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1、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： 氧化反应-燃烧 电热转换，焦尔热 光热转换，太阳能 摩擦生热 能量转移，热泵，传热 加热作用：减少水分，干燥 抑制微生物，杀菌 生化作用，熟制 能源种类：固体燃料，煤，柴； 液体燃料，重油、煤油、柴油； 气体燃料，液化石油气、天然气； 电能； 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： 利用热源或燃烧燃料产生烟气，直接或间接对物料加热； 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
2、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； 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72。 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
3、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6080。 （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1：6l：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
4、属消耗率为26。 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
5、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
6、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0.54t/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
7、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
8、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65t/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 燃料品种一致；热负荷变化的适应性和 压火性能较好；消烟除尘效果好，符合我国工业三废 排放试行标准热效率高，燃料消耗少；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73。 锅炉房最大设计容量Qmax按下式计算： QmaxQ1Q2Q3Q4 （th） 式中
9、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58； Q4一管网损失一般取510。 （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76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， 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， 在数个散热排管组合使用
10、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。 连接散热排管进、出口的管道尺寸应 相同， 防止利用接管来支承换热器。 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5063kJ（m2h）。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LFS13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。 （
11、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 。WR22A型无管热风 炉的发热量为 920MJh， 耗煤量74kgh，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
12、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 （一）列管式换热器 （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 95C，杀菌时间为2060s。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、
13、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
14、热器 内的蒸汽。当连续使用时，每隔68h后，需进行清洗 。 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，故传热系数高，一般可达35004000W/(m2 ) （2）结构紧凑。板式换热器在较小的结构内可容纳较大的传热面积。 按单位体积的结构中所占传热面积算比管式换热器高47倍。 (3）适应性广。增减换热板数，改变板的组合，可满足多种不同生产 工艺的要求。 （4）适于处理热敏性的物料。因物料在换热器内通过的时间短，受热 所产生的损失少。 (5），便于清洗、操作安全。拆装容易，可就地清洗，流体有泄漏时 易发现，能保持
15、良好的卫生条件。 （6）连续作业，可配置自动控制装置。 （7）若加热温度过高，可使垫圈老化，或垫圈从换热板上脱落。 （8）因安装不当或垫圈变形断裂，使流体漏泄。 现国产BP2-d系列板式换热器的主要技术参数： 生产能力20003000L/h，换热总面积513m2，牛乳进口温度5，杀菌温 度85，保温时间15s，热水进口温度90，蒸汽消耗量72.3220kg/h， 工作蒸汽压力500kPa。杀菌温度控制误差土2。主机质量591759kg。 第五节 预煮、煮制设备 预煮：食品热加工的一种，一般为中间工序。 预煮的目的：破坏原料中的多酚氧化酶，保持颜色；排除气体; 破坏原生质，提高出汁率; 杀灭部分
16、微生物; 提高新鲜度; 加快干燥速度等。 预煮机型式： 1、间歇式：夹层锅、预煮槽 2、连续式：链带式、螺旋式 一、夹层锅： 1、可倾式：主要用于烧煮一些固体物料。 2、固定式：主要用于液体物料的烧煮。 3、带有搅拌器：主要用于加热粘稠物料或锅体容积 大于300升 夹 层 锅 二、链带式连续预煮机 链带式连续预煮机：括刮板式、斗槽式 三、螺旋式连续预煮机 1、螺旋尺寸计算 a、螺旋直径 D b、螺旋长度 L L s n 2、功率计算 水平：NPBPV9.8qVL09.8GL0 倾斜：N9.8G(L0+H)/ 3、热耗计算：QG C ( T2T1 ) 四、溢流煮浆机 由五个煮浆罐、连接管、阀门、
17、水泵、生浆罐和熟浆罐等组 成。该机用于豆浆的杀菌和去腥味。 作业时用泵将生豆浆送人第一煮浆罐内，通人蒸汽加热，第 一罐浆满后，从其上口溢到第二煮浆罐内，如此逐级溢流并升 温，平均每罐升温10以上，进口40，出口90，处理量与 温度均能自动控制，操作简单，连续作业，蒸汽耗量小。煮制 能力为500OKg/h。 第八节 杀菌设备 杀菌的作用：杀死食品中的微生物，防止食品腐败。 设备分类： 1、按温度分：常压杀菌(热水槽)，高压杀菌(杀菌锅) 2、按操作方式：间歇式，连续式 3、按热源：蒸汽加热，热水加热，火焰加热，照射杀菌 一、立式杀菌锅：有常压和加压两种，常用于罐头的杀菌 二、卧式杀菌锅：用于罐头
18、的杀菌 五、回转式杀菌设备： 能使罐头在杀菌过程中处于回转状态，以便提高加热介质 对被杀菌罐头的传热速率，缩短加热时间。 六、常压连续杀菌设备： 主要用于水果类和一些蔬菜圆形罐头的常压连续杀菌，它 有单层，三层和五层三种。层数主要取决于生产能力的大小， 杀菌时间的长短和车间面积的大小等。 七、静水压连续杀菌设备： 主要用于罐头连续杀菌，它有预热室，杀菌室和冷却室。 八、水封式连续高压杀菌设备： 属于高速连续化的杀菌设备，具有高温短时杀菌特点。热效率高 ，杀菌时间短。 九、软缸头杀菌设备： 属于高温杀菌机，它有外部水槽，特殊水封阀及过体等组成。 第三节 液体燃料燃烧加热设备 液体燃料：煤油，重油 液体燃料的特点：易完全燃烧；污染小，易控制； 燃料成本高 一、直接加热式燃油空气加热炉 结构：由燃烧室、风机、油箱组成。 特点：结构简单，加热效率高. 二、间接加热式燃油空气加热炉 高温燃烧气不与空气混合，而是经过热交换器后 从烟道排出。 特点：热效率低，仅适用于对直接食用和经济价值比较高的 物料干燥。 四、影响集热器效率的因素： 1、内外温差 2、内部气流速度 3、外界风速，隔热效果 4、集热器长度 5、盖板材料的性能 6、集热板的性能 7、集热器的类型