第4章对以空气为介质的供热设备——热风炉进行了介绍；第5章对管壳式换热器进行了介绍；第6章对板式换热器进行了介绍；第7章对螺旋板式换热器进行了介绍；第8章对热管换热器进行了介绍；第9章对蒸发器进行了介绍；第10章对工业过程中广泛应用的余热锅炉进行了介绍。全书由南京工业大学廖传华、南京科技职业学院李海霞和南京三方化工设备监理有限公司尤靖辉著，其中第1章、第2章、第4章、第8章、第9章由廖传华著，第3章、第5章、第10章由李海霞著，第6章、第7章由尤靖辉著。全书由廖传华统稿。全书从选题到材料的收集整理、文稿的编写及修订等方面都得到了南京工业大学黄振仁教授的大力支持，在此深表感谢。南京三方化工设备监理有限公司赵清万、许开明、李志强，南京工业大学李政辉对本书的编写工作提出了大量宝贵的建议，南京朗润机电进出口公司朱海舟提供了大量图片资料，研究生赵忠祥、闫正文、王太东、李洋、刘状、汪威、李亚丽、廖玮、宗建军等在资料收集与文字处理方面提供了大量的帮助，在此一并表示衷心的感谢。本书的编写与修订工作历时三年，虽经多次审稿、修改，但由于作者水平有限，不妥及疏漏之处在所难免，敬请广大读者不吝赐教。在编写过程中参考了大量的相关资料，在此谨对原文作者致以衷心的感谢。著者2017年8月于南京工业大学