有机载热体_导热油_锅炉房设计简介

・研究与探讨・

有机载热体(导热油)锅炉房设计简介

陈　瑾

南京市建筑设计研究院

袁　进

中国汽车工业总公司南京设计研究院

〔摘要〕　通过实际工程,对有机载热体(导热油)锅炉房的设计作一些简单介绍,并结合实际情况,提出一些设计中应注意的问题。

〔关键词〕　有机载热体　导热油　锅炉房

一、引 言

汽车涂装烘干在汽车工艺中是很重要的一个环节。其烘干室的热风温度通常在150～180℃之间,以前常用的能源为饱和蒸汽和电。一般情况烘干室采用远红外电加热,而空调机组、前处理槽液升温采用蒸汽加热。近几年来,随着汽车工业的不断发展,涂装工艺水平的不断提高,要求烘干室温度达180℃,为了满足工艺要求,再采用以往的加热形式势必带来几个问题。工厂变配电间不能提供足够的电力负荷。另外,要达到烘烤漆需要的温度,锅炉房要提供240℃以上的饱和蒸汽,而工业锅炉运行的饱和蒸汽压力一般不高于1.57M Pa(饱和温度为200℃),难以满足烘干工艺要求。针对上述情况,本人在南通紫琅车辆厂的锅炉房设计中,首次采用了有机载热体(导热油)锅炉,下面就此类锅炉房的设计作一些简单的介绍。

二、有机载热体(导热油)

锅炉的特点及导热油的选择

有机载热体燃煤加热炉是以煤为燃料,以导热油为载热体,利用热油循环泵强制导热油液相循环,将热能输送给用热设备,继而又返回重新加热的直流式特种工业炉。其特点是工质为液相循环,运行压力较低,300℃时运行压力仅为0.57M Pa(表压),因此,整个系统的受压等级较低。

导热油增热技术是一项新技术,通常所用的导热油具有“高温低压”的特性。目前所使用的导热油可分为两大类,一类是合成型的导热油,它是以石油化工或化工产品为原料经有机合成制得,其特点是热稳定性好,使用温度范围宽,寿命长,可再生,但价格昂贵。另一类是矿物型导热油,它是以石油某段馏分为原料,经精炼加添加剂等工艺制得,与合成导热油相比,热稳定性较差,使用温度范围较窄,不能再生。但由于其来源丰富。生产工艺简单,价格较低。因此是目前使用最广泛的热媒。

导热油选择时首先要确定其最高使用温度T MAX,一般可按下式进行计算:

T MA X=T+T grad+Td

式中:T——工艺需要的最高使用温度(℃)

T gr ad——热交换所需的温度梯度

(℃)

T d——加热炉出口油温与导热油铭

牌最高使用温度的差值(℃)

由此可见,导热油的确定主要根据工艺要求。汽车涂装工艺需要的热风温度一般为180℃左右,Tg rad=60℃,T d=

・

6

・ 能源研究与利用 1999年第5期

40℃,则T MA X =280℃,因此本工程选用了最高使用温度为300的矿物型导热油。

三、锅炉房设计中应注意的问题有机载热体燃煤锅炉的燃煤系统可参照燃煤蒸汽锅炉设计,遵循《锅炉房设计规划》(GB50041-92)中燃烧设施及通风、除尘等条文,而规范中其他条款不适用导热油系统。由于有机载热体加热炉属于特种锅炉,国家目前尚没有站房设计规范,1994年5月1日执行的《有机载热体安全监察规程》(劳动部颁发)主要是针对炉体设计、制造、使用制定的。笔者根据本工程设计过程中遇到的问题,提出几点值得商榷的意见,供设计人员参考。单台有导热油炉的热力系统图如图1

。

图1　单台有导热油炉的热力系统示意图

1.管路计算及管道阻力损失(1)管径计算:

D n =1.13Q X

式中:D n ——管道内径,m

Q ——导热油容积流量,m 3

/s X ——管内流速,一般取2m /s (2)管道阻力损失:△2

式中:△P ——管道阻力,M

L ——管道长度,M

K ——沿程阻力系数N ——局部阻力系数2.热油循环泵及油过滤器

热油循环泵是导热油闭路强制循环的动力,它要有足够的流量和扬程,并且是密封性好,耐高温的油泵。目前与锅炉配套的是WRY 型热油循环泵,单级单吸悬臂式脚支撑,自然散热型结构,无需水冷却。但此泵扬程最高只有60m H 2O,加热炉内阻力一般为20m H 2O ,因此站房应设置在热用户附近,循环管路一般不超过300m ,导热油流速控制在2m/s 。另外,为了系统的阻力平衡,管路尽量采用并联同程式加旁路系统。

在热油循环泵入口处应装过滤器,用于滤除系统中机械杂质及悬浮在导热油中的碳粒和高聚合物,既可以保护循环泵,又可以防止这些聚合物或碳粒进入受热面,影响传热。过滤器的安装要考虑拆卸方便,以便定期清理。

3.低位贮油罐及高位膨胀槽

贮油罐主要功能是提供和回笼全系统需用的导热油,运行中给系统补充油及紧急情况下泄油。贮油罐应处于供热、用热系统最低位置,它与加热炉间距不少于5m 。其容量决定于系统存油量的大小及管线的长短,因此站房应尽量靠近用热点,以减少贮油罐容积。计算如下:

V c =1.3(G 1+G 2)　m

3

式中:G 1——加热炉内总油量,m 3

G2——系统存油量,m 3

膨胀槽主要功能是导热油因温度变化而产生体积膨胀时的补偿作用,及突然停

电时,用此槽内的冷导热油对加热炉内管中的热导热油进行置换,保护炉管及导热油。膨胀槽应在高于系统最高点1.5～2.其容积大小取决于系统总油量,计算如下:

・7・1999年第5期 能源研究与利用

V P=1.3V c B(T2-T1)　m3

式中:B——导热油体膨胀系数,

1/℃.一般B=6.64～7.12×

10-4

T2——导热油最高工作温

度,℃

T1——导热油启动前油温,℃另外,膨胀槽和膨胀管不得采取保温措施,以免导热油温度超过70℃,其目的是防止导热油高温氧化。

4.油气分离器

油气分离器用于分离及排除导热油中的不凝性气体,水蒸汽及低挥发组份。在温度变化时导热油通过油气分离器的缓冲作用来回于系统与膨胀槽之间,从而保证导热油在液态下能稳定运行。

5.管道及附件

管道一般采用无缝钢管焊接,以防止泄漏。必须采用法兰连接时,应采用榫槽式或平焊钢法兰,且公称压力不得低于1.6MPa。法兰垫片不得采用石棉制品,要求采用金属网缠绕石墨垫片或膨胀石墨复合垫片。管道附件不准采用铸铁和有色金属制造。一般采用铸钢材料。

6.关于消防

导热油属于丙类物品,锅炉房的布置必须符合《建筑设计防火规范》(GBJ16-87)、《锅炉房设计规范》(GB50041-92)及《有机载热体安全监察规程》(劳动部颁发)的有关规定。除有机载热体加热炉本身配置蒸汽灭火口外,站房内还应配置足够的油类及电气类的消防器材,不准用水作灭火剂。

另外,在本工程中我们还设置了独立的油泵间及油罐间,油罐间直接对外开门,油泵间采用防火门。

7.建议

本工程由于一些客观原因,未设计自控系统,全部采用手工操作。建议在今后的设计中适当考虑一下,如油位报警控制、紧急泄油等。

另外还应在锅炉外设置一泄油池,以便置换排油。

四、结束语

1.汽车涂装工艺水平的提高和我国现阶段电力供应的紧张状况使得有机载热体加热炉的应用越来越广泛。从本工程实际使用情况看,汽车烘烤漆采用燃煤导热油炉无论从能量利用还是从经济效益上都是可行的。当然,不是所有的烘干室都要使用导热油技术,温度要求不高时,宜选择饱和蒸汽锅炉。

2.在有机载热体(导热油)锅炉不断发展的同时,希望国家尽快制定出设计规范,使设计人员有章可循。在有关规范颁布前,我们应积极主动与当地劳动、消防等有关部门联系,充分协商,获得主管单位认可。

3.目前国内生产有机载热体加热炉的厂家有几十家,但真正上规模有一定设计、制造、安装调试能力的生产厂不多。而在运行中的有机载热体燃煤炉最大容量为12.5 GJ/h,对于汽车行业来说,稍具规模的汽车厂涂装车间一般都要用到两台6.7GJ/h 以上的加热炉,因此大容量的加热炉的研制与开发是加热炉生产厂所面临的任务。

4.导热油技术在化纤、印染等行业应用时间较长,已积累了一定的经验,而对汽车行业来说还很陌生,但却是一个发展方向。我们在设计使用过程中应不断总结,不断完善。

・

8

・ 能源研究与利用 1999年第5期