Тепловой расчет воздухоподогревателя выполняется как конструктивный так и тепловой. Трубчатый воздухоподогреватель – теплообменник с перекрестным током теплообменивающихся сред: газовый поток омывает трубы изнутри продольно, а воздушный поток омывает трубы снаружи, поперечно, многократно меняя направление внутри пучка труб.
Трубчатый воздухоподогреватель изготавливается из труб диаметром 40 мм, с толщиной стенки 1,5 мм. Трубы располагаются в шахматном порядке. воздухоподогреватель выполняется однопоточным, т.к. такая схема позволяет получить оптимальную скорость воздуха и газов.
Наружный диаметр труб 
;
Толщина стенки труб 
;
Внутренний диаметр труб 
;
Поперечный шаг труб 
, - выбирается в соответствии с рекомендациями / 1 /;
Продольный шаг труб 
- выбирается в соответствии с рекомендациями / 2 /;
Относительный поперечный шаг труб 
;
Относительный продольный шаг труб 
;
Температура газов на выходе из воздухоподогревателя 
Энтальпия газов на выходе из воздухоподогревателя 
/2/;
Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель 
/2/;
Температура воздуха на выходе из воздухоподогревателя 
/2/;
Средняя температура воздуха в воздухоподогревателе
 |
Количество труб в одном ряду поперек потока воздуха
.
Количество рядов труб вдоль потока воздуха
.
Площадь живого сечения для прохода газов
.
Уравнение теплового баланса для воздухоподогревателя:
,
где: 
– коэффициент сохранения тепла /2/;
– присос воздуха в газоход воздухоподогревателя;
- Средний коэффициент избытка воздуха по воздушной стороне воздухоподогревателя;
= 1,18 + 0,5∙0,03 = 1,195.
Тепло полученное воздухоподогревателем за счёт охлаждения газов
,
где 
– энтальпия теоретически необходимого количества горячего воздуха при температуре 
/2/;
- энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре 
(за калорифером)/2/.
Энтальпия газов на входе в воздухоподогреватель (на выходе из экономайзера)/1/
,
где – коэффициент сохранения тепла /2/;
Температура газов на входе в воздухоподогреватель (на выходе из экономайзера), при 
.
Средняя температура газов в воздухоподогревателе
.
Расчетная скорость газов в воздухоподогревателе
,
где 
- объем продуктов сгорания 1 кг топлива в газоходе воздухоподогревателя /2/.
.
Трубчатые воздухоподогреватели рассчитываются с использованием коэффициента эффективности y, учитывающего влияние загрязнения поверхности, неполноты омывания ее газами и воздухом, перетоки воздуха.
Коэффициент теплопередачи трубчатого воздухоподогревателя
,
где: 
- коэффициент тепловой эффективности в одноходовой ступени /1/ ;
- коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке, Вт/(м2×К);
– коэффициенты теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде, Вт/(м2×К);
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке труб воздухоподогревателя
,
где: 
– коэффициент использования;
- коэффициент теплопередачи конвекцией, Вт/(м2×К);
– коэффициент теплоотдачи излучением (теплообмен не значителен при низких температурах среды, поэтому величиной 
можно принебреч);
Коэффициент теплопередачи конвекцией при продольном обтекании поверхности нагрева однофазным турбулентным потоком дымовых газов, воздуха, воды и пара до критических параметров
,
где: 
-коэффициент теплопередачи конвекцией при продольном омывании/1/ ;
- поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик от температуры и состава газов (при 
и 
) /1/;
- поправка на относительную длину канала;
.
.
Коэффициент теплоотдачи от стенки труб воздухоподогревателя к воздуху
,
где: – коэффициент использования;
- коэффициент теплопередачи конвекцией, Вт/(м2×К);
– коэффициент теплоотдачи излучением, 
;
Задаемся скоростью воздуха, принимаем 
Коэффициент теплопередачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков
,
где: 
- номограмма при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков /1/ ;
- поправка на число рядов труб по ходу газов;
- поправка на геометрическую компоновку пучка /1/;
- поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик от температуры и состава воздуха 
и /1/;
.
Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки труб воздухоподогревателя к воздуху:
,
где: – коэффициент использования;
- коэффициент теплопередачи конвекцией;
– коэффициент теплоотдачи излучением;
.
Определяем коэффициент теплопередачи воздухоподогревателя:
,
где: - коэффициент тепловой эффективности воздухоподогревателя /1/;
- коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке;
– коэффициенты теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде;
Разность температур на том конце поверхности нагрева, где она больше
Разность температур на том конце поверхности нагрева, где она меньше
Температурный напор при перекрёстном токе определяется по формуле/1/
,
где: 
- температурный напор при прямом или противоточном движении теплообменивающихся сред/1/;
=1- поправочный коэффициент для определения температурного напора при перекрёстном токе /1/;
Поверхность нагрева воздухоподогревателя из условия теплообмена
,
где: 
– тепло полученное воздухоподогревателем;
– коэффициент теплопередачи;
– температурный напор;
.
Высота трубной поверхности воздухоподогревателя
,
где: 
– площадь трубной поверхности;
– средний диаметр труб;
- количество труб в одном ряду поперек потока воздуха;
- количество рядов труб вдоль потока воздуха;
.
Площадь живого сечения для прохода воздуха
,
где: 
– высота трубной поверхности;
– число ходов;
– ширина конвективной шахты;
– диаметр труб;
- количество труб в одном ряду поперек потока воздуха;
– количество потоков;
.
Расчетная скорость воздуха в воздухоподогревателе
,
где: 
- средний коэффициент избытка воздуха по воздушной стороне;
– теоретически необходимое количество воздуха при нормальных условиях;
– средняя температура воздуха;
- площадь живого сечения для прохода воздуха;
.
.
.
Так как полученная скорость отличается от ранее принятой не более чем на ±10% и удовлетворяет равенству 
расчет считается законченным.
По условиям эксплуатации (чистка, ремонтные работы) и с учетом длины поставляемых энергомашиностроительных труб (7м) высота одного куба больше 6-7 м не желательна, между кубами по высоте должны предусматриваться разрывы не менее 800мм. Высота одного куба принимается равной 4,2м.