YYW—1800Y有機熱載體爐的開發設計

摘要：YY（Q）W系列有機熱載體爐，是以油（氣）為燃料、導熱油為載熱體，利用循環油泵強制液相循環將熱能輸送給用熱設備后，繼而返回重新加熱的特種工業爐。文章介紹了YYW-1800Y型有機熱載體爐的開發過程以及該有機熱載體爐的結構特點和設計要點。

關鍵詞：YYW-1800Y；有機熱載體爐；系統設計

中圖分類號：TQ054 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0025-02

1 有機熱載體爐基本參數及性能指標

1.1 基本參數

額定發熱量：1800kW

額定工作壓力：0.7MPa

出油溫度：300℃

進油溫度：270℃

冷空氣溫度：30℃

工作介質導熱油YD325

1.2 設計燃料成分（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 主要技術性能指標

保證在額定介質參數下的額定發熱量，且具有一定的超負荷能力：

熱效率：90.7%

介質溫差：30℃

噪音：<85dB

鍋爐本體排煙溫度：360℃

節能器排煙溫度：165℃

2 有機熱載體爐整體設計方案

（1）總體為盤管式結構布置，本體采用內外盤管串聯結構形式，而國內大多采用的是并聯結構形式。我們采用串聯結構形式最大的優點是出油集箱油溫穩定，而且內外盤管的管徑可以采用同樣的規格，減少管子的規格。內外盤管之間用Φ34×4鋼管隔開，內盤管為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，內盤管接出油集箱。（2）燃燒器配用本公司自產的高效節能型燃燒器。（3）為了確保油氣分離達標，應考慮好油氣分離器結構。（4）根據《鍋爐節能技術監督管理規程》的要求，鍋爐尾部增加節能器降低排煙溫度。（5）關鍵儀表、閥門應選用進口產品，確保主機和配套輔機的質量均能達國內優等品水平。

3 有機熱載體爐系統設計的注意要點

（1）設計熱負荷。在熱負荷的設計上，注意要在有機熱載體爐和有效熱負荷之間留出一定的空間，這個空間跨度一般為10%～15%。

（2）設計溫度。有機熱載體爐的設計溫度是在《水管鍋爐元件強度計算》（GB9222）的相關規定下，以其使用溫度為基準而設計的。

（3）設計壓力。在設計機熱載體爐壓力的時候要注意，最好是高于最高工作壓力，并且大于安全閥開啟時產生的壓力。氣相爐的設計壓力標準達到平時工作壓力的1.2～1.5倍；液相爐的設計壓力應取1.05～1.2倍的壓力；液相爐的導熱油進出口壓力差宜大于0.15MPa（1.5kgf/cm2）。

（4）導熱油進出口的溫度。用熱設備所需被加熱物質的溫度決定了導熱油的溫度，導熱油的溫度必須要高于被加熱的物質溫度。加熱到一定熱量所需要的加熱面積與物質之間的溫度差是成反比的，溫度差越大，所需加熱面積越小；但是對于本身溫度較高還需要加熱的物質來說，必須讓導熱油的溫度足夠高或者超過導熱油的承受溫度。另外，溫度過高的話，會讓有些化工物料發生裂解或者焦化，所以要根據物質的性質，選擇適當的溫度差值。一般為導熱油在系統中的運行設計一個適宜的溫差，這個溫差應小于30℃。

（5）在設計導油管時，要加強對油管的耐熱性和油的流速的考核，因為為了避免導熱油被爐內烤焦，就要在采用熱油爐時采用管式爐。導熱油的流速高對傳熱效率有利，但流速太高會增加流動阻力、多消耗熱油泵的動力。為此，在設計導油管時要注重管內一定的速度，不能因受到局部產生過熱的溫度而焦化。這時候一般輻射段管的流速應該控制在2～4m/s，流段管的流速采用1.5～2.5m/s。與此同時，還應該注意到管內的熱油阻力和流動的暢通。

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

（7）排煙溫度。根據導熱油在運行中的工作溫度，排煙溫度和導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，有機熱載體爐尾部排出的較高溫度的熱量應設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。導熱油的管道的循環過程中，熱油泵占據關鍵位置，它的質量好壞也會關系到運輸過程能否正常的連續運行。所以說，油泵的選擇是至關重要的。此外，在選擇油泵的時候，主要應考慮其漏油與否，不漏油的最佳。

在設計油爐以及油管系統的時候，最好在用熱設備的附近安置熱油爐，這樣不僅可以減少輸送距離，更能節省時間，并降低了各個管道中產生的沿程阻力。此外，因為油的溫度太高，所以傳輸的時候應該在管道中設置伸縮器來做適當調節。

設計過程中，為了保證熱油爐的安全運作以及生產的連續性，最好是選擇兩臺熱油泵，一臺運行，另一臺留作

備用。

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

因此放置膨脹槽的時候一定要高于循環系統以上1～1.5m。為了避免系統或者運作期間出現不必要的問題，最好是在膨脹槽內安裝低液位報警；另外，膨脹槽的大小是依照爐子的性質為標準的。一般應該按照大于膨脹量3倍的標準來設置，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）]

式中：

V—在熱油溫度下所膨脹的體積，m3

V0—管道及設備所容納的油量，m3

β—熱油的膨脹系數

t進—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，主要用來存儲導熱油。如果運行中循環系統出現故障的話，可以將導熱油放入低位缸內，這時的容量是在工藝管道的設置基礎上設計的。一般按V0即管道及設備所容納的油量的1.3～1.5V0設計貯油缸的容積。

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

4 結語

如果在低壓力的環境下，制造出高的工作溫度，需要較高的技術。實現這種操作后可以實現穩定在各個等級負荷下，熱效率基本都能達到并保持在最佳狀態。

完備的裝置以及安全控制系統可以使運作更為方便、可靠。

快裝或組裝出廠，運輸方便，安裝周期短，投產見效快。結構緊湊，均可單獨布置，鍋爐房投資省。鍋爐先進的設計原料主要特性就是：高效保溫，爐墻在加熱和精確溫度調節的時候，發生散熱比較小，可以滿足運作過程中的各種要求。

參考文獻

[1] 鍋爐安全技術監察規程（TSG G0001-2012）[S].

[2] 有機熱載體爐（GB/T 17410-2008）[S].

[3] 工業鍋爐房實用設計手冊[M].北京：機械工業出

版社.

[4] 化工工藝設計手冊[M].北京：化學工業出版社.

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：鍋爐設計。