熱載體供熱系統(tǒng)

        有機(jī)熱載體供熱系統(tǒng)可分為燃料燃燒給熱和電熱兩大類。在煤作為燃料的條件下，20萬(wàn)kcal/h可以作為選擇燃料燃燒給熱和電加熱分界線。原因在于小型燃煤裝置既復(fù)雜而熱效率又低，不如電加熱簡(jiǎn)單系統(tǒng)占地小，投資方面電加熱熱載體供熱系統(tǒng)占有明顯優(yōu)勢(shì)。如果采用燃料油和燃?xì)猓⌒蜔彷d體供熱系統(tǒng)也有選擇余地。 燃煤熱載體供熱系統(tǒng)是我國(guó)熱載體爐主體，許多大型熱載體爐都是以煤作為燃料，它們有許多種類。按燃燒設(shè)備分類有手燒固定爐排、鏈條爐排、往復(fù)爐排和拋煤機(jī)爐排；按形狀和結(jié)構(gòu)劃分為有圓筒爐和箱式爐，有臥式和立式；就燃料劃分有燃煤熱載體爐、燃油熱載體爐和燃?xì)鉄彷d體爐。

1 供熱方式

供熱方式可以分為煤、油、氣燃燒直接供熱、電直接供熱和熱媒間接供熱兩種方式。從加熱溫度水平分析，500℃是直接加熱和間接加熱分界線。

1.1 直接供熱

如果工藝物料要求加熱到500℃以上，按目前的科技水平通常只能采取直接加熱方式。例如：金屬熱處理和化學(xué)處理，工作溫度為500℃～1200℃；乙烯裂解原料氣加熱到800℃；合成氨物料加熱溫度 750℃～850℃，都是在各種工業(yè)爐中完成加熱過(guò)程。這些工業(yè)爐都是通過(guò)燃料在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生火焰和煙道氣，再經(jīng)過(guò)輻射，對(duì)流和傳導(dǎo)三種傳熱方式將熱量傳遞給物料或物體，完成供熱任務(wù)。各種電阻爐可以使箱內(nèi)物料加熱到950℃，也是直接加熱選擇方案，熱源是工業(yè)電。

1.2 間接供熱

在間接供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，會(huì)涉及到三種工作溫度。首先，熱載體要通過(guò)煤、油、氣等燃料和電熱的直接加熱，因此，直接加熱爐膛和爐管加熱介質(zhì)工作溫度為T₁；熱載體工作溫度為T₂；被加熱物料、物體和空間溫度為T₃。T₁ →T₂→ T₃，三者間存在傳熱過(guò)程，因此必需有一定的溫差。燃料燃燒火焰和煙氣溫度T₁>> T₂，這二者是不存在問題。我們關(guān)心的T₂和T₃，在工業(yè)供熱設(shè)計(jì)中T₂-T₃=20℃～50℃，當(dāng)被加熱物料要求達(dá)到300℃時(shí)，一般油就不在選擇范圍之內(nèi)。選擇用燃料或電熱直接加熱方式仍為首先考慮的方案。

至于500℃以下工藝過(guò)程，存在直接加熱和間接加熱兩種方式。為了說(shuō)明問題，我們先來(lái)介紹一下常用熱載體的工作溫度：

水蒸氣    ≤200℃（此時(shí)水蒸氣飽和蒸汽壓在15Mpa左右）

礦物油    ≤300℃

合成熱媒  ≤350℃

熔鹽      ≤500℃

    這里我們僅僅為了說(shuō)明熱載體工作溫度范圍，實(shí)際上，水蒸氣常用工作溫度在170℃甚至150℃以下；品質(zhì)比較好的礦物油其工作溫度有的可達(dá)到320℃；熔鹽理論工作溫度為 530℃；合成熱媒是指用化學(xué)方法合成并配制的有機(jī)化合物的混合物，俗稱合成導(dǎo)熱油。如：聯(lián)苯—聯(lián)苯醚、二芐基甲苯、氫化三聯(lián)苯等。聯(lián)苯—聯(lián)苯醚氣相工作溫度可達(dá)到400℃。

2 供熱裝置

2.1 熱油爐

有機(jī)熱載體爐由以下部分組成：

（1）燃料燃燒裝置

以燃煤爐為例，燃料燃燒裝置包括上煤設(shè)施，爐排—燃燒區(qū)，煙道及煙囪，出渣設(shè)施。爐排和煙道是熱載體加熱的空間。爐排是煤燃燒裝置的核心部件，爐排有各種型式，其中鏈條爐排是具有代表性的燃燒方式，熱效率比較高。

燃油和燃?xì)鉅t，燃燒裝置相對(duì)比較簡(jiǎn)單。主要部件是燒嘴或稱油、氣燃燒器。在1995年之前，國(guó)產(chǎn)燃燒器技術(shù)上成熟的很少，熱載體爐生產(chǎn)企業(yè)大多用進(jìn)口設(shè)備配套。  

（2）熱載體受熱裝置

有機(jī)熱載體受熱裝置是由無(wú)縫鋼管彎制管束群，對(duì)于圓筒型熱載體爐，爐管是圓柱形同軸2～3組管束，中間是爐膛，夾層是煙氣通道。爐管內(nèi)走熱載體，爐管壁是傳熱區(qū)，即為設(shè)計(jì)的傳熱面積。熱載體爐供熱量和爐管傳熱面積成正比。一臺(tái)100萬(wàn)kcal/h熱載體爐其爐管傳熱面積在100ｍ2左右，爐管管束重3～3.5噸。爐管內(nèi)直徑φ100～φ150。

（3）熱載體輸送裝置

熱載體在爐管內(nèi)流動(dòng)，流動(dòng)要有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，每一臺(tái)熱載體爐都要設(shè)置兩臺(tái)熱油泵。熱載體在爐管內(nèi)受燃燒燃料產(chǎn)生火焰和煙氣的輻射、對(duì)流傳熱，很容易產(chǎn)生局部過(guò)熱甚至在爐管內(nèi)表面形成結(jié)碳，因此GB/T 17410-2008《有機(jī)熱載體爐》規(guī)定爐管內(nèi)熱載體流速不低于2m/s,以較大流動(dòng)速度控制熱載體流動(dòng)邊界層厚度，減少形成結(jié)碳可能性。流體流速愈大壓降愈大，因此對(duì)熱油泵的性能提出一定要求。選擇熱油泵時(shí)要滿足系統(tǒng)對(duì)流量和揚(yáng)程的要求。

上述部分再加上管路，控制閥門、儀表等組成熱載體加熱爐成套裝置。熱載體爐運(yùn)行成本中最主要的部分是燃料價(jià)格，用于熱載體的燃料有煤、重油、柴油、天然氣、液化石油氣。為了便于比較我們還列入電加熱熱載體供熱裝置。我們選擇華東地區(qū)某市燃料、電市場(chǎng)價(jià)格作為基礎(chǔ)，以燃料低熱值進(jìn)行比較，如果以煤熱值單價(jià)為1，其他燃料分別為重油2.5；天然氣2.5；液化石油氣4.0；柴油7.2；電熱10。全國(guó)各地情況千差萬(wàn)別，煤礦附近煤熱值單價(jià)還要低一些，水電站鄰近，電熱單價(jià)要低的多，在選用熱載體爐時(shí)都可進(jìn)行燃料成本比較。以本文數(shù)據(jù)顯示，燃煤爐從經(jīng)濟(jì)角度為首選，其次為重油爐或天然氣爐，而采用電加熱是不得已而為之。由于環(huán)境保護(hù)原因，許多地方限制使用燃煤爐，我們退而求之，可選擇重油爐。      

2.2 電加熱器

電熱供熱系統(tǒng)是應(yīng)用極其廣泛的供熱裝置，尤其是熱負(fù)荷比較小的場(chǎng)合，工業(yè)生產(chǎn)熱負(fù)荷小于20萬(wàn)Kal/h的供熱設(shè)計(jì)，首選的方式是電熱供熱系統(tǒng)。如制藥、表面活性劑、香精香料、食品添加劑、染料等精細(xì)化工生產(chǎn)中到處可以見到電加熱反應(yīng)釜。這是最簡(jiǎn)單的電熱供熱系統(tǒng)，有的則采用遠(yuǎn)紅外塊式電加熱元件直接對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)物料加熱，但更多的是帶夾套，電熱棒加熱夾套內(nèi)的熱載體，隨后對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)物料供熱。食品加工這幾年涌現(xiàn)出許多電熱烘箱，用來(lái)制作蛋糕、餅干及許多食品。

電熱供熱系統(tǒng)還有一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)，就是系統(tǒng)的供熱負(fù)荷，溫度，調(diào)節(jié)方便、加熱均勻，或者說(shuō)可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精密調(diào)控。這一特點(diǎn)對(duì)于許多高危生產(chǎn)場(chǎng)合是具有吸引力的。這幾年許多大容量電熱供熱系統(tǒng)紛紛登場(chǎng)，這些系統(tǒng)的額定功率已經(jīng)超過(guò)3000Kw。我們將采用電熱元件加熱熱載體隨后外循環(huán)輸出熱量的系統(tǒng)稱為熱載體電加熱器。