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第七章换热设备•第一节热源与加热方式•一、热源的种类与特点•加热的定义：使物质温度升高的操作，使物质分子运动动能增大的操作•加热方式：①氧化反应---燃烧②电热转换，焦尔热③光热转换，太阳能④摩擦生热⑤能量转移，热泵，传热•加热作用：①减少水分，干燥②抑制微生物，杀菌③生化作用，熟制•能源种类：①固体燃料，煤，柴；•②液体燃料，重油、煤油、柴油；③气体燃料，液化石油气、天然气；④电能；⑤太阳能。二、加热方式的种类、用途和经济性•加热方式基本有三种：•①利用热源或燃烧燃料产生烟气，直接或间接对物料加热；•②利用热源产生的蒸汽，通过换热器，将空气、水或油等先进行预热，成为载热体（介质）再直接或间接对物料加热，前者主要是介质与物料进行对流传热的过程，后者主要是介质再通过设备中的器件（管、壁等）对物料进行传导加热的过程；•③物体被加热产生电磁波，以辐射方式对物料加热。第二节工业锅炉•一、分类•工业锅炉按其容量、结构、所用燃料和按照方式等进行分类。工业锅炉的类型见表7－2。二、技术和经济性的指标•（一）蒸发量蒸发量是指蒸汽锅炉每小时产生的额定蒸汽量。单位是“t/h”或“kg/h”。它表明锅炉容量的大小。热水锅炉每小时的产热量，称为发热量，单位是“kJ/h”。•（二）压力蒸汽锅炉出汽口处的蒸汽额定压力（表压）或热水锅炉出水口的热水额定压力（表压）称为锅炉的工作压力（Pa）工程制单位是“kgf/cm2”或“大气压”。•（三）温度生产饱和蒸汽的锅炉只标明其工作压力，查表可得蒸汽的温度。生产过热蒸汽的锅炉或热水锅炉，必须标明蒸汽过热器出口处过热蒸汽的温度或热水出口处的水温。•（四）锅炉的效率锅炉的效率是指锅炉用于生产蒸汽或热水的热量占所消耗燃料的全部热量的百分比。它是锅炉的最重要的经济指标。一般工业锅炉的效率为60％～80％。•（五）煤水比锅炉单位时间的耗煤量和所产生的蒸汽量之比，称为该锅炉的煤水比，它与锅炉的型式、燃煤品种和运行管理情况有关，一般为1：6—l：15。•（六）金属消耗率锅炉的金属消耗率是指制造锅炉耗用的金属重量与其额定蒸发量之比，工业锅炉的金属消耗率为2—6。三、结构、工作过程与特点•（一）立式弯水管锅炉由锅壳、炉胆、炉排、炉门、水冷壁和对流耳管等组成。•1．结构锅壳由钢板卷制焊接而成，用于安装锅炉的部件。炉胆（炉膛）内布置有数根水冷壁，以增大炉内的辐射受热面。锅壳外装有数根对流耳管，其上下两端都与锅壳壁相连接，构成了锅炉的对流受热面。炉膛底部装有炉排。•2．工作过程锅炉运行时，利用人工添煤，煤燃烧所生高温烟气首先向炉胆和水冷壁传热，继而从炉膛出口流出，横向冲刷对流耳管，同时加热锅壳外壁。烟气绕锅壳半圈后，经烟箱由烟囱排出。锅炉受热面将吸收的热量传递给锅壳上部的炉水，使水加热产生蒸汽。•3．特点这种锅炉的优点是蒸汽空间较大，运行较稳定；辐射兼对流加热，热效率较高；除垢和清灰都比较方便；结构紧凑，安装、维修方便。其缺点是因辐射受热面太大，不宜用水分和灰分多的劣质煤；金属耗量大。它是一种小容量锅炉，蒸发量为0.2、0.4、0.7和l.0t/h。（二）卧式水、火管快装锅炉•快装是指锅炉的全部组装工作，包括砌炉墙、做锅炉保温层等都在制造厂内完成，使用单位接到这种锅炉后，能很快地安装使用。•1．结构卧式快装锅炉由锅筒、前封头、前后管板、链条炉排、送风机、省煤器、烟管、水冷壁管、下降管、集水箱等部分组成。•2．工作过程•燃料燃烧：煤由链条炉排1连续自动地将送入炉内燃烧，火焰首先加热炉筒的前半部和二侧的水冷壁管，然后穿过一侧火管束的管内，至前烟箱2再返回穿过另一侧火管束，最后经省煤器5由送风机7从烟囱排出。•省煤器是装在烟道内的换燃，利用烟气余热来预热锅炉给水。•水循环：水由水泵加压，经省煤器预热后进人锅筒内，通过烟管加热，所生蒸汽由上部输出，水则由锅筒两侧下降到底部，热后再经下降管6流人下集水箱到水冷壁管，水、汽再上升到锅筒内，形成水的循环系统。•3．特点这种锅炉的工作压力在1.3MPa以下，蒸发量为0.5—4t/h。•优点：锅炉热效率较高，可达80％，体积小，安装简便，投资省，适于烧烟煤和贫煤。•缺点：当负荷突然变大时，容易产生大量汽泡，使水、汽难以分离（称汽、水共腾），火管容易结灰，维修不便。（三）双锅筒横置式水管锅炉•1．结构它由上下锅筒、对流管束、水冷壁管、集水箱、下降管、排污管、链条炉排、加煤斗、炉墙和前后拱等部分组成。辅助设备有省煤器，空气预热器，鼓风机，引风机，给水、除灰，除尘等装置。•2．工作过程•燃料燃烧：燃料从加煤斗经炉排送入炉膛内燃烧，烟气从炉膛上部的隔火墙进入对流管束后，再通过锅炉尾部烟道中的省煤器和空气预热器，最后由引风机排人大气。•水的循环：锅筒中的水经对流管束下降到下锅筒，然后通过各个联接管，分别进入前、后、左、右的下集水箱，再从各水冷壁管上升送人上锅筒；在上锅筒中所产生的蒸汽，经汽阀输出；另一个循环路线是流入下锅筒的水经前方上升管束，进入上锅筒。•3．特点这种设备的蒸发量为6．5t/h以上，工作压力为1．3MPa。优点是结构紧凑、运行稳定可靠、传热效果好，通用化、系列化程度高。缺点是结构复杂，金属耗量大。四、选择•（一）一般要求①燃料品种一致；②热负荷变化的适应性和压火性能较好；③消烟除尘效果好，符合我国《工业‘三废’排放试行标准》④热效率高，燃料消耗少；⑤操作管理方便。劳动强度小，自动化程度高。•（二）锅炉的类型、容量及台数选择锅炉的类型和容量是根据锅炉房的最大设计容量、蒸发压力、燃料的种类及发展规模而定。参见表7－3。•锅炉房最大设计容量Qmax按下式计算：•Qmax＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4（t／h）•式中Q1一全厂各车间小时最大耗汽量；•Q2一全厂生活用汽小时最大耗汽量；•Q3一锅炉房自用汽量，一般取5％～8％；•Q4一管网损失一般取5％～10％。•第三节空气预热设备•一、蒸汽加热的空气预热设备•（一）空气过滤器空气过滤器用于滤去空气中的尘埃、烟灰、飞虫等杂质；它由多个过滤单体和框架组成。过滤面积由所需风量确定，可按下式计算：•式中F一过滤面积（m2）•Q一通过过滤层的空气量(m3／h）。•M一过滤强度，即滤层的单位面积所允许的空气负荷[m3／(m2·h）]，一般为4000～8000[m3／(m2·h）]。•空气通过滤层时之阻力．可按下式计算：•Hf＝4.9sv1.8•式中Hf－空气通过滤层时之阻力（Pa）；•S一滤层之厚度（cm）；•v一过滤速度（m／s）。•MQF•（二）换热器•1．结构与特点换热器又称散热器，是热风系统中的主要装置。它由数个散热排管、疏水阀、球阀和管道组成。•图7-5为加热蒸汽表压在29.4kPa以上，两个散热排管组合的一种换热器配置。•图7－6为RSZ型散热排管，由三排交错排列的螺旋翅片管束组成，散热管用无缝钢管，管外绕钢带，然后进行热镀锌制成，散热排管上装有蒸汽进口和汽、水出口。•换热器必须正确地安装，•１．散热排管一般应直立水平安放，即蒸汽进口在上部，汽、水出口在下部，•２．在数个散热排管组合使用时，所有进汽管要并联连总蒸汽管道，不允许两个散热排管串联。•３．连接散热排管进、出口的管道尺寸应相同，•４．防止利用接管来支承换热器。•５．进汽口前的蒸汽管道上可按需要安装压力表。二、烟气加热的空气预热设备•（一）管式热风炉•图7-7为多程管式换热器，综合传热系数50～63kJ（m2·h℃）。优点是结构简单，容易制造，设备费低。缺点是换热器易漏气，使用寿命短，不易清灰。•图7-7为LFS—13型热风炉，发热量543MJ/h，送风量4000m3/h最高风温130℃，耗煤量70Kg/h，热效率73％。优点是热效率高，对燃料的适应性强，运行可靠，占地面积小。缺点是风温不易控制。清灰较烦，金属耗量大。•（二）无管式热风炉无管式热风炉又称套筒式热风炉。•这种热风炉的特点是炉体除冷风罩外，所有金属面都参加热交换，换热面积大；炉蕊内壁焊有散热片，能够强化换热、降低炉壳体温度、延长使用寿命；散热面多为垂直布置，减少积灰；安装简便。但金属耗量大、造价较高。WR－22A型无管热风炉的发热量为920MJh，耗煤量74kg／h，热效率为60％。第四节加热、冷却和杀菌设备•一、贮槽式换热器•中小乳品、食品厂，用于液体物料的加热、冷却与保温。由内胆9、外壳、保温层、行星减速器5和放料旋塞11等组成。内胆用不锈钢制造，外壳采用优质碳素钢，外覆玻璃棉及镀锌铁皮保温层。内胆与外壳间为传热夹层，当夹层内通人蒸汽或热水时，可对贮存在内胆中的物料进行升温或保温。二、筒式换热器（二）使用方法•1．准备工作先将一批罐头装在杀菌车上，再送入杀菌器内，随后将门锁紧，打开排气阀、泄气阀、排水管，同时关闭进水阀和进压缩空气阀。•2．供汽和排气将蒸汽阀门打到最大，按规定的排气规程排气，蒸汽量和蒸汽压力必须充足，使杀菌器迅速升温，将器内空气排除干净，否则杀菌效果不一致。排气结束后，关闭排气阀。当达到所要求的杀菌温度时。关小蒸汽阀，并保持一定的恒温时间。•3．进气反压在达到杀菌的温度和时间后，即向杀菌器内送人压缩空气，使杀菌器内的压力，略高于罐头内的压力，以防罐头变形胀裂，同时具有冷却作用。由于反压杀菌，压力表所指示的压力包括器内蒸汽和压缩空气的两种压力，故温度计和压力计的读数，其温度是不对应的。•4．进水和排水当蒸汽开始进人杀菌器时，因遇冷所产生的冷凝水，由排水管排出，随后关闭排水管。在进气反压后，即启动水泵，通过进水管向器内供充分的冷却水。冷却水和蒸汽相遇，将产生大量气体，这时需打开排气阀排气。排气结束再关闭排气阀。冷却完毕，水泵停止运转，关闭进水阀，打开排水阀放净冷却水。•5．启门出车冷却过程完成后，打开杀菌器门，将杀菌车移出，再装人另批罐头进行杀菌。（一）列管式换热器按结构又分成固定板式、U形管式和浮头式等。图7-12所示为浮头式，由壳体、浮头、传热管束等组成。管束一端的管板以法兰与壳体相连接，另一端的管板可在壳体内移动。工作时液料从管内往返流过，加热或冷却介质从管间流过。这和换热器的特点是可以补偿热膨胀，清洗和维修方便，但结构复杂，造价较高。（二）螺旋管式换热器由壳体、螺旋管、蒸汽管、调节器和输料泵等组成。螺旋管制成扁形，并缠绕在壳体内的中心圆柱上。工作时液料通过泵由液料人口进人螺旋管内，自下向上流动，从出料管排出，装人瓶或罐内。蒸汽自上方输人壳内与螺旋管之间，对管内的料液加热。这种换热器主要用于果汁的巴氏短时杀菌，杀菌温度88～95°C，杀菌时间为20～60s。特点是结构简单，操作方便，容易清洗，能连续生产。（三）套管式换热器•l结构它由供料泵、加热器、套管、贮槽、中间泵、仪表和阀门等组成。•2．使用和操作•清洗：向贮槽16内注清水，然后打开进料三通旋塞5的循环通道，即关闭进料通道，启动供料泵，用清水洗清灭菌机；当贮槽中的水将放尽时，再转动进料三通旋塞5。•供料；与上述操作同时打开蒸汽阀门1，料液进人套管8进行预热，再进人蛇形管内进行高温瞬时灭菌，然后返回套管进行冷却，最后通过出料三通旋塞15输出。•回流：若经一次灭菌没有达到要求，可转动出料三通旋塞，使料液回流贮槽，重新送人管内再次灭菌，直达符合要求为止。•清洗：每班次灭菌结束时，将最后的料液通过进料三通旋塞后，立即转动旋塞，使贮槽内的水流人，进行清洗直到排出水变清为止，同时关闭蒸汽阀，并放净加热器内的蒸汽。当连续使用时，每隔6～8h后，需进行清洗。••3．性能和特点RP6L-4O型单泵灭菌机的性能和主要技术参数是生产能力为4000L/h蒸汽压力为800kPa，进料温度4～16℃，出料温度60～65℃，高温灭菌温度115～135℃，高温保持时间为4s。该机的特点是采用超高温瞬时灭菌，液料的营养和色香味损失很少；灭菌效率高，能利用余热、节能效果好；在完全密闭的条件下操作，符合食品卫生要求；操作方便；占地面积小。它是比较先进的灭菌设备。•四、板片式换热器：•3．优缺点和技术参数•（1）传热效率高。由于换热板间距小，板面上有波纹或凸凹状花纹，流体高速通过，形成湍流