熱利用設備的節能綜述

摘要文章簡要的敘述了熱利用設備及其組成，熱利用設備的節能省能的評價尺度，提高熱發生部熱效率的措施，防止熱損失的種類和對策等，對于工場實際操作，可作為借鑒。

關鍵詞發熱量 熱效率 空氣比

中圖分類號:TF7文獻標識碼:A

1 熱利用設備

熱利用設備品種有:(1)鍋爐及其相關設備;(2)蒸汽原動機;(3)蒸汽輸送、貯藏，排泄回收裝置;(4)工業爐;(5)蒸餾裝置;(6)蒸發、濃縮裝置;(7)干燥裝置;(8)加熱裝置;(9)熱交換器;(10)干餾、氣化裝置;(11)冷凍、空氣調和裝置;(12)內燃機;(13)燃氣透平;(14)熱設備材料(爐材，保溫材料)。

2 熱利用設備的組成

熱利用設備由熱的發生部，熱的傳遞部，熱的利用部(包含加熱物體)熱的保溫部等構成。

例如，圖1中的均熱爐是在煉鐵廠、煉鋼廠、和軋鋼廠等為完成加工任務的設備。

在煉鋼廠是把所要加工的熱鋼塊一時貯備，進而均一加熱。熱的發生部由噴嘴燃燒器構成，設有熱的傳遞部，熱直接輻射及對流傳給被加熱物，周邊的爐材相當于保溫部。

圖2是干燥設備的舉例，熱風爐為熱的發生部，通風道是傳遞部，干燥爐為利用部。

圖1均熱爐簡圖圖2干燥設備舉例

3 熱利用設備的節能

按照基本構成，其要點為:(1)在熱的發生部，為提高熱效率;(2)熱傳遞部，減輕在保溫部的損失;(3)減輕熱利用部的利用量;(4)廢熱回收。

3.1 基本事項

(1)省能的評價尺度。作為評價尺度，采用熱效率和燃料原單位。 熱效率的定義為:

=×100%

作為供給熱有下面兩種情況，一是選取熱勘定時的全部輸入熱，另一種是取燃料的燃燒熱，隨著被熱物的全部或部分產生發熱反應時，即把它計量為供給熱。

有效熱，是在被熱物使其加熱成為制成品的期間，沒有化學變化或重量變化的情況下，在裝置的出入口，被熱物所保有熱量差作為有效熱。有化學變化或重量變化的場合，計算基準是各種各樣的。

燃料原單位或能量單位，是用制品一單位供給的熱量表示。

圖3熱流圖舉例 圖4貫流鍋爐的構造

(2)計量的必要性及測定值的記錄和整理。無論何事，對策的第一步，是現狀調查，在需要的地方，有關能量的量的測定是必要的。因此，我們必須弄清楚三個問題: 需要測量什么?要測定哪些地方?測量儀器校正好了嗎?之后，我們才能開始測定，并對測定的數據進行詳細的記錄和整理，以備后用和核查。

(3)熱勘定。所謂熱勘定，也稱為熱的精細計算，或熱平衡，是表明熱利用設備中的輸入熱和輸出熱之間的關系。如圖3那樣制作成的鍋爐熱流圖樣。由于熱損失或熱效率，見圖后便一目了然，所以對節能對策的研究，是非常有效的。

3.2 熱發生部熱效率的提高

熱發生部由燃燒室和燃燒裝置構成，圖4是貫流鍋爐的舉例，貫流鍋爐是水管可自由配置的一種小型鍋爐，燃燒裝置除固體燃料用的爐排以外，全為燃燒室。

為了改善燃燒室的燃燒效率，對鍋爐可采取措施 :(1)減低空氣比;(2)提高燃燒器的噴霧性;(3)加強改善燃燒器的火焰溫度及穩定性。

燃料燃燒時的空氣比m用下式表示:

m =

對于鍋爐取1.1~1.3，工業爐取1.3~1.4是適當的，其節能效果如圖5所示。

燃燒器燃料噴霧性的提高，直接關系到空氣比的降低。也就是說燃燒器前端形狀如圖6所示，在出口若燃料和空氣混合不適當，則燃燒就不好，使空氣用量增加，燃燒器的火焰溫度、穩定性、擴寬等等，依燃燒時要求的條件而各異。因此，首先設定所要求的條件，將滿足設定條件下的最低標準的燃燒作為目標，可以達成某種程度的節能目的。例如既減少燃料，還可不降低火焰溫度。

3.3 熱傳達部，保溫部的熱損失的減輕

這部分的熱損失有爐壁和配管及通風道等，其材質和大小是問題的主因。表1是損失的形態和對策，圖7是其模型，以下分別給予敘述。

(1)爐壁的絕熱性。如圖8所示:斷面積A[㎡]，厚t[m]，比熱為Cv[Kcal/m.c]熱傳導率為α[Kcal/m.h.℃]，熱傳達為h[Kcal/㎡.h.℃]

內表面溫度，外表面溫度，周圍溫度分別用θ1[c0]，θ2[c0]，θ0[c0]表示。由熱傳導散發的熱量為:

Q =

為了減小Q，其絕熱材料的熱傳導率要用小，表面積A作小， θ1 -θ2 的數值，用來表示絕熱性的大致基準，作為絕熱材，有陶瓷硬化紙板，硅酸鈣絕熱材料，噴鍍石棉等被廣泛應用。據有關報道:用下式算出的數值若在5~10以上，θ2 -θ0>400C的場合，熱效率可達70%~80%

(2)構造物或搬運臺車的蓄熱量。熱被吸入材料后所持有的溫度必將上升到周邊構造物持有的溫度，儲蓄于它們中的熱量是損失，其大小為:

Q=CV Vθ (Kcal)

式中V是體積，因此，耐火物的比熱要小，體積要小(或重量要小)。與裝入量相比，爐子過大則適得其反，不能省能。

3.4 在熱的利用部利用熱的減輕

減輕利用熱的對策有:(1)降低加熱溫度;(2)使加熱的氣體很好流通(材料配置上想辦法);(3)加熱曲線圖的變更;(4)連續運轉(減少加熱、冷卻的反復操作)。

作為程序首先是加熱條件(溫度、流量、壓力)，然后再研究其能否達到的節能水平，其次再來看看加熱曲線不同所產生的變化。有某一事例，如圖9所示由于加熱曲線的變化，使用燃料則大幅降低。

圖7熱損失的形態

圖8熱的傳導圖9加熱曲線的變更使燃料節約的事例

連續運轉化是最好的狀態，在連續運轉下，加熱、冷卻反復操作，在冷卻時有熱損失散發，加熱時必須補充該部分的熱量，造成二重損失。根據工程的評價，應盡可能接近連續運轉 。

例如在陶瓷工場，不連續窯消費的燃料是連續窯的2~3倍之多，這是值得重視的。