书城工业脱水蔬菜加工技术与设备
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第15章 干燥供热设备

干燥供热设备主要为热风炉,其可根据燃料、燃烧方式和加热方式来分类。根据燃料类型,可分为固体燃料热风炉、液体燃料热风炉、气体燃料热风炉;根据燃料或热源的不同,可分为燃生物质材料热风炉、燃气热风炉、燃煤热风炉、燃油热风炉、电加热器和太阳能集热器等;根据加热形式分类,主要有直接烟道气式热风炉和间接换热式热风炉。间接换热式热风炉根据热载体的不同可分为导热油加热炉、蒸汽热风炉、烟气热风炉等。根据换热器形式的不同,可分为无管式热风炉、列管式热风炉、热管式热风炉等。

目前,脱水蔬菜常用的供热设备主要有无管式热风炉、列管式热风炉、热管式热风炉、蒸汽换热器、导热油加热式热风炉。下面主要从工作原理和结构两方面分别对其典型设备简要介绍。

一、无管式热风炉

典型的无管式热风炉包括无管立式、无管卧式和燃油无管热风炉三种形式,下面介绍无管立式热风炉。

无管式立式热风炉的换热装置在炉膛的正上方,呈直立状态。换热器形式主要有套筒式和螺旋板式。套筒式的基本结构。炉箅上的煤在炉膛内燃烧,烟气上升通过烟气通道,向下从排烟口排出。空气从进气口进入外层空气通道,向下进入内层空气通道,向上从热风出口排出。空气和烟气通过炉壁进行间接换热,可得到无污染的热空气。

无管立式热风炉的形式很多,常见的有以下六种:SKGRL型高效节能热风炉、JGL系列燃煤间接加热热风炉、HRF系列热风炉、LRF系列新型高效热风炉、JRF型系列套筒式热风炉和螺旋板式燃煤间接加热热风炉。

二、列管式热风炉

列管式热风炉由炉膛、列管式换热器、烟道、烟囱等组成。

列管式热风炉可分为以下几种类型:根据热风炉放置形式,可分为立式和卧式;根据热风炉与换热器的配置形式,可分为分体式和整体式。

典型的列管式热风炉包括立式、卧式、分体式三种形式。下面介绍列管立式热风炉。

典型的列管立式热风炉包括LJ系列多级式燃煤热风炉、SFMRL系列热风炉、JL型立管式热风炉三种形式。

三、热管式热风炉

热管是一种具有极高导热性能的传热元件。它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与冷凝来传递热量,具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可以任意改变、可以远距离传热以及可控温度等一系列优点。热管结构简单,无运动部件,操作无噪声,重量轻,工作可靠,寿命长。

热管的尺寸、形状可以多样化,虽然热管的外形一般为圆柱形,但也可以根据需要制成各种各样的形状;也可把热管制成整体构件的一部分;单向传热的热管可以当作热流阀使用。

热管式热风炉是将热风炉产生的热量供给热管换热器,再由热管换热器直接供给被加热装置的供热设备。下面重点介绍燃煤热管式热风炉。

由于炉膛烟气温度一般可达1300℃左右,这样高温的烟气具有很强的辐射能力,如直接进入热管换热器,即使采用高温耐热管,并通过调节冷热端的长度和翘片间距等手段来降低冷端的换热热阻,烟气进口前几排的热管仍有可能因管壁温度过高而产生氧化、热变形、裂纹,使管子开裂泄漏或由于内部的工质压力过高,而产生超压爆管事故。采用烟气再循环系统,把排除炉外的烟气通过循环风机加压后送到炉子的中前部与高温烟气均匀混合后,再进入热管换热器,不仅可使热管的工作可靠性、安全性大大提高,确保热管热风炉的正常运行,而且不会降低炉子的热效率。

这种燃煤热管热风炉的热管换热器中各个热管元件是独立工作的,即使某根热管因磨损、氧化、腐蚀、热变形等原因而穿透,仅仅是该根热管失效,而不至于烟气贯通;而且即使数根热管失效,对整个热风炉额定工作性能的影响并不太大。可保证热空气与烟气互不掺混,这对食品加工、医药纺织、印染等行业尤为重要。

热管换热器具有独特的结构,每根热管采用弹簧压紧或拉紧固定方式,既保证中间管板的气密性,又能使热管在温度较大时自由膨胀,不致引起热管和隔板的弯曲变形;同时采用烟气再循环系统,使进口烟温大大降低,热膨胀量进一步下降,从而较好地解决了受热面积的热膨胀问题。同时热管换热器采用纯逆流布置,可提高传热平均温差、减少传热面积、提高空气的出口温度。

通过调节冷热端的长度和翘片间距来改变冷热端的传热热阻,可以提高尾部热管端管壁的壁温,降低尾部受热面的低温腐蚀,使排烟温度降得更低,可达150℃~160℃,从而使热风炉的热效率达75%~80%。四、蒸汽换热器蒸汽加热式热风炉主要由锅炉系统和热交换系统两大部分组成。锅炉系统主要由锅炉和辅助部件组成。热交换系统主要由换热器(散热排管)、风机、空气过滤器和管道等部件组成。工作时,锅炉产生的蒸汽进入换热器,通过管壁与空气进行热交换,蒸汽冷凝放热后变为冷凝水排出,空气被加热后变成热风,送入用热设备。下面主要介绍蒸汽换热器的结构与性能。

用蒸汽加热空气时,作为载热体的蒸汽,压力一般不超过0.8兆帕,热空气的温度一般在160℃以下。由于空气的供热系数较低,另一侧介质的供热系数较高(尤其是采用饱和水蒸气作加热介质时,其差值可达2个数量级之多),因而通常在换热管上加装翘片以提高整体的传热系数。

换热器一般采用散热排管,它是由多块散热排管组成的换热器。排管用紫铜或钢管制成,管外套以增加传热效果的翘片,翘片与管子有良好的接触。安装时,应使空气从翘片的深处穿过,故翘片管不宜使管轴垂直于地面安装。蒸汽从管内通过,被加热空气在管外翘片间流过。

由于金属材质及翘片结构形式不同,翘片式换热器有各种形式。绕片式:钢制CL型和SRZ型,铜制S型和U型;挤压式:钢铝复合SRL型、KL型和FUL型;浮头式油散热器;串片式、TLS型铜铝串片式等热交换器。常用换热器的性能、适用范围。

常用翘片换热器包括S型散热排管、SRZ型散热排管、SRL型散热排管和金属轧片式翘片加热管四种类型。下面重点介绍SRZ型散热排管。

SRZ型散热排管适用于蒸汽或热水。蒸汽工作压力位0.03~0.8兆帕,热水温度可在70℃~130℃。其均采用21毫米×2毫米无缝钢管绕制上16毫米×0.5毫米的钢带而成,呈螺旋状,绕制完毕后进行热镀锌。散热管与散热翘片接触面大且紧,传热性能良好,稳定并且耐腐蚀。蒸汽或热水流经钢管管内,热量通过紧绕在钢管上的翘片传给经过片间的空气,达到加热空气的作用。

SRZ型散热器根据放热能力的大小,分为大(D)、中(Z)、小(X)三种类型,其中螺距t分别为:D(t=5毫米)、Z(t=6毫米)、X(t=8毫米)。

五、导热油加热式热风炉

(一)系统构成

导热油加热式热风炉主要由导热油循环系统、燃烧系统、电器控制系统三大部分组成。导热油循环系统由油管、膨胀槽、储油槽、热油循环泵、注油泵、油过滤器、油气分离器等组成。燃烧系统由鼓风机、引风机、除尘器、调速箱、上煤机、出渣机、空气预热器等组成。电器控制系统由电器控制柜及其检测、显示、控制仪表等组成。

安装在燃烧系统的炉膛内或烟道中且加工成一定形状的导热油管和燃烧系统共同构成导热油加热炉组件。加装翘片后的导热油管形成导热油与空气的热交换器,与风机、空气过滤器和风管等共同构成热交换器组件。导热油热交换器与蒸汽热交换器类似,可参考蒸汽热交换器进行计算和设计。换热器已标准化,以导热导热油为媒介的散热器主要有GLⅡ型和FUL型,可根据需要选用。

导热油加热式热风炉的工作原理为:加热炉将管道内的导热油加热,导热油通过循环系统进入换热器,将空气加热,产生干热空气,供给用热设备。

导热油加热式热风炉与蒸汽加热式热风炉相比具有以下优点。

①最大优点是能在较低的工作压力下,使用热设备获得较高的工艺温度。如热媒采用导热油时,压力为0.3~1.0兆帕,温度为50℃~400℃;而采用蒸汽加热时,蒸汽压力为4.0兆帕,温度为240℃~260℃。

②热效率高。一般有机热载体的热效率为70%~80%,最高的可达90%,而蒸汽锅炉的热效率只有30%~40%。

③油温稳定。可以获得理想的工艺温度,而且温差变化极小,对提高产品质量起很大作用。

④节省了水处理设备、人员及药品等费用,并节约了大量锅炉用水,尤其是在缺水地区显得更为突出。

⑤安全可靠。由于导热油加热系统的工作压力低,减少了跑、冒、滴、漏现象。

(二)导热炉加热炉

导热油加热炉是导热油加热式热风炉的核心部件。导热油加热炉也称作有机热载体加热炉,也有称热油炉或导热油锅炉。

导热油加热炉的主要受压部件是加热盘管,加热盘管一般由2~3层不同直径的盘管组成,每层盘管由一头或多头管子同时弯曲成螺旋形。以1.2MW卧式燃油导热油加热炉为例,燃料油(0#轻柴油)由储油槽进入燃烧器,在燃烧器内经过雾化,与空气混合点燃,产生火焰在炉内燃烧,燃烧产生的烟气经过炉内和盘管夹层进入烟囱,完成化学能向热能的转换过程。炉内的辐射受热面由内圈盘管的内表面构成,对流受热面由内圈的外表面和外圈的内表面构成,外圈的外表面与加热壳体紧贴,用于减少壳体在运行过程中因受热而发生的变形和散热损失。

根据热媒不同,有机热载体加热炉可分为气相加热炉和液相加热炉;根据结构形式不同,导热油加热炉可分为管架式和盘管式;根据燃料不同,导热油加热炉可分为燃气、燃油、燃煤和电加热炉。

脱水蔬菜加工行业常用的导热油加热炉为立式圆盘管燃油(气)热油炉。