2010/10/16 15:16:49
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内容摘要:特种工质锅炉
特种工质锅炉是指其中的工质不是常用的水,而是其他流体的锅炉。作为热载体,饱和蒸汽在200℃以下时完全能满足要求,但在更高温度下应用蒸汽时,则要受到它在工业锅炉中生产困难的限制,因为随着温度的提高,饱和蒸汽压力急剧升高。如将气温从250℃升高到300℃,饱和蒸汽的压力要从4MPa升高到9MPa,即从中压升到高压。如要使用过热蒸汽,则需采用过热器,使锅炉的设备及运行复杂化,并使耗资增大。但是,工业上有少物理和化学过程,如蒸馏、蒸发、熔碱、聚合等都是在200℃以上进行的,因此采用更高温度而无需很高压力的热载体以提高加热温度就具有很大的工程经济意义。高温热载体除了“高温低压”以外,还必须有足够的热稳定性、高的比热容及蒸发潜热,以便在保持规定温度下操作时有良好的热交换工况、灵敏的温度调节以及对受热体的均匀加热。另外,热载体应没有燃烧和爆炸的危险,还必须易于掌握及价廉易得。可在锅炉中使用的高温热载体有水银、矿物油及高温有机热载体等。
水银作为热载体有很多优点,尤其是有良好的热稳定性及很低的饱和蒸汽压力(400℃时只不过为0.2 MPa)。但是水银蒸汽有毒,故需要在真空内或在完全气密的设备内操作;水银和金属的润湿性不良,有碍于热交换;液体水银容重大,价格昂贵,且不易掌握。
图4-16所示的为采用汞气与水蒸气两气联合循环电站的热力系统。在这种电站中,高温段采用汞气循环,而低温段则采用水蒸气循环。从4-16中可见,汞由给汞泵送入汞气锅炉的锅筒中,然后流入汞气锅炉的受热面受热蒸发。汞的气液混合物从受热面流回锅筒后即进行气液分离,汞气从锅筒流往汞气轮机,推动后者做功并带动发动机发电。汞气从汞气轮机排出后,进入凝结蒸发器中凝结,并将潜热传给水,使之升温蒸发。凝结后的汞被给汞泵重新送回汞气锅炉的锅筒,而产生的水蒸气则流经蒸汽过热器后成为过热蒸汽。过热蒸汽被送往蒸汽轮机膨胀做功,并使发动机旋转发电。蒸汽从蒸汽轮机排出后进入蒸汽凝结器中凝结,凝结水则被给水泵送入凝结蒸发器蒸发。此处由于汞在低压时具有较高的饱和温度,这样与中压的水蒸气组成两气联合循环就能得到较高的热力循环效率。在两气联合循环中通常汞气锅炉的压力为1.0 MPa左右,水蒸气压力为2.94~3.92MPa,汞气轮机的排气绝对压力为0.012MPa,蒸汽轮机的排汽绝对压力为0.0039MPa。
矿物油作为热载体,其加热温度受到它的热稳定性的限制,只能在单相液态下工作,因此在工业条件下用油加热很少超出250~300℃。它的传热系数不大,一般不超过
580W/(m³·K)。在用油加热时,因热交换强度不高、可容许的温度范围较窄,因此热交换设备的效率较低,温度控制较难。同时,因油对过热现象异常敏感,而在工业条件下又常会发生这种过热现象,因此,必须使油在系统中不断循环。循环泵短时期的停止,就能引起热载体的过热和分离。另外,油作为热载体还有一些其他的缺点;在长期操作后矿物油的黏度将急剧上升;生成的胶质将玷污热交换表面;在开始操作时,由于油中有水分,因而时常会发生油的激动;设备启动的时间较长,为了加速启动,油管必须装有蒸汽套等。尽管如此,由于油能高温低压,并且价廉易得,而上述问题又非难以解决,因此仍受到了重视。特别是油的成分、品质和性能不断得到改善和提高,近年来一种被称为导热油的热载体获得了越来越广泛的应用。导热油锅炉在中国较早出现在纺织印染行业,它具有温度高(约300℃)、热量稳定、温度波动小(进出口温差仅15~20℃)等优点,可提高纺织品热定型的质量。现已在交通运输(沥青加热)、粮食及木材加工(烘干)、轻工机械(如油漆烘干)、食品(焙烤)等多种工业领域中应用。因导热油在锅炉中始终保持单向(液态)运行,故一般采用强制循环,其受热面机构与小型直流锅炉相仿。但因锅炉容量较小、压力较低,因而也有其特点:紧凑、轻便,广泛采用螺旋管作受热面,并采用圆筒形外形。图4-17所示为一种导热油锅炉。这种导热油锅炉容量较大,为减小外形尺寸,将炉膛及对流受热面分成两个筒体。此时前筒体作为炉膛,只布置辐射受热面,与炉排配合采用较大的螺旋管(盘管)直径:后筒体为多管圈式套置对流受热面。
高温有机热载体能在200~400℃之间有效工作。可作为高温热载体使用的高沸点有机化合物有联苯、联苯醚、萘,上述物质的二成分或三成分的共熔混合物,甘油、含硅有机化合物等。采用共熔混合物的目的是为了降低其熔点。在上述物质中应用最广的是联苯及联苯醚的低共熔混合物,简称为联苯混合物。这种联苯混合物在常压下的沸点为258℃,凝固点为12.3℃,临界温度为528℃,临界压力为4MPa。联苯混合物是无色液体,有刺鼻的特殊臭味,不溶于水,凝固时其体积缩小,形成了均匀的低共熔结晶,带有黄白色。如果是用工业原料制造联苯混合物,则其成品有淡棕色,沸腾时很快转变成棕色。联苯混合物的蒸发是恒沸进行的,即液体及所形成蒸汽的成分是同一的。因此在蒸发时,液体的某一成分不会发生浓缩以至改变了性质。联苯混合物的饱和蒸汽压力,在前述温度范围内只及水饱和蒸汽压力的1/60~1/30。
作为高温热载体,联苯混合物也具有其他相应的优良的物理和热力学性质。
联苯混合物锅炉简称联苯锅炉,其结构与低压水蒸汽锅炉基本上相同,主要为立式水管锅炉
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