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1、第七章 换热设备 第一节 热源与加热方式 一、热源的种类与特点 加热的定义：使物质温度升高的操作，使物质分子运动动能增大的操作 加热方式：氧化反应-燃烧 电热转换，焦尔热光热转换，太阳能 摩擦生热能量转移，热泵，传热 加热作用：减少水分，干燥 抑制微生物，杀菌 生化作用，熟制 能源种类：固体燃料，煤，柴； 液体燃料，重油、煤油、柴油； 气体燃料，液化石油气、天然气； 电能； 太阳能。二、加热方式的种类、用途和经济性加热方式基本有三种：利用热源或燃烧燃料产生烟气，直接或间接对物料加热；利用热源产生的蒸汽，通过换热器，将空气、水或油等先进行预热，成为载热体（介质）再直接或间接对物料加热，前者主要是
2、介质与物料进行对流传热的过程，后者主要是介质再通过设备中的器件（管、壁等）对物料进行传导加热的过程；物体被加热产生电磁波，以辐射方式对物料加热。第二节 工业锅炉一、分类一、分类工业锅炉按其容量、结构、所用燃料和按照方式等进行分类。工业锅炉的类型见表72。二、技术和经济性的指标二、技术和经济性的指标 （一）蒸发量 蒸发量是指蒸汽锅炉每小时产生的额定蒸汽量。单位是“t/h”或“kg/h”。它表明锅炉容量的大小。热水锅炉每小时的产热量，称为发热量，单位是“kJ/h”。 （二）压力 蒸汽锅炉出汽口处的蒸汽额定压力（表压）或热水锅炉出水口的热水额定压力（表压）称为锅炉的工作压力（Pa）工程制单位是“kg
3、f/cm2”或“大气压”。 （三）温度 生产饱和蒸汽的锅炉只标明其工作压力，查表可得蒸汽的温度。生产过热蒸汽的锅炉或热水锅炉，必须标明蒸汽过热器出口处过热蒸汽的温度或热水出口处的水温。 （四）锅炉的效率 锅炉的效率是指锅炉用于生产蒸汽或热水的热量占所消耗燃料的全部热量的百分比。它是锅炉的最重要的经济指标。一般工业锅炉的效率为6080。 （五）煤水比 锅炉单位时间的耗煤量和所产生的蒸汽量之比，称为该锅炉的煤水比，它与锅炉的型式、燃煤品种和运行管理情况有关，一般为1：6l：15。 （六）金属消耗率 锅炉的金属消耗率是指制造锅炉耗用的金属重量与其额定蒸发量之比，工业锅炉的金属消耗率为26。三、结构、
4、工作过程与特点三、结构、工作过程与特点（一）立式弯水管锅炉（一）立式弯水管锅炉 由锅壳、炉胆、炉排、炉门、由锅壳、炉胆、炉排、炉门、水冷壁和对流耳管等组成。水冷壁和对流耳管等组成。 1 1结构结构 锅壳由钢板卷制焊接而成，用于安装锅炉锅壳由钢板卷制焊接而成，用于安装锅炉的部件。炉胆（炉膛）内布置有数根水冷壁，以增大炉的部件。炉胆（炉膛）内布置有数根水冷壁，以增大炉内的辐射受热面。锅壳外装有数根对流耳管，其上下两内的辐射受热面。锅壳外装有数根对流耳管，其上下两端都与锅壳壁相连接，构成了锅炉的对流受热面。炉膛端都与锅壳壁相连接，构成了锅炉的对流受热面。炉膛底部装有炉排。底部装有炉排。 2 2工作过
5、程工作过程 锅炉运行时，利用人工添煤，煤燃烧锅炉运行时，利用人工添煤，煤燃烧所生高温烟气首先向炉胆和水冷壁传热，继而从炉膛出所生高温烟气首先向炉胆和水冷壁传热，继而从炉膛出口流出，横向冲刷对流耳管，同时加热锅壳外壁。烟气口流出，横向冲刷对流耳管，同时加热锅壳外壁。烟气绕锅壳半圈后，经烟箱由烟囱排出。锅炉受热面将吸收绕锅壳半圈后，经烟箱由烟囱排出。锅炉受热面将吸收的热量传递给锅壳上部的炉水，使水加热产生蒸汽。的热量传递给锅壳上部的炉水，使水加热产生蒸汽。 3 3特点特点 这种锅炉的优点是蒸汽空间较大，运行较这种锅炉的优点是蒸汽空间较大，运行较稳定；辐射兼对流加热，热效率较高；除垢和清灰都比稳定；
6、辐射兼对流加热，热效率较高；除垢和清灰都比较方便；结构紧凑，安装、维修方便。其缺点是因辐射较方便；结构紧凑，安装、维修方便。其缺点是因辐射受热面太大，不宜用水分和灰分多的劣质煤；金属耗量受热面太大，不宜用水分和灰分多的劣质煤；金属耗量大。它是一种小容量锅炉，蒸发量为大。它是一种小容量锅炉，蒸发量为0.20.2、0.40.4、0.70.7和和l.0t/hl.0t/h。（二）卧式水、火管快装锅炉（二）卧式水、火管快装锅炉快装是指锅炉的全部组装工作，包括砌炉墙、做锅炉保温层等都在制造厂内快装是指锅炉的全部组装工作，包括砌炉墙、做锅炉保温层等都在制造厂内完成，使用单位接到这种锅炉后，能很快地安装使用。
7、完成，使用单位接到这种锅炉后，能很快地安装使用。 1 1结构结构 卧式快装锅炉由锅筒、前封头、前后管板、链条炉排、送风机、卧式快装锅炉由锅筒、前封头、前后管板、链条炉排、送风机、省煤器、烟管、水冷壁管、下降管、集水箱等部分组成。省煤器、烟管、水冷壁管、下降管、集水箱等部分组成。 2 2工作过程工作过程 燃料燃烧：煤由链条炉排燃料燃烧：煤由链条炉排1 1连续自动地将送入炉内燃烧，火焰首先加热炉筒连续自动地将送入炉内燃烧，火焰首先加热炉筒的前半部和二侧的水冷壁管，然后穿过一侧火管束的管内，至前烟箱的前半部和二侧的水冷壁管，然后穿过一侧火管束的管内，至前烟箱2 2再返再返回穿过另一侧火管束，最后经省
8、煤器回穿过另一侧火管束，最后经省煤器5 5由送风机由送风机7 7从烟囱排出。从烟囱排出。省煤器是装在烟道内的换燃，利用烟气余热来预热锅炉给水。省煤器是装在烟道内的换燃，利用烟气余热来预热锅炉给水。水循环：水由水泵加压，经省煤器预热后进人锅筒内，通过烟管加热，所生水循环：水由水泵加压，经省煤器预热后进人锅筒内，通过烟管加热，所生蒸汽由上部输出，水则由锅筒两侧下降到底部，热后再经下降管蒸汽由上部输出，水则由锅筒两侧下降到底部，热后再经下降管6 6流人下集流人下集水箱到水冷壁管，水、汽再上升到锅筒内，形成水的循环系统。水箱到水冷壁管，水、汽再上升到锅筒内，形成水的循环系统。 3 3特点特点 这种锅炉
9、的工作压力在这种锅炉的工作压力在1.3MPa1.3MPa以下，蒸发量为以下，蒸发量为0.50.54t/h 4t/h 。优点：锅炉热效率较高，可达优点：锅炉热效率较高，可达8080，体积小，安装简便，投资省，适于烧烟，体积小，安装简便，投资省，适于烧烟煤和贫煤。煤和贫煤。缺点：当负荷突然变大时，容易产生大量汽泡，使水、汽难以分离（称汽、缺点：当负荷突然变大时，容易产生大量汽泡，使水、汽难以分离（称汽、水共腾），火管容易结灰，维修不便。水共腾），火管容易结灰，维修不便。（三）双锅筒横置式水管锅炉（三）双锅筒横置式水管锅炉 1 1结构结构 它由上下锅筒、对流管束、水冷壁管、集水箱、它由上下锅筒、对流
10、管束、水冷壁管、集水箱、下降管、排污管、链条炉排、加煤斗、炉墙和前后拱等部分下降管、排污管、链条炉排、加煤斗、炉墙和前后拱等部分组成。辅助设备有省煤器，空气预热器，鼓风机，引风机，组成。辅助设备有省煤器，空气预热器，鼓风机，引风机，给水、除灰，除尘等装置。给水、除灰，除尘等装置。 2 2工作过程工作过程 燃料燃烧：燃料从加煤斗经炉排送入炉膛内燃烧，烟气从炉燃料燃烧：燃料从加煤斗经炉排送入炉膛内燃烧，烟气从炉膛上部的隔火墙进入对流管束后，再通过锅炉尾部烟道中的膛上部的隔火墙进入对流管束后，再通过锅炉尾部烟道中的省煤器和空气预热器，最后由引风机排人大气。省煤器和空气预热器，最后由引风机排人大气。
11、水的循环：锅筒中的水经对流管束下降到下锅筒，然后通过水的循环：锅筒中的水经对流管束下降到下锅筒，然后通过各个联接管，分别进入前、后、左、右的下集水箱，再从各各个联接管，分别进入前、后、左、右的下集水箱，再从各水冷壁管上升送人上锅筒；在上锅筒中所产生的蒸汽，经汽水冷壁管上升送人上锅筒；在上锅筒中所产生的蒸汽，经汽阀输出；另一个循环路线是流入下锅筒的水经前方上升管束，阀输出；另一个循环路线是流入下锅筒的水经前方上升管束，进入上锅筒。进入上锅筒。 3 3特点特点 这种设备的蒸发量为这种设备的蒸发量为6 65t/h5t/h以上，工作压力为以上，工作压力为1 13MPa3MPa。优点是结构紧凑、运行稳定
12、可靠、传热效果好，通。优点是结构紧凑、运行稳定可靠、传热效果好，通用化、系列化程度高。缺点是结构复杂，金属耗量大。用化、系列化程度高。缺点是结构复杂，金属耗量大。 四、选四、选 择择 （一）一般要求（一）一般要求 燃料品种一致；热负荷变化的适应性和压火性能较好；消烟除尘效果好，符合我国工业三废排放试行标准热效率高，燃料消耗少；操作管理方便。劳动强度小，自动化程度高。 （二）锅炉的类型、容量及台数（二）锅炉的类型、容量及台数 选择锅炉的类型和容量是根据锅炉房的最大设计容量、蒸发压力、燃料的种类及发展规模而定。参见表73。 锅炉房最大设计容量Qmax按下式计算： QmaxQ1Q2Q3Q4 （th）
13、 式中 Q1一全厂各车间小时最大耗汽量； Q2一全厂生活用汽小时最大耗汽量； Q3一锅炉房自用汽量，一般取58； Q4一管网损失一般取510。 （二）换热器（二）换热器 1 1结构与特点结构与特点 换热器又称散热器，是热风系统中的主要装换热器又称散热器，是热风系统中的主要装置。它由数个散热排管、疏水阀、球阀和管道组成。置。它由数个散热排管、疏水阀、球阀和管道组成。 图图7-57-5为加热蒸汽表压在为加热蒸汽表压在29.4kPa29.4kPa以上，两个散热排管组合的一种以上，两个散热排管组合的一种换热器配置。换热器配置。 图图7 76 6为为RSZRSZ型散热排管，由三排交错排列的螺旋翅片管束组
14、成，型散热排管，由三排交错排列的螺旋翅片管束组成，散热管用无缝钢管，管外绕钢带，然后进行热镀锌制成，散热排散热管用无缝钢管，管外绕钢带，然后进行热镀锌制成，散热排管上装有蒸汽进口和汽、水出口。管上装有蒸汽进口和汽、水出口。 换热器必须正确地安装，换热器必须正确地安装， 散热排管一般应直立水平安放，即蒸散热排管一般应直立水平安放，即蒸汽进口在上部，汽、水出口在下部，汽进口在上部，汽、水出口在下部， 在数个散热排管组合使用时，所有进在数个散热排管组合使用时，所有进汽管要并联连总蒸汽管道，不允许两个散汽管要并联连总蒸汽管道，不允许两个散热排管串联。热排管串联。 连接散热排管进、出口的管道尺寸应连接散
15、热排管进、出口的管道尺寸应相同，相同， 防止利用接管来支承换热器。防止利用接管来支承换热器。 进汽口前的蒸汽管道上可按需要安装进汽口前的蒸汽管道上可按需要安装压力表。压力表。二、烟气加热的空气预热设备二、烟气加热的空气预热设备 （一）管式热风炉（一）管式热风炉 图图7-7为多程管式换热器，综合传热系数为多程管式换热器，综合传热系数5063kJ（m2h）。优点是结构简单，）。优点是结构简单，容易制造，设备费低。缺点是换热器易漏气，使用寿命短，不易清灰。容易制造，设备费低。缺点是换热器易漏气，使用寿命短，不易清灰。 图图7-7为为LFS13型热风炉，发热量型热风炉，发热量 543MJ/h，送风量，
16、送风量 4000m3/h最高风温最高风温130，耗煤量耗煤量70Kg/h，热效率，热效率73。优点是热效率高，对燃料的适应性强，运行可靠，。优点是热效率高，对燃料的适应性强，运行可靠，占地面积小。缺点是风温不易控制。清灰较烦，金属耗量大。占地面积小。缺点是风温不易控制。清灰较烦，金属耗量大。 （二）无管式热风炉（二）无管式热风炉 无无管式热风炉又称套筒式热管式热风炉又称套筒式热风炉。风炉。 这种热风炉的特点是炉体这种热风炉的特点是炉体除冷风罩外，所有金属面除冷风罩外，所有金属面都参加热交换，换热面积都参加热交换，换热面积大；炉蕊内壁焊有散热片，大；炉蕊内壁焊有散热片，能够强化换热、降低炉壳能够强化换热、降低炉壳体温度、延长使用寿命；体温度、延长使用寿命；散热面多为垂直布置，减散热面多为垂直布置，减少积灰；安装简便。但金少积灰；安装简便。但金属耗量大、造价较高。属耗量大、造价较高。WR22A型无管热风炉型无管热风炉的发热量为的发热量为 920MJh，耗，耗煤量煤量74kgh，热效率为，热效率为60。第四节第四节 加热、冷却和杀菌设备加热、冷却和杀菌设备一、贮槽式换热器一、贮槽式换热器 中
