专利名称：一种间接加热炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及锅炉及加热炉，尤其是一种包括真空相变锅炉、加热炉及微压相变锅炉、加热炉以及压力相变锅炉、加热炉等，用锅内中间介质间接加热换热器盘管内工质的加热装置，如间接加热式锅炉或加热炉，简称间接加热炉。
背景技术：
间接加热式锅炉或间接加热式加热炉超压时中间介质的泄压排放问题，此前只有以水为锅内中间介质、以非相变换热方式工作时，敞口式常压锅炉的敞口直径d(单位mm)和额定热功率Q(单位MW)之间，必须满足d=88Q]]>的关系，属于公知技术。
在以水为锅内中间介质、以相变换热方式工作时，对于燃油燃气真空相变锅炉，日本技术采取电控装置立即停止燃烧的同时用真空泵抽吸的办法解决。而由于真空泵的抽吸能力非常有限，又辅之以易熔塞(也称温度开关)，依靠压力上升可能伴随的温度上升，在超温时溶解易熔塞来泄压。但是如果压力上升时不伴随有温度上升(如纯粹是由于盘管破裂造成的超压)，易熔塞就不能解决相变炉超压问题；特别是当电控装置不能立即停止燃烧时(如燃煤相变炉的燃烧就无法靠电控装置立即停止)，超压时中间介质蒸气不能立即大量泄放，就极可能造成超压爆炸问题。正是因为如此，燃烧固体燃料的相变炉、高温水及蒸汽相变锅炉、大容量相变炉、有机或无机介质相变炉等，都未能开发成功。已有的带有安全泄放装置的水介质相变炉，因为没有研究清楚安全泄放装置的排放截面积到底至少要布置多大合适的问题，而比照常规锅炉安全阀的口径或蒸汽蒸发量设置排放面积，造成排气面积严重不足，相变炉的安全性无法得到保证。
在以水为锅内中间介质时，对于以非相变换热方式工作的间接加热式锅炉或加热炉，此前都是比照常规锅炉安全阀的口径或蒸汽蒸发量，设置安全泄放装置的排放面积，造成排气面积严重不足，间接加热炉的安全性也无法得到保证。
对于不以水为锅内中间介质的间接加热炉(锅炉或加热炉)，不论是否以相变换热方式工作，此前无人明确提出其安全泄放装置泄放面积如何计算的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而作出的，重点是解决间接加热炉安全泄放装置排气口截面积最小需要多大的问题，确保将造成压力过高的多余锅内介质蒸气及时排出，防止发生超压甚至爆炸问题。
本发明的一种技术方案是一种间接加热炉，在壳体上设有安全泄压装置，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；装置开启泄压时的进口表压力设为P，单位为MPa；锅内中间介质在进口表压力P下的蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥3.5×10-3(P+0.1)-0.53Qρ-0.5/r。
基于第一种方案，本发明的另一种技术方案是一种间接加热炉，在壳体上设有安全泄压装置，该安全泄压装置开启压力不大于0.2MPa，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；装置开启泄压时的进口表压力设为P，单位为MPa；锅内中间介质在进口表压力P下的蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则
A≥3.1×10-3(Pc+0.1)-0.53Qρ-0.5/r。
按照该方案，当该间接加热炉为真空相变加热炉时，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；锅内中间介质在装置开启压力下蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥8.5×10-3Qρ-0.5/r。
按照该方案，当该间接加热炉为额定工作压力0.04MPa的微压相变炉时，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；锅内中间介质在装置开启压力下的蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥7.5×10-3Qρ-0.5/r。
按照该方案，当该间接加热炉为额定工作压力0.1MPa的微压相变炉时，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；锅内中间介质在装置开启压力下的蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥6.6×10-3Qρ-0.5/r。
按照该方案，当该间接加热炉为锅内中间介质不是水介质的敞口常压间接加热炉时，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；锅内中间介质在装置开启压力下的蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥9.2×10-3Qρ-0.5/r。
基于第一种方案，本发明的第三种技术方案是一种间接加热炉，其锅内中间介质为水介质，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；装置开启泄压时的进口表压力设为P，单位为MPa；则A≥0.76×10-6(P+0.1)-0.95Q。
基于第二种方案，本发明的第四种技术方案是一种间接加热炉，在壳体上设有安全泄压装置，锅内介质为水介质，该安全泄压装置开启压力不大于0.2MPa，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；装置开启泄压时的进口表压力设为P，单位为MPa；则A≥0.69×10-6(P+0.1)-0.95Q。
按照该方案，当该间接加热炉为水介质真空相变炉时，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；则A≥4.2×10-6Q。
按照该方案，当该间接加热炉为额定工作压力0.04MPa的水介质微压相变炉时，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；则A≥3.3×10-6Q。
按照该方案，当该间接加热炉为额定工作压力0.1MPa的水介质微压相变炉，时如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；则A≥2.5×10-6Q。
按照本发明，通过给出的不同条件下的关系式得到安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积，即可设计出该安全泄压装置，保证在锅内压力过高时，安全泄压装置能及时将多余锅内介质蒸气排出，防止发生超压甚至爆炸问题。
图1为钢球阀芯真空压力控制器。
图2为翻板盖式常压敞口装置。
具体实施例方式
本发明从解决问题的普遍性入手，首先根据热力学和流体力学，推导出任意液体中间介质时，蒸气排放量G与所需排放截面积A、锅内介质蒸气压力p以及介质密度ρ之间的关系，再用试验方法求得相关系数，以确定排放截面积与相关因素之间的关系G＝kA(p+0.1)，其中k为常数。
对于一定的安全泄放装置，两个排放状态之间，如果阀芯的起跳高度变化不大，则控制器的阻力系数ζ变化也不大。即当锅内介质表压力为p(MPa)、管内流速为w(m/s)、介质密度为ρ(kg/m3)时，根据p＝ζρw2/2得ζ＝2vp×106/w2，且与蒸气性质无关，也就是ρ2p1/(ρ1p2)＝w12/w22；当压力状态相同时，ρ2/ρ1＝w12/w22。
如果安全泄放装置排放密度为ρ1(kg/m3)的水蒸气时质量流量为G1(kg/s)，排放密度为ρ(kg/m3)、气化潜热为r(kJ/kg)的水或其它有机或无机介质蒸气时质量流量为G(kg/s)，水或其它有机介质炉的热功率为Q(kW)，管道流通截面积A(m2)以及管内流速w(m/s)的关系为w＝G/(ρA)，在压力状态相同时，则有如下关系式G12/G2＝ρ1/ρ，或(Q1/r1)/(Q/r)＝(ρ1/ρ)0.5，即Q1/r1＝Q/(rρ0.5)ρ10.5根据计算推导已知G1＝Q1/r1＝kA(p+0.1)，根据水蒸气状态参数可得出回归关系式ρ1＝1/
＝5.18(p+0.1)0.95，r1＝2000(P+0.1)-0.054，得锅内中间介质为水介质时Q1＝2000kA(p+0.1)0.95
A＝Q1(p+0.1)-0.95/(2000k)A＝k1Q1(p+0.1)-0.95其中，k1＝1/(2000k)，即k＝1/(2000k1)。
水介质间接加热炉在起跳压力p≤0.2MPa范围内的试验结果当排气口直径d＝100mm，即A＝7.85×10-3时
经回归分析得11000≈Q1(p+0.1)-0.95。
当排气口直径d＝125mm，即A＝12.27×10-3时
经回归分析得18000≈Q1(p+0.1)-0.95。
当排气口直径d＝150mm，即A＝17.67×10-3时
经回归分析得25000≈Q1(p+0.1)-0.95。
将面积符号A代入，得水介质间接加热炉在起跳压力p≤0.2MPa范围内的试验结果A≈0.69×10-6(P+0.1)-0.95Q，即k1≈0.69×10-6水介质间接加热炉在起跳压力p＞0.2MPa范围内的试验结果当排气口直径d＝100mm，即A＝7.85×10-3时
经回归分析得10000≈Q1(p+0.1)-0.95。
当排气口直径d＝125mm，即A＝12.27×10-3时
经回归分析得16000≈Q1(p+0.1)-0.95。
当排气口直径d＝150mm，即A＝17.67×10-3时
经回归分析得23000≈Q1(p+0.1)-0.95。
将面积符号A代入，得水介质间接加热炉在起跳压力p＞0.2MPa范围内的试验结果A≈0.76×10-6(P+0.1)-0.95Q，即k1≈0.76×10-6锅内中间介质不一定是水介质(如为有机或无机介质)时，根据上述式Q1/r1＝Q/(rρ0.5)ρ10.5得kA(p+0.1)＝Q/(rρ0.5)×[5.18(p+0.1)0.95]0.5kA＝2.28×Q/(rρ0.5)×(p+0.1)-0.531/(2000k1)×A＝2.28×Q/(rρ0.5)×(p+0.1)-0.53A＝4560k1Q/(rρ0.5)×(p+0.1)-0.53即A＝k2(p+0.1)-0.53Qρ-0.5/r其中，k2＝4560k1。根据上述试验结果得锅内中间介质不一定是水介质(如为有机或无机介质)的间接加热炉，在起跳压力p≤0.2MPa范围内k2≈4560×0.69×10-6≈3.1×10-3；在起跳压力p＞0.2MPa范围内k2≈4560×0.76×10-6≈3.5×10-3，则在起跳压力p≤0.2MPa范围内
A≈3.1×10-3(P+0.1)-0.53Qρ-0.5/r在起跳压力p＞0.2MPa范围内A≈3.5×10-3(P+0.1)-0.53Qρ-0.5/r如将水的上述回归式ρ＝5.18(p+0.1)0.95和r＝2000(P+0.1)-0.054代入上式，可见上式与上述锅内介质为水介质时的计算式是一致的，故上式为包括水介质、有机或无机介质在内的通用计算式。
该计算式用在某一具体容量、具体压力、具体介质的相变炉上时，其实就是一个具体的最小截面积数值，也就是一个具体的结构尺寸。
满足安全泄放装置最小截面积尺寸计算式的间接加热炉(锅炉或加热炉)，对于非盘管破裂因素造成的超压问题，能够及时泄压防止爆炸或损坏。
实施例一一台热功率为Q(kW)的水介质真空相变锅炉或水介质真空相变加热炉，使用如图1所示的钢球阀芯的真空压力控制器，阀芯钢球起跳时的入口压力p＝0.05MPa。最小截面的泄压通道可能存在于入口管1、出口管2，和钢球3起跳后密封面4与球之间形成的环形通道、球与壳体5之间形成的环形通道四个位置。根据A≥0.69×10-6(P+0.1)-0.95Q可得，这四个位置的截面积A(m2)都必须满足A≥4.2×10-6Q如果Q＝350kW，则A≥1470×10-6m2；如果Q＝700kW，则A≥2940×10-6m2。
实施例二一台热功率为Q(kW)的额定工作压力0.04MPa的水介质微压相变锅炉或水介质微压相变加热炉，使用如图1所示的钢球阀芯的真空压力控制器，阀芯起跳时的入口压力为额定工作压力0.04MPa加上0.05MPa，即p＝0.09MPa。最小截面的泄压通道可能存在于入口管1、出口管2，和钢球3起跳后密封面4与球之间形成的环形通道、球与壳体5之间形成的环形通道四个位置。根据A≥0.69×10-6(P+0.1)-0.95Q可得，这四个位置的截面积A(m2)都必须满足A≥3.3×10-6Q如果Q＝350kW，则A≥1155×10-6m2；如果Q＝700kW，则A≥2310×10-6m2。
实施例三一台热功率为Q(kW)的额定工作压力0.1MPa的水介质微压相变锅炉或水介质微压相变加热炉，使用如图1所示的钢球阀芯的真空压力控制器，阀芯起跳时的入口压力为额定工作压力0.1MPa加上0.05MPa，即p＝0.15MPa。最小截面的泄压通道可能存在于入口管1、出口管2，和钢球3起跳后密封面4与球之间形成的环形通道、球与壳体5之间形成的环形通道四个位置。根据A≥0.69×10-6(P+0.1)-0.95Q可得，这四个位置的截面积A(m2)都必须满足A≥2.5×10-6Q如果Q＝350kW，则A≥875×10-6m2；如果Q＝700kW，则A≥1750×10-6m2。
实施例四一台热功率为Q(kW)的有机或无机介质真空相变锅炉、有机或无机介质真空相变加热炉，锅内中间介质在装置开启压力下蒸气密度为ρ(kg/m3)，气化潜热为r(kJ/kg)。使用如图1所示的钢球阀芯的真空压力控制器，阀芯起跳时的入口压力p＝0.05MPa。最小截面的泄压通道可能存在于入口管1、出口管2，和钢球3起跳后密封面4与球之间形成的环形通道、球与壳体5之间形成的环形通道四个位置。根据A≥3.1×10-3(P+0.1)-0.53Qρ-0.5/r可得，这四个位置的截面积A(m2)都必须满足A≥8.5×10-3Qρ-0.5/r对于蒸气密度ρ＝2.5kg/m3、气化潜热r＝255kJ/kg的有机介质当Q＝350kW时，A≥7400×10-6m2；当Q＝700kW时，A≥14800×10-6m2。
实施例五一台热功率为Q(kW)的额定工作压力0.04MPa的有机或无机介质真空相变锅炉、有机或无机介质真空相变加热炉，锅内中间介质在装置开启压力下蒸气密度为ρ(kg/m3)，气化潜热为r(kJ/kg)。使用如图1所示的钢球阀芯的真空压力控制器，阀芯起跳时的入口压力为额定工作压力0.04MPa加上0.05MPa，即p＝0.09MPa。最小截面的泄压通道可能存在于入口管1、出口管2，和钢球3起跳后密封面4与球之间形成的环形通道、球与壳体5之间形成的环形通道四个位置。根据A≥3.1×10-3(P+0.1)-0.53Qρ-0.5/r可得，这四个位置的截面积A(m2)都必须满足A≥7.5×10-3Qρ-0.5/r对于蒸气密度ρ＝2.5kg/m3、气化潜热r＝255kJ/kg的有机介质当Q＝350kW时，A≥6500×10-6m2；当Q＝700kW时，A≥13000×10-6m2。
实施例六一台热功率为Q(kW)的额定工作压力0.1MPa的有机或无机介质真空相变锅炉、有机或无机介质真空相变加热炉，锅内中间介质在装置开启压力下蒸气密度为ρ(kg/m3)，气化潜热为r(kJ/kg)。使用如图1所示的钢球阀芯的真空压力控制器，阀芯起跳时的入口压力为额定工作压力0.1MPa加上0.05MPa，即p＝0.15MPa。最小截面的泄压通道可能存在于入口管1、出口管2，和钢球3起跳后密封面4与球之间形成的环形通道、球与壳体5之间形成的环形通道四个位置。根据A≥3.1×10-3(P+0.1)-0.53Qρ-0.5/r可得，这四个位置的截面积A(m2)都必须满足
A≥6.6×10-3Qρ-0.5/r对于蒸气密度ρ＝2.5kg/m3、气化潜热r＝255kJ/kg的有机介质当Q＝350kW时，A≥5700×10-6m2；当Q＝700kW时，则A≥11400×10-6m2。
实施例七一台热功率为Q(kW)的有机或无机介质敞口常压锅炉或敞口常压加热炉，锅内中间介质在装置开启压力下蒸气密度为ρ(kg/m3)，气化潜热为r(kJ/kg)。使用如图2所示的翻板盖式常压敞口装置防止锅内压力超压，翻板盖1打开时的入口压力p＝0.03MPa。最小截面的泄压通道可能存在于入口2、出口3两个位置。根据A≥3.1×10-3(P+0.1)-0.53Qρ-0.5/r可得，这三个位置的截面积A(m2)都必须满足A≥9.2×10-3Qρ-0.5/r对于蒸气密度ρ＝2.5kg/m3、气化潜热r＝255kJ/kg的有机介质当Q＝350kW时，A≥7900×10-6m2；当Q＝700kW时，A≥15800×10-6m2。
权利要求
1.一种间接加热炉，在壳体上设有安全泄压装置，其特征在于如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；装置开启泄压时的进口表压力设为P，单位为MPa；锅内中间介质在进口压力P下蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥3.5×10-3(P+0.1)-0.53Qρ-0.5/r。
2.如权利要求1所述的间接加热炉，其特征在于该间接加热炉的安全泄压装置开启压力不大于0.2MPa，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；装置开启泄压时的进口表压力设为P，单位为MPa；锅内中间介质在进口压力P下蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥3.1×10-3(P+0.1)-0.53Qρ-0.5/r。
3.如权利要求1或2所述的间接加热炉，其特征在于该间接加热炉为真空相变加热炉，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；锅内中间介质在装置开启压力下蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥8.5×10-3Qρ-0.5/r。
4.如权利要求1或2所述的间接加热炉，其特征在于该间接加热炉为额定工作压力0.04MPa的微压相变炉，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；锅内中间介质在装置开启压力下的蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥7.5×10-3Qρ-0.5/r。
5.如权利要求1或2所述的间接加热炉，其特征在于该间接加热炉为额定工作压力0.1MPa的微压相变炉，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；锅内中间介质在装置开启压力下的蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥6.6×10-3Qρ-0.5/r。
6.如权利要求1或2所述的间接加热炉，其特征在于该间接加热炉为锅内中间介质不为水的敞口常压间接加热炉，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；锅内中间介质在装置开启压力下的蒸气密度为ρ，单位为kg/m3，气化潜热为r，单位为kJ/kg；则A≥9.2×10-3Qρ-0.5/r。
7.如权利要求1所述的间接加热炉，其特征在于该间接加热炉锅内中间介质为水介质，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；装置开启泄压时的进口表压力设为P，单位为MPa；则A≥0.76×10-6(P+0.1)-0.95Q。
8.如权利要求2所述的间接加热炉，其特征在于该间接加热炉锅内中间介质为水介质，安全泄压装置开启压力不大于0.2MPa，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；装置开启泄压时的进口表压力设为P，单位为MPa；则A≥0.69×10-6(P+0.1)-0.95Q。
9.如权利要求1、2或8所述的间接加热炉，其特征在于该间接加热炉为水介质真空相变炉，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；则A≥4.2×10-6Q。
10.如权利要求1、2或8所述的间接加热炉，其特征在于该间接加热炉为额定工作压力0.04MPa的水介质微压相变炉，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；则A≥3.3×10-6Q。
11.如权利要求1、2或8所述的间接加热炉，其特征在于该间接加热炉为额定工作压力0.1MPa的水介质微压相变炉，如将安全泄压装置开启后泄压通道任意位置的流通截面积设为A，单位为m2；加热炉热功率或当量热功率设为Q，单位为kW；则A≥2.5×10-6Q。
全文摘要
本发明提供一种间接加热炉，其蒸气排放量G与所需排放截面积A、锅内介质蒸气压力p以及介质密度ρ之间具有一定的关系，从而，根据这种关系所确定一个计算式，计算出间接加热炉安全泄放装置排气口截面积的最小值，确保在这样的结构尺寸下能及时将造成压力过高的多余锅内介质蒸气排出，防止发生超压甚至爆炸问题。
文档编号F24H9/20GK1825021SQ20051000658
公开日2006年8月30日 申请日期2005年2月23日 优先权日2005年2月23日
发明者雷振华 申请人:雷振华