热载体供热系统

日期:2017-07-17 10:40:46 来源:上海久星导热油股份有限公司

热载体供热系统

         有机热载体供热系统可分为燃料燃烧给热和电热两大类。在煤作为燃料的条件下,20kcal/h可以作为选择燃料燃烧给热和电加热分界线。原因在于小型燃煤装置既复杂而热效率又低,不如电加热简单系统占地小,投资方面电加热热载体供热系统占有明显优势。如果采用燃料油和燃气,小型热载体供热系统也有选择余地。 燃煤热载体供热系统是我国热载体炉主体,许多大型热载体炉都是以煤作为燃料,它们有许多种类。按燃烧设备分类有手烧固定炉排、链条炉排、往复炉排和抛煤机炉排;按形状和结构划分为有圆筒炉和箱式炉,有卧式和立式;就燃料划分有燃煤热载体炉、燃油热载体炉和燃气热载体炉。

1 供热方式

供热方式可以分为煤、油、气燃烧直接供热、电直接供热和热媒间接供热两种方式。从加热温度水平分析,500℃是直接加热和间接加热分界线。

1.1 直接供热

如果工艺物料要求加热到500℃以上,按目前的科技水平通常只能采取直接加热方式。例如:金属热处理和化学处理,工作温度为500℃~1200℃;乙烯裂解原料气加热到800℃;合成氨物料加热温度 750℃~850℃,都是在各种工业炉中完成加热过程。这些工业炉都是通过燃料在炉膛内燃烧产生火焰和烟道气,再经过辐射,对流和传导三种传热方式将热量传递给物料或物体,完成供热任务。各种电阻炉可以使箱内物料加热到950℃,也是直接加热选择方案,热源是工业电。

1.2 间接供热

在间接供热系统设计中,会涉及到三种工作温度。首先,热载体要通过煤、油、气等燃料和电热的直接加热,因此,直接加热炉膛和炉管加热介质工作温度为T1;热载体工作温度为T2;被加热物料、物体和空间温度为T3T1 →T2T3,三者间存在传热过程,因此必需有一定的温差。燃料燃烧火焰和烟气温度T1>> T2,这二者是不存在问题。我们关心的T2T3在工业供热设计中T2-T3=20℃~50℃,当被加热物料要求达到300℃时,一般油就不在选择范围之内。选择用燃料或电热直接加热方式仍为首先考虑的方案。

至于500℃以下工艺过程,存在直接加热和间接加热两种方式。为了说明问题,我们先来介绍一下常用热载体的工作温度:

水蒸气    ≤200℃(此时水蒸气饱和蒸汽压在15Mpa左右)

矿物油    ≤300

合成热媒  ≤350

熔盐      ≤500

    这里我们仅仅为了说明热载体工作温度范围,实际上,水蒸气常用工作温度在170℃甚至150℃以下;品质比较好的矿物油其工作温度有的可达到320℃;熔盐理论工作温度为 530℃;合成热媒是指用化学方法合成并配制的有机化合物的混合物,俗称合成导热油。如:联苯—联苯醚、二苄基甲苯、氢化三联苯等。联苯—联苯醚气相工作温度可达到400℃。

2 供热装置

2.1 热油炉

有机热载体炉由以下部分组成:

1)燃料燃烧装置

以燃煤炉为例,燃料燃烧装置包括上煤设施,炉排—燃烧区,烟道及烟囱,出渣设施。炉排和烟道是热载体加热的空间。炉排是煤燃烧装置的核心部件,炉排有各种型式,其中链条炉排是具有代表性的燃烧方式,热效率比较高。

燃油和燃气炉,燃烧装置相对比较简单。主要部件是烧嘴或称油、气燃烧器。在1995年之前,国产燃烧器技术上成熟的很少,热载体炉生产企业大多用进口设备配套。  

2)热载体受热装置

有机热载体受热装置是由无缝钢管弯制管束群,对于圆筒型热载体炉,炉管是圆柱形同轴23组管束,中间是炉膛,夹层是烟气通道。炉管内走热载体,炉管壁是传热区,即为设计的传热面积。热载体炉供热量和炉管传热面积成正比。一台100kcal/h热载体炉其炉管传热面积在100m²左右,炉管管束重33.5吨。炉管内直径φ100~φ150

3)热载体输送装置

热载体在炉管内流动,流动要有动力驱动,每一台热载体炉都要设置两台热油泵。热载体在炉管内受燃烧燃料产生火焰和烟气的辐射、对流传热,很容易产生局部过热甚至在炉管内表面形成结碳,因此GB/T 17410-2008《有机热载体炉》规定炉管内热载体流速不低于2m/s,以较大流动速度控制热载体流动边界层厚度,减少形成结碳可能性。流体流速愈大压降愈大,因此对热油泵的性能提出一定要求。选择热油泵时要满足系统对流量和扬程的要求。

上述部分再加上管路,控制阀门、仪表等组成热载体加热炉成套装置。热载体炉运行成本中最主要的部分是燃料价格,用于热载体的燃料有煤、重油、柴油、天然气、液化石油气。为了便于比较我们还列入电加热热载体供热装置。我们选择华东地区某市燃料、电市场价格作为基础,以燃料低热值进行比较,如果以煤热值单价为1,其他燃料分别为重油2.5;天然气2.5;液化石油气4.0;柴油7.2;电热10。全国各地情况千差万别,煤矿附近煤热值单价还要低一些,水电站邻近,电热单价要低的多,在选用热载体炉时都可进行燃料成本比较。以本文数据显示,燃煤炉从经济角度为首选,其次为重油炉或天然气炉,而采用电加热是不得已而为之。由于环境保护原因,许多地方限制使用燃煤炉,我们退而求之,可选择重油炉。      

2.2 电加热器

电热供热系统是应用极其广泛的供热装置,尤其是热负荷比较小的场合,工业生产热负荷小于20Kal/h的供热设计,首选的方式是电热供热系统。如制药、表面活性剂、香精香料、食品添加剂、染料等精细化工生产中到处可以见到电加热反应釜。这是最简单的电热供热系统,有的则采用远红外块式电加热元件直接对反应釜内物料加热,但更多的是带夹套,电热棒加热夹套内的热载体,随后对反应釜内物料供热。食品加工这几年涌现出许多电热烘箱,用来制作蛋糕、饼干及许多食品。

电热供热系统还有一个显著的优势,就是系统的供热负荷,温度,调节方便、加热均匀,或者说可以对系统进行精密调控。这一特点对于许多高危生产场合是具有吸引力的。这几年许多大容量电热供热系统纷纷登场,这些系统的额定功率已经超过3000Kw。我们将采用电热元件加热热载体随后外循环输出热量的系统称为热载体电加热器。

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