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摘要文章简要的叙述了热利用设备及其组成,热利用设备的节能省能的评价尺度,提高热发生部热效率的措施,防止热损失的种类和对策等,对于工场实际操作,可作为借鉴。
关键词发热量 热效率 空气比
中图分类号:TF7文献标识码:A
1 热利用设备
热利用设备品种有:(1)锅炉及其相关设备;(2)蒸汽原动机;(3)蒸汽输送、贮藏,排泄回收装置;(4)工业炉;(5)蒸馏装置;(6)蒸发、浓缩装置;(7)干燥装置;(8)加热装置;(9)热交换器;(10)干馏、气化装置;(11)冷冻、空气调和装置;(12)内燃机;(13)燃气透平;(14)热设备材料(炉材,保温材料)。
2 热利用设备的组成
热利用设备由热的发生部,热的传递部,热的利用部(包含加热物体)热的保温部等构成。
例如,图1中的均热炉是在炼铁厂、炼钢厂、和轧钢厂等为完成加工任务的设备。
在炼钢厂是把所要加工的热钢块一时贮备,进而均一加热。热的发生部由喷嘴燃烧器构成,设有热的传递部,热直接辐射及对流传给被加热物,周边的炉材相当于保温部。
图2是干燥设备的举例,热风炉为热的发生部,通风道是传递部,干燥炉为利用部。
图1均热炉简图图2干燥设备举例
3 热利用设备的节能
按照基本构成,其要点为:(1)在热的发生部,为提高热效率;(2)热传递部,减轻在保温部的损失;(3)减轻热利用部的利用量;(4)废热回收。
3.1 基本事项
(1)省能的评价尺度。作为评价尺度,采用热效率和燃料原单位。 热效率的定义为:
=×100%
作为供给热有下面两种情况,一是选取热勘定时的全部输入热,另一种是取燃料的燃烧热,随着被热物的全部或部分产生发热反应时,即把它计量为供给热。
有效热,是在被热物使其加热成为制成品的期间,没有化学变化或重量变化的情况下,在装置的出入口,被热物所保有热量差作为有效热。有化学变化或重量变化的场合,计算基准是各种各样的。
燃料原单位或能量单位,是用制品一单位供给的热量表示。
图3热流图举例 图4贯流锅炉的构造
(2)计量的必要性及测定值的记录和整理。无论何事,对策的第一步,是现状调查,在需要的地方,有关能量的量的测定是必要的。因此,我们必须弄清楚三个问题: 需要测量什么?要测定哪些地方?测量仪器校正好了吗?之后,我们才能开始测定,并对测定的数据进行详细的记录和整理,以备后用和核查。
(3)热勘定。所谓热勘定,也称为热的精细计算,或热平衡,是表明热利用设备中的输入热和输出热之间的关系。如图3那样制作成的锅炉热流图样。由于热损失或热效率,见图后便一目了然,所以对节能对策的研究,是非常有效的。
3.2 热发生部热效率的提高
热发生部由燃烧室和燃烧装置构成,图4是贯流锅炉的举例,贯流锅炉是水管可自由配置的一种小型锅炉,燃烧装置除固体燃料用的炉排以外,全为燃烧室。
为了改善燃烧室的燃烧效率,对锅炉可采取措施 :(1)减低空气比;(2)提高燃烧器的喷雾性;(3)加强改善燃烧器的火焰温度及稳定性。
燃料燃烧时的空气比m用下式表示:
m =
对于锅炉取1.1~1.3,工业炉取1.3~1.4是适当的,其节能效果如图5所示。
燃烧器燃料喷雾性的提高,直接关系到空气比的降低。也就是说燃烧器前端形状如图6所示,在出口若燃料和空气混合不适当,则燃烧就不好,使空气用量增加,燃烧器的火焰温度、稳定性、扩宽等等,依燃烧时要求的条件而各异。因此,首先设定所要求的条件,将满足设定条件下的最低标准的燃烧作为目标,可以达成某种程度的节能目的。例如既减少燃料,还可不降低火焰温度。
3.3 热传达部,保温部的热损失的减轻
这部分的热损失有炉壁和配管及通风道等,其材质和大小是问题的主因。表1是损失的形态和对策,图7是其模型,以下分别给予叙述。
(1)炉壁的绝热性。如图8所示:断面积A[㎡],厚t[m],比热为Cv[Kcal/m.c]热传导率为α[Kcal/m.h.℃],热传达为h[Kcal/㎡.h.℃]
内表面温度,外表面温度,周围温度分别用θ1[c0],θ2[c0],θ0[c0]表示。由热传导散发的热量为:
Q =
为了减小Q,其绝热材料的热传导率要用小,表面积A作小, θ1 -θ2 的数值,用来表示绝热性的大致基准,作为绝热材,有陶瓷硬化纸板,硅酸钙绝热材料,喷镀石棉等被广泛应用。据有关报道:用下式算出的数值若在5~10以上,θ2 -θ0>400C的场合,热效率可达70%~80%
(2)构造物或搬运台车的蓄热量。热被吸入材料后所持有的温度必将上升到周边构造物持有的温度,储蓄于它们中的热量是损失,其大小为:
Q=CV Vθ (Kcal)
式中V是体积,因此,耐火物的比热要小,体积要小(或重量要小)。与装入量相比,炉子过大则适得其反,不能省能。
3.4 在热的利用部利用热的减轻
减轻利用热的对策有:(1)降低加热温度;(2)使加热的气体很好流通(材料配置上想办法);(3)加热曲线图的变更;(4)连续运转(减少加热、冷却的反复操作)。
作为程序首先是加热条件(温度、流量、压力),然后再研究其能否达到的节能水平,其次再来看看加热曲线不同所产生的变化。有某一事例,如图9所示由于加热曲线的变化,使用燃料则大幅降低。
图7热损失的形态
图8热的传导图9加热曲线的变更使燃料节约的事例
连续运转化是最好的状态,在连续运转下,加热、冷却反复操作,在冷却时有热损失散发,加热时必须补充该部分的热量,造成二重损失。根据工程的评价,应尽可能接近连续运转 。
例如在陶瓷工场,不连续窑消费的燃料是连续窑的2~3倍之多,这是值得重视的。
关键词发热量 热效率 空气比
中图分类号:TF7文献标识码:A
1 热利用设备
热利用设备品种有:(1)锅炉及其相关设备;(2)蒸汽原动机;(3)蒸汽输送、贮藏,排泄回收装置;(4)工业炉;(5)蒸馏装置;(6)蒸发、浓缩装置;(7)干燥装置;(8)加热装置;(9)热交换器;(10)干馏、气化装置;(11)冷冻、空气调和装置;(12)内燃机;(13)燃气透平;(14)热设备材料(炉材,保温材料)。
2 热利用设备的组成
热利用设备由热的发生部,热的传递部,热的利用部(包含加热物体)热的保温部等构成。
例如,图1中的均热炉是在炼铁厂、炼钢厂、和轧钢厂等为完成加工任务的设备。
在炼钢厂是把所要加工的热钢块一时贮备,进而均一加热。热的发生部由喷嘴燃烧器构成,设有热的传递部,热直接辐射及对流传给被加热物,周边的炉材相当于保温部。
图2是干燥设备的举例,热风炉为热的发生部,通风道是传递部,干燥炉为利用部。
图1均热炉简图图2干燥设备举例
3 热利用设备的节能
按照基本构成,其要点为:(1)在热的发生部,为提高热效率;(2)热传递部,减轻在保温部的损失;(3)减轻热利用部的利用量;(4)废热回收。
3.1 基本事项
(1)省能的评价尺度。作为评价尺度,采用热效率和燃料原单位。 热效率的定义为:
=×100%
作为供给热有下面两种情况,一是选取热勘定时的全部输入热,另一种是取燃料的燃烧热,随着被热物的全部或部分产生发热反应时,即把它计量为供给热。
有效热,是在被热物使其加热成为制成品的期间,没有化学变化或重量变化的情况下,在装置的出入口,被热物所保有热量差作为有效热。有化学变化或重量变化的场合,计算基准是各种各样的。
燃料原单位或能量单位,是用制品一单位供给的热量表示。
图3热流图举例 图4贯流锅炉的构造
(2)计量的必要性及测定值的记录和整理。无论何事,对策的第一步,是现状调查,在需要的地方,有关能量的量的测定是必要的。因此,我们必须弄清楚三个问题: 需要测量什么?要测定哪些地方?测量仪器校正好了吗?之后,我们才能开始测定,并对测定的数据进行详细的记录和整理,以备后用和核查。
(3)热勘定。所谓热勘定,也称为热的精细计算,或热平衡,是表明热利用设备中的输入热和输出热之间的关系。如图3那样制作成的锅炉热流图样。由于热损失或热效率,见图后便一目了然,所以对节能对策的研究,是非常有效的。
3.2 热发生部热效率的提高
热发生部由燃烧室和燃烧装置构成,图4是贯流锅炉的举例,贯流锅炉是水管可自由配置的一种小型锅炉,燃烧装置除固体燃料用的炉排以外,全为燃烧室。
为了改善燃烧室的燃烧效率,对锅炉可采取措施 :(1)减低空气比;(2)提高燃烧器的喷雾性;(3)加强改善燃烧器的火焰温度及稳定性。
燃料燃烧时的空气比m用下式表示:
m =
对于锅炉取1.1~1.3,工业炉取1.3~1.4是适当的,其节能效果如图5所示。
燃烧器燃料喷雾性的提高,直接关系到空气比的降低。也就是说燃烧器前端形状如图6所示,在出口若燃料和空气混合不适当,则燃烧就不好,使空气用量增加,燃烧器的火焰温度、稳定性、扩宽等等,依燃烧时要求的条件而各异。因此,首先设定所要求的条件,将满足设定条件下的最低标准的燃烧作为目标,可以达成某种程度的节能目的。例如既减少燃料,还可不降低火焰温度。
3.3 热传达部,保温部的热损失的减轻
这部分的热损失有炉壁和配管及通风道等,其材质和大小是问题的主因。表1是损失的形态和对策,图7是其模型,以下分别给予叙述。
(1)炉壁的绝热性。如图8所示:断面积A[㎡],厚t[m],比热为Cv[Kcal/m.c]热传导率为α[Kcal/m.h.℃],热传达为h[Kcal/㎡.h.℃]
内表面温度,外表面温度,周围温度分别用θ1[c0],θ2[c0],θ0[c0]表示。由热传导散发的热量为:
Q =
为了减小Q,其绝热材料的热传导率要用小,表面积A作小, θ1 -θ2 的数值,用来表示绝热性的大致基准,作为绝热材,有陶瓷硬化纸板,硅酸钙绝热材料,喷镀石棉等被广泛应用。据有关报道:用下式算出的数值若在5~10以上,θ2 -θ0>400C的场合,热效率可达70%~80%
(2)构造物或搬运台车的蓄热量。热被吸入材料后所持有的温度必将上升到周边构造物持有的温度,储蓄于它们中的热量是损失,其大小为:
Q=CV Vθ (Kcal)
式中V是体积,因此,耐火物的比热要小,体积要小(或重量要小)。与装入量相比,炉子过大则适得其反,不能省能。
3.4 在热的利用部利用热的减轻
减轻利用热的对策有:(1)降低加热温度;(2)使加热的气体很好流通(材料配置上想办法);(3)加热曲线图的变更;(4)连续运转(减少加热、冷却的反复操作)。
作为程序首先是加热条件(温度、流量、压力),然后再研究其能否达到的节能水平,其次再来看看加热曲线不同所产生的变化。有某一事例,如图9所示由于加热曲线的变化,使用燃料则大幅降低。
图7热损失的形态
图8热的传导图9加热曲线的变更使燃料节约的事例
连续运转化是最好的状态,在连续运转下,加热、冷却反复操作,在冷却时有热损失散发,加热时必须补充该部分的热量,造成二重损失。根据工程的评价,应尽可能接近连续运转 。
例如在陶瓷工场,不连续窑消费的燃料是连续窑的2~3倍之多,这是值得重视的。