导热油加热与蒸汽加热在节能方面的比较.doc

化工进展2006年第25卷增刊C髓MICAL INDUSTRYAND ENG小mERDiG PRoGRESS429B55 导热油加热与蒸汽加热在节能方面的比较陈南岭(苏州首诺导热油有限公司)汽系统管道及设备在操作中排放的凝结水和蒸汽也1 导热油加热的优点会造成24热损失。而此类热损失并不存在于传统的间接传热方式是用蒸汽(水)作为传热 导热油加热系统中，此外，导热油系统也不会发生 介质，尽管蒸汽(水)具有其良好的热力学特性， 与化学水处理和软化水处理相关的经济损失。 但蒸汽(水)作为传热介质也存在一些自身的弱点，就减少供热系统热损失实现节能运行而言，导 致使供热系统管理和维护较为复杂。 热油系统通常能够比蒸汽系统节约2530的燃对于蒸汽系统的操作管理而言，会在系统启动、料费用。此外，导热油系统内的加热炉及其管线阀 停车、给水品质、冷凝水回收，冷凝水污染及管线 门基本上是无需维护保养的，全部系统管理工作也 堵塞、疏水器失效、设备及管线腐蚀、系统跑冒滴 易于通过自控和监控实现。 漏、冬季管线防冻、炉水化学处理和操作压力高等典型的合成导热油使用温度可以是一100-400 方面存在问题或遇到麻烦。 ，矿物油使用温度可以在一20300。导热油经过全球范围内50年以上实际工业应用，导 不存在冬季冰冻的问题，部分合成导热油可以在严 热油已经被证明是避免上述蒸汽供热系统存在问题 寒地区的冬季保持良好的流动性，故导热油系统内 的理想替代传热介质，同时，使用导热油作为传热设备及管线基本无需考虑伴热设计。无论是合成导 介质，还会为供热系统和传热过程提供了以下附加 热油还是矿物油，导热油对系统内设备和管线没有 操作优点。 腐蚀作用，故导热油系统的设备和管线具有更长的 (1)导热油系统在常压操作条件下可以获得很使用寿命。导热油加热炉的功率可以根据工艺负荷 高的传热介质操作温度，解决了高温蒸汽供热系统 要求选择，或使用单台加热炉，或使用多台加热炉必然伴随高压操作条件的问题，根本性的改善了高 并联运行为系统提供热负荷。 温供热系统的操作安全状况。 在经过热稳定性试验确定的导热油允许使用温(2)所有具有不同供热需求的工艺热用户均可度范围内使用，油品的使用寿命是很长的，根据油 在导热油系统中得到满足，每一个热用户均可通过品的使用情况，可以达到10,-,15年， 甚至有长达 独立的温度控制实现对该设备的精确温控。此外，20年以上案例。油品每年需要取样分析一次或两 具有不同操作温度要求的工艺子系统(回路)或设 次，以确定油品的品质变化情况。 备，可以在同一个供热系统中通过对子系统内导热实际上，有关两种传热介质的传热系数，导热 油操作温度的调节得以满足。 油与蒸汽相比要低的多，但对此问题的考虑，应客(3)甚至对于系统中需要直接使用蒸汽的特殊 观地分析传热介质的传热系数对传热过程及传热效 热用户，也可以利用高温导热油对蒸汽发生器加热 率的影响。传热介质的传热系数是指热量传递过程 产生蒸汽来满足其需求。 中在传热介质和受热面内壁表面之间传热作用的效 (4)导热油系统是一个低压闭式强制循环操作率，这一局部传热系数对于传热过程的总传热系数 系统，故除去系统内管线设备表面的散热损失外， 的影响事实上是很小的，而其影响完全可以通过稍 该系统内没有其他热量损失发生，这也就意味着导微提高导热油的操作温度，使其加强传热作用，即热油系统的热效率高而操作费用是较低的。可使局部传热系数偏小的影响很容易地得到补偿。 在工业加热的蒸汽系统中，由于工艺用热条件就导热油系统投资费用而言，与相同供热能力和现场设备及管线的布置不同，导致冷凝水回收比 和操作条件的饱和蒸汽系统比较，二者应该是相近 较困难，造成了蒸汽系统的较大热损失。系统中通 似的，然而导热油系统与蒸汽系统相比，用户在经 过疏水器排放冷凝水的损失和蒸汽泄漏损失，通常作者简介陈南岭，男，高级工程师，现为苏州首诺导热油有限公司可导致蒸汽供热系统效率2030的热损失。蒸 市场总监430化工进展2006年第25卷济方面获得的最大利益应在于节能和操作费用的 汽系统相比，节省了厂房的土地和土建费用，也避 节省。免了设备及管线防冻保护的麻烦。综上所述，可以看到在工业加热过程中使用导 (8)导热油系统完全减省了传统蒸汽加热系统 热油作为传热介质与蒸汽或水相比，可以具有以下 的给水处理和炉水处理及回水处理系统，简化了传 的优点。 热系统和操作的复杂性，节约了水资源。(1)导热油系统在常压操作条件下可以获得很高的传热介质操作温度。例如，工艺需要320的2 导热油和蒸汽对供热系统节能影操作温度，导热油系统可以在常压操作条件下满足 响的分析工艺温度的要求；在相同的操作温度条件下，蒸汽系统所需的操作压力应为115 bar。导热油作为传热介质在工业传热过程中使用， (2)导热油系统具有更高的工艺适应性和可靠在经济上的最主要的优点就是提高了加热炉和系统性。导热油系统可以在同一个供热系统中调整不同 的综合热效率，可以达到明显的节能效果，并给用 子系统的操作温度，以满足不同工艺用户不同的加 户带来巨大的经济效益。根据统计数据显示，在供 热及冷却需求，甚至可以满足工艺用户对传热介质 热能力和操作条件相同的情况下，导热油系统与蒸 液相(温度显热)或气相(汽化潜热)加热的要求。 汽系统相比，系统综合热效率可以提高25以上。 同时，由于系统操作压力仅为循环泵的扬程，避免换句话说，在同等供热能力和操作条件下，使用导 了高温条件下的高压操作，使系统操作的安全可靠热油系统可以比使用蒸汽系统节约燃料25以上。 性大大提高。 这也就是为什么在大多数工业应用领域里，有不少(3)导热油作为传热介质在系统内不会对设备 原来使用蒸汽供热的用户改变原有系统成为使用导 及管线产生腐蚀，故设备和系统具有一个相当长的 热油的用户，但使用导热油的用户并没有改变想法 检修周期。与蒸汽系统相比，导热油系统大大的减变成使用蒸汽供热用户的原因，除非工艺条件要求 少了检修次数，既节约了设备维护和系统检修费用， 直接将蒸汽应用在工艺过程中的情况。 同时又节省了检修维护时间，延长了系统有效运行导热油系统较蒸汽系统节能，主要是由于二者 时间。 使用的传热介质及其物理特性不同，致使两种系统(4)导热油系统的设备和管线投资更低。由于 的设计条件和操作方式不同。传热介质和操作方式 导热油系统的操作压力低，仅为克服系统流动阻力 决定了两种系统自身存在的热损失不同。 所需的循环泵扬程，故使用低压设备的材料、设计(1)在冷态启动条件下，导热油加热炉较蒸汽 制造及检测费用较使用高、中压设备要低。锅炉需要更短的升温时间，减少了加热设备自身的(5)导热油系统的操作简单，自动化控制程度 热能损失。 高。导热油系统为闭式循环供热系统，系统中除加蒸汽锅炉有较大的水容量，故无论是在锅炉冷 热炉为高温燃烧设备和循环泵为转动设备外，其余 态启动的情况下还是在停止用汽的情况下，都会有 由管线及阀门组成。加热炉的操作控制已经实现成 相当的热量被用于加热炉水或从炉水中散失。而导 熟的全自动燃烧控制和精确温度调节，循环泵只需 热油加热炉一般被设计为盘管结构，炉管中导热油对泵的启、停加以控制，而系统中的传热过程仅需容量较小，故炉子加热升温速度快，停炉时介质散通过相关自动调节阀门对导热油流量或温度进行控 热损失小，较蒸汽锅炉消耗热量更少。制即可。(2)在系统正常操作过程中，由于锅炉给水及 (6)导热油系统具有更高的系统热效率，有效炉水品质问题或安全要求，蒸汽锅炉产生的热损失。 地节约了能源和燃料费用。由于导热油系统为闭式对于那些为了降低炉水中的含盐量，而需要通 循环系统，除事故泄漏和系统表面散热损失外没有 过锅炉的连续排污排出含盐量较高的炉水的蒸汽系 排放和其他热损失，故系统综合利用热效率可达到统，连续排污过程中造成的系统热损失平均为385-90，与一般蒸汽系统50-60的系统综5，在炉水含盐量超高的条件下，该项热损失甚至 合热效率相比，节能的效果是十分明显的。 可高达10左右。(7)导热油系统的设备均可布置在室外，冬季 由于锅炉给水的品质问题，一般蒸汽锅炉的炉 并不需要对设备和管线作特殊防冻保护，与一般蒸 管内都存在结水垢问题，如果这层水垢没有导致炉增刊陈南岭：导热油加热与蒸气加热在节能方面的比较431管被破坏而脱落，水垢将会在受热面上继续存在，65-一75，对于少数设备条件很好的蒸汽锅炉， 而水垢的存在会造成锅炉的热效率严重下降。导热其燃烧效率可达到85)。 油加热炉在正常操作条件下不会产生这个问题，从(3)导热油系统的操作温度为300，操作压 而可以获得更高的热效率。 力为5 bar；蒸汽操作系统的饱和蒸汽操作温度为(3)对于蒸汽系统的冷凝水回收，传统的做法300，锅炉给水温度为85，操作压力为85 bar， 是通过疏水器将系统中的蒸汽凝结水回收集中，然锅炉给水被加热产生蒸汽所获得的热焓是2 7525 后送回锅炉再次循环使用，冷却水中的热量也同时 -3553=2 3972 kJkg。 被回收利用。在工业应用的蒸汽系统中，提高系统32节能与经济性比较 热效率的最大问题是如何有效地提高系统内的凝结(1)导热油加热炉与蒸汽锅炉自身的热损失及 水回收率，这对于每一个用户同样都是难题。解决传热介质差异造成的热损失 难题的关键是提高疏水器的效率和功能，而多年来A锅炉在升温和降温过程中的热损失 疏水器的问题并未得到根本性的解决。根据以上假定条件，导热油加热炉和蒸汽锅炉由于疏水器的效率和功能问题，在蒸汽系统正 的燃烧效率相同，故如果两个系统均是连续24 hd 常操作时会在疏水器的疏水过程中泄漏出大量蒸 运行，两者在此项热损失的比较上无差异；但倘若 汽，或在疏水器无法正常工作时，会直接将凝结水 两个系统均是12 hd运行，则蒸汽系统较导热油系 和蒸汽由系统排入大气，在造成凝结水浪费的同时，统热损失会增加83(锅炉水容量及比热更大所造 也造成了热能的大量损失。一般情况下，可根据系成的热损失)。 统中冷凝水的回收率和操作条件，可以计算出系统B锅炉在保压保温条件下的热损失 冷凝水及其下相关热量的损失。如果该系统为间歇 当蒸汽供热系统中的工艺负荷有较大波动时， 操作方式，考虑到系统冷态启动和系统停车过程中或工艺操作是间歇方式的情况，蒸汽锅炉将调节负 的疏水和排汽损失，该类系统因疏水和排汽造成的荷或处于保压保温状态。在这种条件下，即使是锅 热损失甚至会高达加以上。这仅仅是系统的热能炉的额定功率与系统工艺负荷匹配的很适当，也会 损失，并不包括系统的回水损失，而回水损失对于造成大约35系统热损失。导热油系统则会将 用户来讲，也是一种资源和经济损失。将系统中冷多余的热量通过导热油回流和减少燃料消耗量达到 凝水和蒸汽排放造成的热损失和回水损失相加，蒸系统热平衡，故基本上不会出现该项热损失。 汽系统与导热油系统在系统综合热效率和经济性方C暖管和吹扫冷凝水过程中的热损失 面的差异是十分明显的。 蒸汽系统在向用户供汽之前，需要进行暖管操由上述两项蒸汽供热系统固有的或难以解决的 作，然后将管线中的冷凝水吹扫出去，此项热损失 热损失可以看出，导热油系统的热效率高和操作费 平均为35。 用低，应该是二者相比后的实际结论。D蒸汽锅炉的连续排污及受热面结水垢所造成的热损失3 导热油系统与蒸汽系统节能及经 由于锅炉给水品质的原因，需要通过连续排污 排出部分含盐量较高炉水的蒸汽系统，连续排污过济性比较程中造成的系统热损失平均为35。此外，因综合上述对导热油与蒸汽两种传热介质及其系 水质问题，蒸汽锅炉受热面上多少会形成一层水垢， 统的分析，可对一个导热油供热系统与一个蒸汽供 水垢的存在会增加传热阻力，造成锅炉的热效率降 热系统在节能和操作经济性方面进行分项量化比 低。根据受热面结垢的具体情况，此项热损失平均约 较，然后对二者的系统综合热效率加以评价。 为510。两项热损失之和可考虑为810。31假定比较条件(2)蒸汽和冷凝水回路中的热损失 (1)两个供热系统的供热能力，操作条件及设E即使是系统中的疏水器工作良好，系统中备条件基本相同。 的冷凝水都能回收用于锅炉给水，但由于冷凝水通 (2)导热油加热炉的燃烧效率为85(在正常过疏水器时发生的降压，使得冷凝水由85 bar操作 操作条件下易于达到的效率)；蒸汽锅炉的燃烧效率压力，300的饱和水变成85的锅炉给水，在 为85(对于大多数蒸汽锅炉而言，其燃烧效率为 此条件下产生的二次蒸汽未能得到利用，从而造成432化工进展2006年第25卷热损失为l 254-3553=8987 kJkg，相当于此项因系统跑、冒、滴、漏损失)=665。 素造成了(89872 7525)X 100=327的系统 汇总上述各项热损失中所用的数据并不是所描 热损失。述各项热损失的最大值，这是因为在实际操作中，F经验证明蒸汽疏水器是不可能保证不泄漏 各项热损失的峰值不可能在同一时刻出现。的。考虑到疏水器泄漏蒸汽所带来的热损失，在疏 上述各项热损失会直接影响到蒸汽供热系统的水器性能良好的情况下，保守估计该项热损失应为操作费用。除此，另个影响蒸汽系统操作费用的5左右，如疏水器工作状态不佳，该项损失将会达因素是锅炉补充给水的数量。一般的正常操作条件 到10。下，即使是蒸汽供热系统能够回收冷凝水，也会因 G由于系统不严密导致的蒸汽和冷凝水跑、冒、滴、漏会造成系统热损失约为35。各种原因导致系统内存水量的流失，造成至少H如果系统中的冷凝水没有回收利用，而是 15-20的补充水需求。如果该系统并没有充分被排出系统之外流失，此项热损失会高达：(1 254 回收冷凝水加以利用，则该系统的补充给水量将高-2 7525)100-455，是影响蒸汽供热系统热达loo，此类蒸汽供热系统的热效率之低及操作效率的最重要因素。 成本之高应该是十分惊人的。 如果在蒸汽系统中不使用疏水器，而直接使用而在此种情况下，导热油供热系统则可减少排水阀将冷凝水和蒸汽就地排出系统，则上述的