熱載體供熱系統

        有機熱載體供熱系統可分為燃料燃燒給熱和電熱兩大類。在煤作為燃料的條件下，20萬kcal/h可以作為選擇燃料燃燒給熱和電加熱分界線。原因在于小型燃煤裝置既復雜而熱效率又低，不如電加熱簡單系統占地小，投資方面電加熱熱載體供熱系統占有明顯優勢。如果采用燃料油和燃氣，小型熱載體供熱系統也有選擇余地。 燃煤熱載體供熱系統是我國熱載體爐主體，許多大型熱載體爐都是以煤作為燃料，它們有許多種類。按燃燒設備分類有手燒固定爐排、鏈條爐排、往復爐排和拋煤機爐排；按形狀和結構劃分為有圓筒爐和箱式爐，有臥式和立式；就燃料劃分有燃煤熱載體爐、燃油熱載體爐和燃氣熱載體爐。

1 供熱方式

供熱方式可以分為煤、油、氣燃燒直接供熱、電直接供熱和熱媒間接供熱兩種方式。從加熱溫度水平分析，500℃是直接加熱和間接加熱分界線。

1.1 直接供熱

如果工藝物料要求加熱到500℃以上，按目前的科技水平通常只能采取直接加熱方式。例如：金屬熱處理和化學處理，工作溫度為500℃～1200℃；乙烯裂解原料氣加熱到800℃；合成氨物料加熱溫度 750℃～850℃，都是在各種工業爐中完成加熱過程。這些工業爐都是通過燃料在爐膛內燃燒產生火焰和煙道氣，再經過輻射，對流和傳導三種傳熱方式將熱量傳遞給物料或物體，完成供熱任務。各種電阻爐可以使箱內物料加熱到950℃，也是直接加熱選擇方案，熱源是工業電。

1.2 間接供熱

在間接供熱系統設計中，會涉及到三種工作溫度。首先，熱載體要通過煤、油、氣等燃料和電熱的直接加熱，因此，直接加熱爐膛和爐管加熱介質工作溫度為T₁；熱載體工作溫度為T₂；被加熱物料、物體和空間溫度為T₃。T₁ →T₂→ T₃，三者間存在傳熱過程，因此必需有一定的溫差。燃料燃燒火焰和煙氣溫度T₁>> T₂，這二者是不存在問題。我們關心的T₂和T₃，在工業供熱設計中T₂-T₃=20℃～50℃，當被加熱物料要求達到300℃時，一般油就不在選擇范圍之內。選擇用燃料或電熱直接加熱方式仍為首先考慮的方案。

至于500℃以下工藝過程，存在直接加熱和間接加熱兩種方式。為了說明問題，我們先來介紹一下常用熱載體的工作溫度：

水蒸氣    ≤200℃（此時水蒸氣飽和蒸汽壓在15Mpa左右）

礦物油    ≤300℃

合成熱媒  ≤350℃

熔鹽      ≤500℃

    這里我們僅僅為了說明熱載體工作溫度范圍，實際上，水蒸氣常用工作溫度在170℃甚至150℃以下；品質比較好的礦物油其工作溫度有的可達到320℃；熔鹽理論工作溫度為 530℃；合成熱媒是指用化學方法合成并配制的有機化合物的混合物，俗稱合成導熱油。如：聯苯—聯苯醚、二芐基甲苯、氫化三聯苯等。聯苯—聯苯醚氣相工作溫度可達到400℃。

2 供熱裝置

2.1 熱油爐

有機熱載體爐由以下部分組成：

（1）燃料燃燒裝置

以燃煤爐為例，燃料燃燒裝置包括上煤設施，爐排—燃燒區，煙道及煙囪，出渣設施。爐排和煙道是熱載體加熱的空間。爐排是煤燃燒裝置的核心部件，爐排有各種型式，其中鏈條爐排是具有代表性的燃燒方式，熱效率比較高。

燃油和燃氣爐，燃燒裝置相對比較簡單。主要部件是燒嘴或稱油、氣燃燒器。在1995年之前，國產燃燒器技術上成熟的很少，熱載體爐生產企業大多用進口設備配套。  

（2）熱載體受熱裝置

有機熱載體受熱裝置是由無縫鋼管彎制管束群，對于圓筒型熱載體爐，爐管是圓柱形同軸2～3組管束，中間是爐膛，夾層是煙氣通道。爐管內走熱載體，爐管壁是傳熱區，即為設計的傳熱面積。熱載體爐供熱量和爐管傳熱面積成正比。一臺100萬kcal/h熱載體爐其爐管傳熱面積在100ｍ2左右，爐管管束重3～3.5噸。爐管內直徑φ100～φ150。

（3）熱載體輸送裝置

熱載體在爐管內流動，流動要有動力驅動，每一臺熱載體爐都要設置兩臺熱油泵。熱載體在爐管內受燃燒燃料產生火焰和煙氣的輻射、對流傳熱，很容易產生局部過熱甚至在爐管內表面形成結碳，因此GB/T 17410-2008《有機熱載體爐》規定爐管內熱載體流速不低于2m/s,以較大流動速度控制熱載體流動邊界層厚度，減少形成結碳可能性。流體流速愈大壓降愈大，因此對熱油泵的性能提出一定要求。選擇熱油泵時要滿足系統對流量和揚程的要求。

上述部分再加上管路，控制閥門、儀表等組成熱載體加熱爐成套裝置。熱載體爐運行成本中最主要的部分是燃料價格，用于熱載體的燃料有煤、重油、柴油、天然氣、液化石油氣。為了便于比較我們還列入電加熱熱載體供熱裝置。我們選擇華東地區某市燃料、電市場價格作為基礎，以燃料低熱值進行比較，如果以煤熱值單價為1，其他燃料分別為重油2.5；天然氣2.5；液化石油氣4.0；柴油7.2；電熱10。全國各地情況千差萬別，煤礦附近煤熱值單價還要低一些，水電站鄰近，電熱單價要低的多，在選用熱載體爐時都可進行燃料成本比較。以本文數據顯示，燃煤爐從經濟角度為首選，其次為重油爐或天然氣爐，而采用電加熱是不得已而為之。由于環境保護原因，許多地方限制使用燃煤爐，我們退而求之，可選擇重油爐。      

2.2 電加熱器

電熱供熱系統是應用極其廣泛的供熱裝置，尤其是熱負荷比較小的場合，工業生產熱負荷小于20萬Kal/h的供熱設計，首選的方式是電熱供熱系統。如制藥、表面活性劑、香精香料、食品添加劑、染料等精細化工生產中到處可以見到電加熱反應釜。這是最簡單的電熱供熱系統，有的則采用遠紅外塊式電加熱元件直接對反應釜內物料加熱，但更多的是帶夾套，電熱棒加熱夾套內的熱載體，隨后對反應釜內物料供熱。食品加工這幾年涌現出許多電熱烘箱，用來制作蛋糕、餅干及許多食品。

電熱供熱系統還有一個顯著的優勢，就是系統的供熱負荷，溫度，調節方便、加熱均勻，或者說可以對系統進行精密調控。這一特點對于許多高危生產場合是具有吸引力的。這幾年許多大容量電熱供熱系統紛紛登場，這些系統的額定功率已經超過3000Kw。我們將采用電熱元件加熱熱載體隨后外循環輸出熱量的系統稱為熱載體電加熱器。