传热技术、设备与工业应用
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

1.1 供热设备的主要类型

根据供热介质的不同,可将过程工业中应用最为广泛的供热设备分为锅炉和热风炉。

1.1.1 锅炉

锅炉是供热之源,主要用以产生蒸汽和热水。通常将工业和供暖用的锅炉称为供热锅炉,以区别于用于动力和发电的动力锅炉。

锅炉的主要作用是为过程工业提供一定温度的蒸汽或热水,根据提供产物的不同,锅炉可分为蒸汽锅炉和热水锅炉。

锅炉由锅与炉两部分组成,其中锅是进行热量传递的汽水系统,由给水设备、省煤器、锅筒及对流束管等组成;炉是将燃料的化学能转化成热能的燃烧设备,由送风机、引风机、烟道、风管、给煤装置、空气预热器、燃烧装置、除尘器及烟囱等组成。

燃料在炉子里燃烧产生高温烟气,以对流和辐射的方式通过汽锅的受热面将热量传递给汽锅内温度较低的水,产生热水或蒸汽。为了充分利用高温热量,在烟气离开锅炉前,先让其通过省煤器和空气预热器,对汽锅的进水和炉子的进风进行预热。

为了保证锅炉安全工作,锅炉上还应配备安全阀、压力表、水位表、高低水位报警器及超温超压报警装置等。

锅炉的分类有多种方法,一般情况下可从以下角度对锅炉进行分类。

(1)按用途分类

锅炉按用途可分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。电站锅炉用于发电,工业锅炉用于工业生产,生活锅炉用于采暖和热水供应。

(2)按结构分类

按结构形式,可分为火管锅炉(锅壳锅炉)、水管锅炉和水火管锅炉。火管锅炉中,烟气在管内流过;水管锅炉中,汽水在管内流过。

(3)按容量大小分类

按容量大小,可将锅炉分为大型锅炉、中型锅炉和小型锅炉。习惯上,蒸发量大于100t/h的锅炉为大型锅炉,蒸发量为20~100t/h的锅炉为中型锅炉,蒸发量小于20t/h的锅炉为小型锅炉。

(4)按蒸气压力分类

按出口工质压力可分为常压锅炉、微压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉和超超临界压力锅炉。常压锅炉的表压为零;微压锅炉的表压为几十个帕斯卡;低压锅炉的压力一般小于2.5MPa;中压锅炉的压力一般为5.9MPa;高压锅炉的压力一般为9.8MPa;超高压锅炉的压力一般为13.73MPa;亚临界压力锅炉的压力一般为16.67MPa;超临界压力锅炉的压力为23~25MPa;超超临界压力锅炉的压力一般大于27MPa。发电用锅炉的工作压力一般都为中等压力以上。

(5)按工质在蒸发系统中的流动方式分类

按蒸发受热面内工质的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉。自然循环锅炉具有锅筒,利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环,只能在临界压力以下应用。直流锅炉无锅筒,给水靠水泵压头一次通过受热面,适用于各种压力。强制循环锅炉在循环回路的下降管与上升管之间设置循环泵用以辅助水循环并作强制流动,又称辅助循环锅炉或控制循环锅炉。复合循环锅炉是介于强制循环锅炉和直流锅炉之间的一种锅炉。它在高负荷时按直流锅炉模式运行,而在低负荷时按强制循环锅炉模式运行,循环泵只在低负荷下工作。

(6)按燃料或能源种类分类

按所用燃料或能源种类不同,可分为固体燃料锅炉、液体燃料锅炉、气体燃料锅炉、余热锅炉和生物质燃烧炉。

(7)按燃烧方式分类

按燃烧方式的不同,锅炉可分为火床燃烧锅炉、火室燃烧锅炉、流化床燃烧锅炉和旋风燃烧锅炉。

(8)按排渣方式分类

按排渣方式,锅炉可分为固态排渣锅炉和液态排渣锅炉。固态排渣锅炉中,燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排出,是燃煤锅炉的主要排渣方式。液态排渣锅炉中,燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流出,在裂化箱的冷却水中裂化成小颗粒后排入水沟中冲走。

(9)按烟气压力分类

按炉膛烟气压力可分为负压锅炉、微正压锅炉和增压锅炉。负压锅炉中炉膛压力保持负压,有送、引风机,是燃煤锅炉的主要型式。微正压锅炉中炉膛表压力为2~5kPa,不需引风机,宜于低氧燃烧。增压锅炉中炉膛表压力大于0.3MPa,用于配蒸汽-燃气联合循环。

(10)其他分类法

除上述常规的分类方法外,还有其他的一些分类法,如:

按锅筒数目可分为单锅筒和双锅筒锅炉,锅筒可纵置或横置。现代锅筒型电站锅炉都采用单锅筒型式,工业锅炉采用单锅筒或双锅筒型式。

按整体外形可分为倒U形、塔形、箱形、T形、U形、N形、L形、D形、A形等。D形、A形用于工业锅炉,其他炉型一般用于电站锅炉。

按锅炉房型式可分为露天、半露天、室内、地下或洞内布置的锅炉。工业锅炉一般采用室内布置,电站锅炉主要采用室内、半露天或露天布置。

按锅炉出厂型式可分为快装锅炉、组装锅炉和散装锅炉,小型锅炉可采用快装型式,电站锅炉一般为组装或散装。

1.1.2 热风炉

热风炉的用途是为过程工业提供一定温度的热空气,是气流干燥、喷雾干燥、流化干燥、塔式干燥等装置的主要辅助设备,也是温室及家畜饲养场加温的主要设备,广泛应用于农业生产、农产品及食品加工、冶金、建材等行业。当热风炉产生的热风被用来干燥物料时,热风加热被干燥物料并蒸发水分,然后带走水蒸气,热风炉性能的好坏直接影响到干燥设备的技术经济指标;当热风炉产生的热风被用来加热温室及饲养场时,热风的主要目的是加热环境中的空气,使其适合动植物生长,此时热风炉的性能将影响环境条件的控制,最终影响到动植物的生长。除个别情况外,几乎所有利用热风炉的场合对热风都要求洁净、无污染。

长期以来,根据不同的需要以及燃料的不同,人们开发了各种各样的热风炉。目前,用于热风炉的热源主要有天然气、煤、电、油以及太阳能。加热形式主要有直接烟道气式和间接换热式。换热器的类型更是复杂多变,有无管式、列管式及热管式等。在功率上有大型和小型之分。

热风炉可根据燃料、燃烧方式和加热方式来分类。

根据燃料类型可分为固体燃料热风炉、液体燃料热风炉、气体燃料热风炉。

根据燃料或热源的不同可分为燃生物质材料热风炉、燃煤热风炉、燃油热风炉、燃气热风炉、电加热器和太阳能集热器等。

根据加热形式分主要有直接烟道气式热风炉和间接换热式热风炉。间接换热式热风炉根据热载体的不同可分为导热油加热炉、蒸汽热风炉、烟气热风炉等。根据换热器形式的不同可分无管式热风炉、列管式热风炉、热管式热风炉等。

固体燃料在炉中的燃烧方式基本有三种:铺层燃烧、悬浮燃烧和沸腾燃烧,与之相应的燃烧设备分别称之为层燃式热风炉、悬燃式热风炉和沸腾燃烧式热风炉。层燃式热风炉又分为手烧式热炉、链条式热风炉和往复式炉排热风炉。

根据司炉方式可分为机烧式热风炉和手烧式热风炉。

根据炉体结构可分为卧式热风炉和立式热风炉。

根据炉排的分布形式可分为水平炉排热风炉和倾斜炉排热风炉。

根据功率大小可分为大型热风炉和小型热风炉。功率在100万大卡(1×106kcal,1cal=4.18J)以上为大型热风炉,功率在100万大卡以下的为小型热风炉。