YYW—1800Y有機(jī)熱載體爐的開發(fā)設(shè)計(jì)

摘要：YY（Q）W系列有機(jī)熱載體爐，是以油（氣）為燃料、導(dǎo)熱油為載熱體，利用循環(huán)油泵強(qiáng)制液相循環(huán)將熱能輸送給用熱設(shè)備后，繼而返回重新加熱的特種工業(yè)爐。文章介紹了YYW-1800Y型有機(jī)熱載體爐的開發(fā)過程以及該有機(jī)熱載體爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：YYW-1800Y；有機(jī)熱載體爐；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TQ054 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0025-02

1 有機(jī)熱載體爐基本參數(shù)及性能指標(biāo)

1.1 基本參數(shù)

額定發(fā)熱量：1800kW

額定工作壓力：0.7MPa

出油溫度：300℃

進(jìn)油溫度：270℃

冷空氣溫度：30℃

工作介質(zhì)導(dǎo)熱油YD325

1.2 設(shè)計(jì)燃料成分（0#柴油）

Qnet，ar=42900kJ/kg

Car=85.55%

Har=13.49%

Oar=0.66%

Nar=0.04%

Sar=0.025%

Aar=0.01%

War=0

1.3 主要技術(shù)性能指標(biāo)

保證在額定介質(zhì)參數(shù)下的額定發(fā)熱量，且具有一定的超負(fù)荷能力：

熱效率：90.7%

介質(zhì)溫差：30℃

噪音：<85dB

鍋爐本體排煙溫度：360℃

節(jié)能器排煙溫度：165℃

2 有機(jī)熱載體爐整體設(shè)計(jì)方案

（1）總體為盤管式結(jié)構(gòu)布置，本體采用內(nèi)外盤管串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式，而國內(nèi)大多采用的是并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式。我們采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式最大的優(yōu)點(diǎn)是出油集箱油溫穩(wěn)定，而且內(nèi)外盤管的管徑可以采用同樣的規(guī)格，減少管子的規(guī)格。內(nèi)外盤管之間用Φ34×4鋼管隔開，內(nèi)盤管為Φ89×4鋼管盤制，盤徑為Φ1390，27圈；外盤管為Φ89×4鋼管盤制，盤徑為Φ1625，31圈。外盤管接回油集箱，內(nèi)盤管接出油集箱。（2）燃燒器配用本公司自產(chǎn)的高效節(jié)能型燃燒器。（3）為了確保油氣分離達(dá)標(biāo)，應(yīng)考慮好油氣分離器結(jié)構(gòu)。（4）根據(jù)《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》的要求，鍋爐尾部增加節(jié)能器降低排煙溫度。（5）關(guān)鍵儀表、閥門應(yīng)選用進(jìn)口產(chǎn)品，確保主機(jī)和配套輔機(jī)的質(zhì)量均能達(dá)國內(nèi)優(yōu)等品水平。

3 有機(jī)熱載體爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)熱負(fù)荷。在熱負(fù)荷的設(shè)計(jì)上，注意要在有機(jī)熱載體爐和有效熱負(fù)荷之間留出一定的空間，這個(gè)空間跨度一般為10%～15%。

（2）設(shè)計(jì)溫度。有機(jī)熱載體爐的設(shè)計(jì)溫度是在《水管鍋爐元件強(qiáng)度計(jì)算》（GB9222）的相關(guān)規(guī)定下，以其使用溫度為基準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的。

（3）設(shè)計(jì)壓力。在設(shè)計(jì)機(jī)熱載體爐壓力的時(shí)候要注意，最好是高于最高工作壓力，并且大于安全閥開啟時(shí)產(chǎn)生的壓力。氣相爐的設(shè)計(jì)壓力標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到平時(shí)工作壓力的1.2～1.5倍；液相爐的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)取1.05～1.2倍的壓力；液相爐的導(dǎo)熱油進(jìn)出口壓力差宜大于0.15MPa（1.5kgf/cm2）。

（4）導(dǎo)熱油進(jìn)出口的溫度。用熱設(shè)備所需被加熱物質(zhì)的溫度決定了導(dǎo)熱油的溫度，導(dǎo)熱油的溫度必須要高于被加熱的物質(zhì)溫度。加熱到一定熱量所需要的加熱面積與物質(zhì)之間的溫度差是成反比的，溫度差越大，所需加熱面積越??；但是對于本身溫度較高還需要加熱的物質(zhì)來說，必須讓導(dǎo)熱油的溫度足夠高或者超過導(dǎo)熱油的承受溫度。另外，溫度過高的話，會(huì)讓有些化工物料發(fā)生裂解或者焦化，所以要根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)臏囟炔钪?。一般為?dǎo)熱油在系統(tǒng)中的運(yùn)行設(shè)計(jì)一個(gè)適宜的溫差，這個(gè)溫差應(yīng)小于30℃。

（5）在設(shè)計(jì)導(dǎo)油管時(shí)，要加強(qiáng)對油管的耐熱性和油的流速的考核，因?yàn)闉榱吮苊鈱?dǎo)熱油被爐內(nèi)烤焦，就要在采用熱油爐時(shí)采用管式爐。導(dǎo)熱油的流速高對傳熱效率有利，但流速太高會(huì)增加流動(dòng)阻力、多消耗熱油泵的動(dòng)力。為此，在設(shè)計(jì)導(dǎo)油管時(shí)要注重管內(nèi)一定的速度，不能因受到局部產(chǎn)生過熱的溫度而焦化。這時(shí)候一般輻射段管的流速應(yīng)該控制在2～4m/s，流段管的流速采用1.5～2.5m/s。與此同時(shí)，還應(yīng)該注意到管內(nèi)的熱油阻力和流動(dòng)的暢通。

（6）爐管的平均熱強(qiáng)度。為了保證整體運(yùn)行中導(dǎo)熱油的熱度不會(huì)過大，并且爐管內(nèi)的轉(zhuǎn)熱面積可以得到充分利用，所以設(shè)計(jì)要求爐管的平均熱強(qiáng)度需要控制在一定的范圍內(nèi)。一般輻射段的爐管的平均熱強(qiáng)度為0.084～0.167GJ/（m2h），對流段爐管平均熱強(qiáng)度為0.033～0.047GJ/（m2h）。

（7）排煙溫度。根據(jù)導(dǎo)熱油在運(yùn)行中的工作溫度，排煙溫度和導(dǎo)熱油之間的差最好控制在80℃～120℃，排煙溫度適宜在350℃～400℃，以使對流受熱面不至于過大。為充分利用熱能，有機(jī)熱載體爐尾部排出的較高溫度的熱量應(yīng)設(shè)置余熱回收裝置將其回收再利用，特別需要考慮的就是較大型的郵寄熱載爐。

（8）熱油泵。導(dǎo)熱油的管道的循環(huán)過程中，熱油泵占據(jù)關(guān)鍵位置，它的質(zhì)量好壞也會(huì)關(guān)系到運(yùn)輸過程能否正常的連續(xù)運(yùn)行。所以說，油泵的選擇是至關(guān)重要的。此外，在選擇油泵的時(shí)候，主要應(yīng)考慮其漏油與否，不漏油的最佳。

在設(shè)計(jì)油爐以及油管系統(tǒng)的時(shí)候，最好在用熱設(shè)備的附近安置熱油爐，這樣不僅可以減少輸送距離，更能節(jié)省時(shí)間，并降低了各個(gè)管道中產(chǎn)生的沿程阻力。此外，因?yàn)橛偷臏囟忍撸詡鬏數(shù)臅r(shí)候應(yīng)該在管道中設(shè)置伸縮器來做適當(dāng)調(diào)節(jié)。

設(shè)計(jì)過程中，為了保證熱油爐的安全運(yùn)作以及生產(chǎn)的連續(xù)性，最好是選擇兩臺(tái)熱油泵，一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)留作

備用。

（9）膨脹槽。膨脹槽又稱高位缸，它在系統(tǒng)中有下列作用：作為高位缸可以補(bǔ)充壓頭；導(dǎo)熱油加熱后會(huì)膨脹，系統(tǒng)中導(dǎo)熱膨脹后多余的油可在貯槽內(nèi)；可貯存在系統(tǒng)中，起著補(bǔ)充導(dǎo)熱油的作用；在新油裝入系統(tǒng)后，在升溫過程中起著排氣作用；在往系統(tǒng)注油時(shí)，先注入高位缸，再自流出系統(tǒng)；在突然停電的情況下，膨脹槽的冷油用以置換加熱爐內(nèi)的熱油。

因此放置膨脹槽的時(shí)候一定要高于循環(huán)系統(tǒng)以上1～1.5m。為了避免系統(tǒng)或者運(yùn)作期間出現(xiàn)不必要的問題，最好是在膨脹槽內(nèi)安裝低液位報(bào)警；另外，膨脹槽的大小是依照爐子的性質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)的。一般應(yīng)該按照大于膨脹量3倍的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置，并且要安置在貯油槽的正上方向。熱油體積膨脹V為：

V=V0[1+β（t出-t進(jìn)）]

式中：

V—在熱油溫度下所膨脹的體積，m3

V0—管道及設(shè)備所容納的油量，m3

β—熱油的膨脹系數(shù)

t進(jìn)—工作條件下的油溫度，℃

t出—熱油工作溫度，℃

（10）貯油槽。貯油槽又名低位缸，主要用來存儲(chǔ)導(dǎo)熱油。如果運(yùn)行中循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的話，可以將導(dǎo)熱油放入低位缸內(nèi)，這時(shí)的容量是在工藝管道的設(shè)置基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。一般按V0即管道及設(shè)備所容納的油量的1.3～1.5V0設(shè)計(jì)貯油缸的容積。

（11）所有緊靠在導(dǎo)熱油管道的元件的材料一定不要出現(xiàn)有色金屬和鑄鐵制造，法蘭與閥門應(yīng)用公稱壓力2.5MPa（2.5kgf/cm2）及以上的鑄鋼閥門，需要密封的元件應(yīng)該采用耐高溫、耐油的材料。使用聯(lián)苯混合物型導(dǎo)熱油，應(yīng)用榫槽或凹凸面型法來連接。

4 結(jié)語

如果在低壓力的環(huán)境下，制造出高的工作溫度，需要較高的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)這種操作后可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定在各個(gè)等級負(fù)荷下，熱效率基本都能達(dá)到并保持在最佳狀態(tài)。

完備的裝置以及安全控制系統(tǒng)可以使運(yùn)作更為方便、可靠。

快裝或組裝出廠，運(yùn)輸方便，安裝周期短，投產(chǎn)見效快。結(jié)構(gòu)緊湊，均可單獨(dú)布置，鍋爐房投資省。鍋爐先進(jìn)的設(shè)計(jì)原料主要特性就是：高效保溫，爐墻在加熱和精確溫度調(diào)節(jié)的時(shí)候，發(fā)生散熱比較小，可以滿足運(yùn)作過程中的各種要求。

參考文獻(xiàn)

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[4] 化工工藝設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.

作者簡介：孟洪才（1976—），江蘇鹽城人，尚億新型鍋爐（江陰）有限公司工程師，研究方向：鍋爐設(shè)計(jì)。