蒸汽蓄热器介绍

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1、增設蒸汽蓄熱器 是企業節能減排最給力的措施,HVAC-2 張志元,2018/05/30,一、概述, 蒸汽蓄熱器是貯存蒸汽熱能的一種熱力設備。用於熱負荷波動較大的供汽系統，可對波動負荷平衡供汽，使鍋爐運行負荷穩定。 用於餘熱利用系統，能有效地回收熱量，大力推廣，廣泛應用蒸汽蓄熱器，節能效果顯著，環保效果明顯。據工程實例統計： 一般可節省燃料 5%-20%左右。, 常用的蒸汽蓄熱器是一種帶有過熱裝置變壓式蓄熱器，借助於工作壓力的變化，蓄熱器進行充熱和放熱。,蓄熱器屬於壓力容器，其設計、製造、安裝、使用和管理都必須嚴格執行壓力容器安全監察技術規程及GB150-1998鋼製壓力容器國家標準。, 應用蒸

2、汽蓄熱器的必要條件：,、用汽熱負荷有頻繁的較大幅度的波動，這種波動有一定的周期性或呈現交變出現的最大峰值和最小負荷；,、汽源壓力必須高於用汽設備需要的壓力。這種壓力差越大，蓄存定量蒸汽的蓄熱器的容積越小，節約效果越好，一般要求最低壓力差：0.29Mpa。,、汽源的供汽能力（額定出力）必須略大於平均用汽負荷。,二、蓄熱器結構：,蒸汽蓄熱器是圓筒形臥式壓力容器，是由筒體、封頭、支座等部件組成。 蓄熱器的蓄熱裝置是由蒸汽分配管和若干加熱筒所組成。每組加熱筒又由12個高壓噴嘴及雙層結構，內部為孔板式扇形圓筒所組成。充熱時，蒸汽在加熱筒內。高壓噴嘴將高壓蒸汽噴入水中，通過熱交換提高水溫。由於加熱筒的作用

3、，低溫熱水由加熱筒下部進入，被加熱的水從加熱筒的上部流出，水在每組加熱筒及高壓噴嘴周圍流動，形成三個循環，攪動水空間，使水均勻加熱。蒸汽蓄熱器運行中壓力梯度、溫度梯度必須達到：,蒸汽蓄熱器主要受壓部件：封頭及筒身材質應採用Q345R鋼板製作。,雙層結構，內部為孔板式加熱筒和高壓噴嘴均採用304不銹鋼製作。,三、蒸汽蓄熱器的工作原理：,蒸汽蓄熱器一般安裝於鍋爐與用汽設備之間，以平衡用汽設備負荷的波動。使用時內部裝有65%85%的軟化水，水面以上為蒸汽空間，蓄熱器運行中，充熱是由蒸汽變成熱水（飽和水），放熱是由飽和水變成閃蒸蒸汽（二次蒸汽）來實現的。, 當用汽設備用熱負荷小於鍋爐額定蒸發量即產汽量

4、時，鍋爐供熱管壓力升高，蒸汽通過內部充熱裝置，噴入蓄熱器的水中。由於汽溫高於水溫蒸汽迅速凝結放熱，使蓄熱器水溫升高，同時水位也上升，相應的汽空間的飽和蒸汽壓力也升高了，這是蓄熱器的充熱過程。, 當用汽設備用熱負荷高於鍋爐的額定出力時，鍋爐供汽管中的壓力會降低，一直降到低於蓄熱器空間飽和壓力時，蓄熱器中的飽和水成為過熱水，將自行閃擊蒸發放熱，水位下降產生的二次蒸汽以補充供給設備用汽，這是蓄熱器放熱過程。, 充熱過程是蒸汽蓄熱器中飽和蒸汽壓力提高和飽和水溫上升的過程。, 放熱過程是蒸汽蓄熱器中飽和蒸汽壓力降低和飽和水溫下降的過程。,由此可見，蒸汽蓄熱器工作時，蓄熱器內部壓力是在不斷地變化中，因此，

5、亦稱為變壓式蒸汽蓄熱器。,4、蓄熱器工程設計、計算：,、蓄熱器容積的計算 在選用蓄熱器時，常進行可行性經濟分析，為此必須先計算出平衡熱負荷波動所需要的蒸汽蓄熱器的容積，然後進行產品的選擇及投資估算： 蒸汽蓄熱器容積的計算，主要決定於：蓄熱器的運行壓力；蒸汽蓄熱器的容積按下式計算：,充水係數是指蓄熱器內部水容積與總容積的比值。取小時，使蓄熱器的體積增大； 取大時，造成飽和蒸汽嚴重帶水和吊水現象，實際運行充水係數採用0.650.85。,式中 V：蓄熱器的容積（m3）G0：蓄熱量（蒸汽）（kg/m3）：蓄熱器充水係數0.650.85：蓄熱器運行效率0.950.99,蓄熱量的計算： 蒸汽蓄熱器平衡熱負

6、荷波動必要的蓄熱量，是根據用戶24小時綜合熱負荷曲線及鍋爐實際出力，進行分析計算得來的。 由於蒸汽蓄熱器應用場合不同，或者用戶熱負荷變化的性質不同，蓄熱量計算方法也不同。常用的計算方法有如下三種：,A：曲線積分法，計算蓄熱量：依據用戶24小時綜合熱負荷曲線，求出其平均熱負荷曲線，然後根據24小時熱負荷波動曲線與平均熱負荷曲線間的變化差值進行積分，得出積分曲線，積分曲線上的最高點和最低點的絕對值，即為蒸汽蓄熱器平衡波動熱負荷必須的計算蓄熱量。,波動負荷曲線D=f(t)的平均負荷，按下式計算,式中：Di：平均負荷（kg/h）t0 ：總的時間（h）按照24小時熱負荷曲線計算,波動負荷曲線D=f(t)

7、的函數性質一般不易於數學公式表達，故曲線面積可採用面積儀或近似面積分割法求出。,蓄熱器平均波動熱負荷必需的蓄熱量積分曲線：,B、高峰負荷法計算蓄熱量： 高峰負荷計算法是以用汽設備在高峰負荷最大持續時間內蒸汽用量作為依據，減去鍋爐在高峰期最大供汽量，即為蓄熱器計算蓄熱量。這種方法常用於具有突出的高峰負荷的用戶，如造紙、製糖、紡織、印染、橡膠、食品等行業及科學試驗。具體蓄熱量計算：,G0 ：計算蓄熱量（蒸汽）量（kg） Dmax：用汽設備最大耗汽量（kg/h） Dg ：鍋爐（餘熱鍋爐）額定蒸發量（kg/h） T ：高峰負荷持續時間（min）,C、 充熱時間法計算蓄熱量：如轉爐煉鋼必須採用純氧頂吹工

8、藝以提高冶煉溫度，縮短冶煉時間，於是冶煉煙氣（廢氣）溫度高達800 -1200，利用蒸汽蓄熱器回收廢熱加以利用。80t轉爐，小時產汽量20t（壓力為1.27Mpa，溫度194）。120t轉爐，小時產汽量40t（壓力為2.45Mpa，溫度225）。180t轉爐，小時產汽量60t（壓力為2.45Mpa，溫度225）。 因為轉爐煉鋼是周期性操作，產汽只在吹氧時發生，故為間斷性熱源，時有時無，時大時小，在未採用蒸汽蓄熱器之前，全部排空放散，應用蓄熱器的獨特功能，是把間斷性熱源變成連續性熱源，廢熱全部得以回收綜合利用。 對於廢熱回收場合需要的蒸汽蓄熱器，要求在一定的時間內，吸收全部廢熱蒸汽，因此可採用充

9、熱時間作為依據，計算蒸汽蓄熱器的蓄熱量：,式中 G0：計算蓄熱量（kg） Di ：廢熱平均排出量（產汽量）（kg/h） t : 充熱時間（min）,單位水容積蓄熱量的計算 單位水容積蓄熱量與充熱、放熱的壓差成正比，壓差越大，節能效果越好。但是充熱、放熱壓差受到供熱系統的供熱與用熱設備限定的工作壓力的約束。 蒸汽蓄熱器充熱壓力必須依照鍋爐工作壓力（或最高工作壓力）來設定，並考慮系統運行阻力； 蒸汽蓄熱器放熱壓力必須滿足用戶工作壓力的需求； 充熱壓力P1=鍋爐工作壓力Pg 減去 鍋爐至蓄熱器入口處管道阻力P1; 放熱壓力P2=用戶最低工作壓力Pc 加上 蓄熱器至熱用戶管道阻力P2； 蓄熱器充熱至蒸

10、汽蓄熱器放熱出口阻力損失約為：0.05Mpa 單位容積蓄熱量按下式計算：P1 為蓄熱器充熱壓力、P2為蓄熱器 放熱壓力,式中：q0： 單位飽和水壓降p1p2產生的蒸汽量（kg/kg）；,分別為壓力P1和P2時飽和水的焓值（KJ/kg）；,分別為壓力為p1和p2時飽和蒸汽的焓值。,如充熱壓力 p1為13kg/cm2、16kg/cm2、25kg/cm2; 放熱壓力 p2為6kg/cm2、單位體積產汽量：53kg/m3、69kg/m3、109kg/m3; 如充熱壓力 p1為25kg/cm2、39kg/cm2、50kg/cm2； 放熱壓力 p2為13kg/cm2、單位體積產汽量：62kg/m3、86k

11、g/m3、118kg/m3； 如充熱壓力 p1為5.0Mpa，放熱壓力p2為1.27Mpa；,在要求蒸汽蓄熱器，平衡熱負荷波動幅度65t(即貯汽65t)情況下,=,=,773.12,故選用,=800,為宜,在要求蒸汽蓄熱器，平衡熱負荷波動幅度36.1t(即貯汽36.1t)情況下：,=,=429.38,則可選用容積200 蒸汽蓄熱器2台,五、蒸汽蓄熱器的管路系統：,、蒸汽蓄熱器的連接方式：分為並聯和串聯兩種，採用何種形式必需根據供熱系統負荷變化的特點選用。,a、並聯係統： 蓄熱器的充熱管與放熱管相聯通,中間用截止閥控制。 ? 來自鍋爐高壓蒸汽通過自動調節閥組可直接送往低壓蒸汽用戶。這種連接方式在

12、特定的瞬間時，如果熱負荷剛好等於鍋爐出力時，鍋爐產生的蒸汽直接帶動用熱負荷，蒸汽蓄熱器即不充熱，也不放熱。當高壓蒸汽過剩時，就進入蓄熱器自動充熱。低壓蒸汽不足時又從蓄熱器自動放熱，補充用戶使用的蒸汽。,1、來自鍋爐的蒸汽 2、蒸汽蓄熱器 3、送低壓蒸汽用戶 4、充熱放熱公用管道,b、串聯繫統：充熱和放熱管道不相連接，高壓蒸汽必須全部經過蓄熱器後，經蓄熱器閃蒸，再進入低壓供熱系統。串聯繫統適於脈衝式或間斷式用汽的供熱系統或蓄熱器兼作為減溫減壓器使用的場合。,如轉爐煉鋼,餘熱鍋爐廢熱回收系統,、來自鍋爐高壓蒸汽 、蒸汽蓄熱器 、送往低壓用戶,，設置止回閥 為使蒸汽蓄熱器能夠自動有效地進行充熱和放熱

13、，在並聯系統的蓄熱器進汽管和放汽管上，必須設置止回閥。（串聯系統的進汽管和放熱管亦同樣）。 充熱管上設置止回閥是防止充熱時，蒸汽倒流入蓄熱器的汽空間，保證蓄熱器充熱效果; 放熱管上設置止回閥是防止放熱時，低壓蒸汽在非正常操作的情況下，倒流入蓄熱器的汽空間，保證蓄熱器放熱效果。,各種類型需求安裝示意圖,蒸汽蓄熱器與附件,本圖顯示鍋爐所有產生的蒸汽都通過了蒸汽蓄熱器，這是一般通用的設計 方式。並且也適用於瞬間用汽需求大的產業。,蒸汽蓄熱器鄰近鍋爐設備,本圖顯示鍋爐所有產生的蒸汽先經過現場用汽設備，這是遠端供應設計方式。 適用於鍋爐距離用汽設備有些距離，而蓄熱器能夠適時發揮補充的方式。,蒸汽蓄熱器遠

14、離鍋爐設備,本圖布置顯示工廠同時間需要鍋爐高壓蒸汽與低壓蒸汽，通常低壓用戶蒸汽是使用在乾燥段。這樣的配置設計可以有效確保高壓蒸汽流量，而蓄熱器則提供低壓變動負荷。,同時需要鍋爐壓力與低壓蒸汽,本圖顯示鍋爐在正常設計壓力下蒸發，例如10Bar、蒸汽供給變化的負荷如不超過5Bar。減壓閥A在鍋爐分配器與分配器主管路間減壓，對5Bar管線感應的壓力做出反應。 如果蒸汽需求超過了鍋爐的供汽能力，並且壓降至4.8Bar以下時閥門B開始打開補充供應。 閥門C是壓力維持閥，對鍋爐壓力做出反應。如果設備壓力需求減少鍋爐壓力上升，壓力維持閥C打開、蒸汽壓力進入到蓄熱器項最大壓力充汽。,為確保蒸汽蓄熱器或是其相關

15、設備需要維護保養/維修/停用時。並提供蒸汽蓄熱器能被安全的隔離，因此裝置壓力維持旁路設計是必需要的安全保護。,蓄熱器旁路設計布置(控制閥未顯示),，蓄熱器的供水和放水蓄熱器在調試運行時，需向蓄熱器中至少注入5065的軟化水，正常運行中，充水量要達到7585為宜，水量低於75時，要注水（自動控制）水量高於90時，要放水（自動控制，由溢流口放水）。在過熱蒸汽的供熱系統中，進入蓄熱器高壓蒸汽是過熱蒸汽。而蓄熱器放熱的蒸汽是飽和蒸汽，這樣會導致出現剩餘的熱量。這些熱量會使水空間有更多過飽和水揮發成蒸汽。隨著充，放熱連續不斷進行，水位會降低。因此要定期（一般在三個月左右）向蓄熱器補水，補水（軟化水）可從

16、給水系統接入。在飽和蒸汽供熱系統的蓄熱器中，由於低壓蒸汽的汽化潛熱高於蒸汽的汽化潛熱，經過蓄熱器不停的充，放熱過程，蓄熱器水位會升高。因此蓄熱器在長期運行時，必須定期放水，在正常運行情況下，一般三個月左右。蓄熱器放出的水是溫度較高的熱水，應接入鍋爐除氧水箱或鍋爐給水箱中，回收利用。,六，增設蒸汽蓄熱器的工程實例和經濟效益。,1、蓄熱器的應用範圍：,，國家級節能環保的產業政策：原中國家計委，中國家經貿委，中國家科委聯合製定並頒布：“中國節能技術政策大綱”，計交能字1996 905號文件，明確指出：提高用熱設備的熱效率和供熱系統的熱效率，改造落後的用熱工藝設備。大量用汽的工業企業（如造紙，製糖，印染，食品等）在動力供應方面，宜採用“以熱定電，熱電結合“的方式，實現蒸汽熱能的梯級利用，對熱負荷波動較大的供熱系統，推薦使用蓄熱器。由此可見：推廣使用蒸汽蓄熱器是貫徹節省能源，保護環境的重大實施措施。,、增設蒸汽蓄熱器的充分必要條件 一是：蒸汽作為生產動力的; 二是：熱負荷有較大波動的。 凡是符合上述條件的國民經濟生產領域，生活領域皆可增設蒸汽蓄熱器。 特別適合應用於：,