TECHNOLOGY 科技 工程师手册 热能供应之 2 导热油锅炉的结构 卜奎平 常州市锅炉设备有限公司，江苏 常州 213101 摘要：介绍燃油、燃气、燃煤、燃生物质、热能中心余热导热油锅炉的结构、特点及其运用。 关键词：燃油；燃气；燃煤；燃生物质；导热油锅炉 导热油因其低压高温的特点，大幅度的降低了高温加热 系统的工作所承受的压力，提高了系统设备的安全性和可靠性。 因此导热油锅炉被大范围的应用于各行各业。20世纪30年 代，美国开始设计生产第一台有机热载体锅炉。20世纪 50～60年代，我国一些单位及锅炉厂，开始设计与制造 有机热载体锅炉，主要是卧式火管型及立式液油管型， 有气相供热也有液相供热。到了70年代，我国不少配套 工程中相继引进了国外有机热载体锅炉，同时我国也建 起了具有一定规模的有机热载体锅炉专业制造厂。 图1 导热油锅炉循环系统 气相热载体锅炉是将热载体气化后利用，如同蒸汽 1 燃油、燃气导热油锅炉 锅炉，有自然循环，也有强制循环，气体冷凝成液体后 燃油、燃气导热油锅炉排放的烟气比较清洁、环 又回到锅炉，其系统也是封闭循环系统。熔盐炉是以含 保，特别是对环保要求比较严格的地区，燃油的锅炉也 不准用，只能选用燃气的导热油锅炉，如北京、上海等 量53%的无机盐硝酸钾、含量40%的亚硝酸钠及含量7% 的硝酸钠的混合物作为热载体的锅炉，通常用于高温生 一类地区。 产工艺，当介质温度≥400 ℃时，多选用熔盐炉作为供热 燃油、燃气导热油锅炉分卧式和立式两种。卧式导 设备。 热油锅炉（见图 2、图3）的优点是卧式布置，燃烧器操 液相导热油锅炉如同热水锅炉，是运用液相导热油 作、看火、检修方便；缺点是占地面积大，维修时炉体 来载热、换热，为强制循环，导热油在系统内循环运行 油不易排尽。立式导热油锅炉（见图4）的优点是立式 靠循环油泵推动（见图1）。因燃料及导热油供热的温度 不同，导热油锅炉的结构多种多样。 缺点是燃烧器在炉顶，操作、看火、检修不方便。 20 《中国人造板》2016/06 工程师手册 科技TECHNOLOGY 燃油、燃气导热油锅炉多为正压燃烧，主要是采用圆 盘管结构，内外两圈盘管，烟气3回程；立式或卧式导 热油锅炉的内外盘管都分串联与并联（见图 2、图3）。 国外多数是串联，我国多数是并联。串联的特点是内外 盘管串联，油流程长，导热油流量小，温差大，在40～ 50 ℃；并联的特点是内外盘管并联，油流程短， 导热油 流量大，温差小，在20～35 ℃。 1.燃烧器 2.锅炉本体 3.出烟口 4.进油口 5.出油口 图 4 立式燃油燃气导热油锅炉 4 片、大块炉排片、大块活芯炉排片；大于2 510×10 kJ/h 的燃煤导热油锅炉考虑选用小鳞片炉排片、大鳞片炉排 1.燃烧器 2.内圈油盘管 3.外圈油盘管 4.排烟口 5.进油口 6.出油口 4 图2 卧式串联燃油燃气导热油锅炉 片。250×10 kJ/h以下的燃煤导热油锅炉可配用固定手烧 炉排。 2.1 立式圆盘管型燃煤导热油锅炉 立式圆盘管型导热油锅炉是将内外两圈组成的导热 油盘管本体组件，放在链条炉排的上部，烟气为3回程， 炉膛（内盘管的内侧）为第一回程、两圈盘管之间的通 道（内盘管与外盘管之间）为第二回程、外盘管的外侧 1.燃烧器 2.内圈油盘管 3.出油口 4.外圈油盘管 5.出烟口 6.进油口 图3 卧式并联燃油燃气导热油锅炉 与筒体之间通道为第三回程（见图5）。此种内外盘管也 从图2和图3能够准确的看出，大温差串联的燃油、燃气导 分为串联与并联两种，串联的温差大，流量小；并联温 热油锅炉的进油口和出油口在炉体同一端，而并联的锅 差小，流量大。 炉是在炉体两端，这是外观最明显的区别。 立式圆盘管型燃煤导热油锅炉的优点是立式布置， 2 燃煤导热油锅炉 占地少，炉本体密封性好，不易漏烟；缺点是对流区为 燃煤导热油锅炉有立式圆盘管型和卧式方箱型。 圆环形，不易装吹灰器，人工清灰难度也大。立式圆盘 4 管型燃煤导热油锅炉的热功率多在2 510×10 随着单台容量的做大，卧式方箱型慢慢的变多。燃煤导热 kJ/h以下， 4 油锅炉下部的燃烧装置一般都会采用链条炉排，链条炉排有 大于2 510×10 kJ/h多采用卧式方箱型结构。 常规的小片炉排片、大块炉排片、大块活芯炉排片、小 2.2 卧式方箱型燃煤导热油锅炉 鳞片炉排片、大鳞片炉排片等。根据导热油炉热功率的 卧式方箱型燃煤导热油锅炉的炉膛设计为方型辐 大小及用户想要，选用不同形式的炉排片。一般来说， 射管（Φ89以上）与后部蛇型对流小直径管（Φ38、 4 Φ42）的组合体，考虑到燃烧装置为长方形，因此上部 kJ/h 以下的燃煤导热油锅炉，多选用小片炉排 2 510×10 《中国人造板》2016/06 21 TECHNOLOGY 科技 工程师手册 对流管，便于烟气的冲刷，换热效果好，利于吹灰器设 计与安装，易实现自动清灰；缺点是对流管外墙及炉顶 均要用耐火材料，整体较重，且易漏烟。卧式方箱型结 构多用于大功率的燃煤导热油锅炉。但近年来许多公司 将小功率燃煤导热油炉也设计成方箱型，立式圆盘管型 燃煤导热油炉慢慢的变少。随着耐火材料发展及施工工艺 改进，易漏烟的现象慢慢的变少，况且燃煤锅炉多为负压 燃烧，只要配风合理，一般也不会产生正压串烟现象。 近年来，有的锅炉公司为了燃用低热值煤，研发循 环流化床导热油锅炉。循环流化床锅炉存在炉膛及对流 管的磨损问题，如磨损漏油，会带来许多安全问题；发 生漏油必然增加导热油的损耗，导致运行成本提高。循 环流化床导热油锅炉要克服磨损带来的问题，技术上暂 时有些难度。 1.链条炉排燃烧装置 2.内圈油盘管 3.外圈油盘管 4.外壳体及保温 3 燃生物质导热油锅炉 5.出油口 6.出烟口 7.进油口 8.出渣机 生物质燃料作为一种可再生的零排放燃料，各行各 图5 立式圆盘管燃煤导热油锅炉 业在有可能的情况下，均在燃用。我国的生物质燃料品 的换热管也设计为长方形，这样上下组合好装配，也美 质相差很大，有较好的成品颗粒燃料、原木废料，也有 观。炉膛的辐射方型盘管与后部的对流蛇形管组合成一 较差的树皮废料，不但热值低，而且含水分及灰分高。 换热整体，对流蛇形管与辐射方盘管为串联结构，一般 因此在设计生物质燃料锅炉时，要最大限度地考虑燃料不同带 低温回油从对流管进，由炉膛辐射管出，油的流程与烟 来锅炉结构的不同。 气流程为逆流布置，这样有助于提高传热温差，减少换 目前，生物质燃料锅炉常用的燃烧设备有水冷振动 热面积（见图6）。 炉排、往复炉排两种，水冷振动炉排在北欧丹麦使用较 多，多用于燃烧秸秆等生物质发电锅炉。对于导热油锅 炉以往复炉排为主，另外，对于小功率的燃生物质导热 油锅炉也有采用固定手烧炉排、链条炉排的。对于配置 往复炉排的导热油锅炉，有卧式结构锅炉、立式结构锅 炉、余热导热油锅炉等几种。 3.1 卧式结构 卧式结构燃生物质导热油锅炉如同燃煤导热油锅 炉一样（见图6），只是将下部的链条炉排换成往复炉 排燃烧装置，炉膛辐射方盘管与后部蛇形对流管的组合 1．链条炉排 2.方箱型本体（上部为剖视图） 3.炉膛方盘管 体座在往复炉排上面，此种锅炉目前最大热功率做到 4.后部对流管 5.出烟口 6.出油口 7.进油口 4 7 531×10 图6 卧式方箱型燃煤导热油锅炉 kJ/h。辐射方盘管及蛇形对流管在公司制造 卧式方箱型燃煤导热油锅炉的优点是低温用小直径 好，现场组装，考虑到运输的尺寸限制，单台容量不可 22 《中国人造板》2016/06 工程师手册 科技TECHNOLOGY 能做得太大。 盘管，第二及第三为并联，炉膛盘管出来的高温烟气， 卧式结构的优点是长方体结构，与下部炉排易装 同时进入第二及第三燃尽室盘管，最后在汇总进入后部 配，分体组件少，整体钢架少，现场安装简易便捷，设备总 的蛇形管对流受热面。 投资少。缺点是炉膛燃烧高度及空间小，燃料颗粒及可 在人造板行业，往复炉排燃生物质废料导热油锅炉 4 的最大热功率是10 460×10 燃性气体不易燃尽，炉膛出口温度偏高，易形成熔融 kJ/h，其结构是立式圆盘管加 灰，带入后部对流管形成堵灰，即使在对流段装自动吹 蛇形管对流管的结构（见图7）。圆盘管的数量主要与导 4 灰器，也难将熔融灰吹除，时常要人工清理。 热油的设计热功率有关，当热功率≤6 694×10 kJ/h时， 立式盘管为一个，烟气出炉膛辐射盘管后，从上部反转 向下入后部的蛇形管对流管区，导热油锅炉换热区为2回 程（见图8）。 1.往复炉排燃烧装置 2.炉排上辐射圆盘管 3.盘管上部连接烟道 4.第2圆盘管 5.第3圆盘管 6.后部对流管 7.灰斗及烟气转向室 图7 立式3盘管1对流管燃生物质大功率导热油锅炉 图8 立式1盘管1对流管燃生物质导热油锅炉 3.2 立式结构 4 当导热油设计热功率在6 694×10 kJ/h＜热功率 ≤ 立式结构燃生物质导热油锅炉是在往复炉排上放上 4 8 368×10 kJ/h时，为二盘管，炉膛盘管出来的烟气， 圆盘管辐射受热面，加后部蛇形管对流受热面。圆盘管 反转向下入燃尽室盘管，然后再反转向上入蛇形管对流 能够准确的通过热功率设计为1个或2个到3个辐射受热面，后部区，导热油换热区为3回程（见图9）。 配蛇形管对流受热面，圆盘管辐射受热面与后部的对流 受热面均做成组件，现场装配。在往复炉排上的盘管为 炉膛辐射盘管，第二及第三盘管为燃尽室盘管。如有3个 1.往复炉排燃烧装置 2.炉排上辐射盘管 3.燃尽室盘管 4.后部对流区 5.出烟口 图9 立式2盘管1对流管燃生物质导热油锅炉 （导热油盘管一路式热能中心） 4 当导热油设计热功率＞8 368×10 kJ/h时，可设计为 3盘管，炉膛盘管出来的烟气，反转向下入两个并联的燃 尽室盘管，然后汇总反转向上入蛇形管对流区，导热油 《中国人造板》2016/06 23 TECHNOLOGY 科技 工程师手册 换热区为3回程（见图7）。 立式结构的优点是燃烧高度高，空间大，能保证生 物质颗粒及可燃性气体的完全燃烧时间，达到最大限度 的燃尽；同时能降低炉膛的出口温度（850 ℃以下）， 控制熔融灰的产生，避免了后部对流管结灰堵灰的现 象。特别是2盘管及3盘管的结构，在出燃尽室时，烟气 中的大颗粒灰会被沉降到下部的灰斗中，进入对流管的 烟气中的灰尘减少50%以上，后部对流管区不易结灰与 堵灰，如装有吹灰器，可实现自动清灰。缺点是总体体 5.余热导热油锅炉 积大，钢架多，总体成本较高。

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