YYW—1800Y有机热载体炉的开发设计

摘要：YY（Q）W系列有机热载体炉，是以油（气）为燃料、导热油为载热体，利用循环油泵强制液相循环将热能输送给用热设备后，继而返回重新加热的特种工业炉。文章介绍了YYW-1800Y型有机热载体炉的开发过程以及该有机热载体炉的结构特点和设计要点。

关键词：YYW-1800Y；有机热载体炉；系统设计

中图分类号：TQ054 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0025-02

1 有机热载体炉基本参数及性能指标

1.1 基本参数

额定发热量：1800kW

额定工作压力：0.7MPa

出油温度：300℃

进油温度：270℃

冷空气温度：30℃

工作介质导热油YD325

1.2 设计燃料成分（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 主要技术性能指标

保证在额定介质参数下的额定发热量，且具有一定的超负荷能力：

热效率：90.7%

介质温差：30℃

噪音：<85dB

锅炉本体排烟温度：360℃

节能器排烟温度：165℃

2 有机热载体炉整体设计方案

（1）总体为盘管式结构布置，本体采用内外盘管串联结构形式，而国内大多采用的是并联结构形式。我们采用串联结构形式最大的优点是出油集箱油温稳定，而且内外盘管的管径可以采用同样的规格，减少管子的规格。内外盘管之间用Φ34×4钢管隔开，内盘管为Φ89×4钢管盘制，盘径为Φ1390，27圈；外盘管为Φ89×4钢管盘制，盘径为Φ1625，31圈。外盘管接回油集箱，内盘管接出油集箱。（2）燃烧器配用本公司自产的高效节能型燃烧器。（3）为了确保油气分离达标，应考虑好油气分离器结构。（4）根据《锅炉节能技术监督管理规程》的要求，锅炉尾部增加节能器降低排烟温度。（5）关键仪表、阀门应选用进口产品，确保主机和配套辅机的质量均能达国内优等品水平。

3 有机热载体炉系统设计的注意要点

（1）设计热负荷。在热负荷的设计上，注意要在有机热载体炉和有效热负荷之间留出一定的空间，这个空间跨度一般为10%～15%。

（2）设计温度。有机热载体炉的设计温度是在《水管锅炉元件强度计算》（GB9222）的相关规定下，以其使用温度为基准而设计的。

（3）设计压力。在设计机热载体炉压力的时候要注意，最好是高于最高工作压力，并且大于安全阀开启时产生的压力。气相炉的设计压力标准达到平时工作压力的1.2～1.5倍；液相炉的设计压力应取1.05～1.2倍的压力；液相炉的导热油进出口压力差宜大于0.15MPa（1.5kgf/cm2）。

（4）导热油进出口的温度。用热设备所需被加热物质的温度决定了导热油的温度，导热油的温度必须要高于被加热的物质温度。加热到一定热量所需要的加热面积与物质之间的温度差是成反比的，温度差越大，所需加热面积越小；但是对于本身温度较高还需要加热的物质来说，必须让导热油的温度足够高或者超过导热油的承受温度。另外，温度过高的话，会让有些化工物料发生裂解或者焦化，所以要根据物质的性质，选择适当的温度差值。一般为导热油在系统中的运行设计一个适宜的温差，这个温差应小于30℃。

（5）在设计导油管时，要加强对油管的耐热性和油的流速的考核，因为为了避免导热油被炉内烤焦，就要在采用热油炉时采用管式炉。导热油的流速高对传热效率有利，但流速太高会增加流动阻力、多消耗热油泵的动力。为此，在设计导油管时要注重管内一定的速度，不能因受到局部产生过热的温度而焦化。这时候一般辐射段管的流速应该控制在2～4m/s，流段管的流速采用1.5～2.5m/s。与此同时，还应该注意到管内的热油阻力和流动的畅通。

（6）炉管的平均热强度。为了保证整体运行中导热油的热度不会过大，并且炉管内的转热面积可以得到充分利用，所以设计要求炉管的平均热强度需要控制在一定的范围内。一般辐射段的炉管的平均热强度为0.084～0.167GJ/（m2h），对流段炉管平均热强度为0.033～0.047GJ/（m2h）。

（7）排烟温度。根据导热油在运行中的工作温度，排烟温度和导热油之间的差最好控制在80℃～120℃，排烟温度适宜在350℃～400℃，以使对流受热面不至于过大。为充分利用热能，有机热载体炉尾部排出的较高温度的热量应设置余热回收装置将其回收再利用，特别需要考虑的就是较大型的邮寄热载炉。

（8）热油泵。导热油的管道的循环过程中，热油泵占据关键位置，它的质量好坏也会关系到运输过程能否正常的连续运行。所以说，油泵的选择是至关重要的。此外，在选择油泵的时候，主要应考虑其漏油与否，不漏油的最佳。

在设计油炉以及油管系统的时候，最好在用热设备的附近安置热油炉，这样不仅可以减少输送距离，更能节省时间，并降低了各个管道中产生的沿程阻力。此外，因为油的温度太高，所以传输的时候应该在管道中设置伸缩器来做适当调节。

设计过程中，为了保证热油炉的安全运作以及生产的连续性，最好是选择两台热油泵，一台运行，另一台留作

备用。

（9）膨胀槽。膨胀槽又称高位缸，它在系统中有下列作用：作为高位缸可以补充压头；导热油加热后会膨胀，系统中导热膨胀后多余的油可在贮槽内；可贮存在系统中，起着补充导热油的作用；在新油装入系统后，在升温过程中起着排气作用；在往系统注油时，先注入高位缸，再自流出系统；在突然停电的情况下，膨胀槽的冷油用以置换加热炉内的热油。

因此放置膨胀槽的时候一定要高于循环系统以上1～1.5m。为了避免系统或者运作期间出现不必要的问题，最好是在膨胀槽内安装低液位报警；另外，膨胀槽的大小是依照炉子的性质为标准的。一般应该按照大于膨胀量3倍的标准来设置，并且要安置在贮油槽的正上方向。热油体积膨胀V为：

V=V0[1+β（t出-t进）]

式中：

V—在热油温度下所膨胀的体积，m3

V0—管道及设备所容纳的油量，m3

β—热油的膨胀系数

t进—工作条件下的油温度，℃

t出—热油工作温度，℃

（10）贮油槽。贮油槽又名低位缸，主要用来存储导热油。如果运行中循环系统出现故障的话，可以将导热油放入低位缸内，这时的容量是在工艺管道的设置基础上设计的。一般按V0即管道及设备所容纳的油量的1.3～1.5V0设计贮油缸的容积。

（11）所有紧靠在导热油管道的元件的材料一定不要出现有色金属和铸铁制造，法兰与阀门应用公称压力2.5MPa（2.5kgf/cm2）及以上的铸钢阀门，需要密封的元件应该采用耐高温、耐油的材料。使用联苯混合物型导热油，应用榫槽或凹凸面型法来连接。

4 结语

如果在低压力的环境下，制造出高的工作温度，需要较高的技术。实现这种操作后可以实现稳定在各个等级负荷下，热效率基本都能达到并保持在最佳状态。

完备的装置以及安全控制系统可以使运作更为方便、可靠。

快装或组装出厂，运输方便，安装周期短，投产见效快。结构紧凑，均可单独布置，锅炉房投资省。锅炉先进的设计原料主要特性就是：高效保温，炉墙在加热和精确温度调节的时候，发生散热比较小，可以满足运作过程中的各种要求。

参考文献

[1] 锅炉安全技术监察规程（TSG G0001-2012）[S].

[2] 有机热载体炉（GB/T 17410-2008）[S].

[3] 工业锅炉房实用设计手册[M].北京：机械工业出

版社.

[4] 化工工艺设计手册[M].北京：化学工业出版社.

作者简介：孟洪才（1976—），江苏盐城人，尚亿新型锅炉（江阴）有限公司工程师，研究方向：锅炉设计。