估计蒸汽耗量的方法

《估计蒸汽耗量的方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《估计蒸汽耗量的方法（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、估计蒸汽耗量的方法 式中: Q = 热量 (kJ)；m = 物质的质量 (kg)； c p = 物质的比热 (kJ /(kg)；?T = 物质的上升温度 ()。 估计蒸汽耗量的方法 蒸汽系统的优化设计很大程度上取决于是否能精确估计蒸汽的用量。这样才可以计算蒸汽的管道口径和各种附件的口径如控制阀、疏水阀等，以达到最佳的效果。确定工厂的蒸汽负荷可以有不同的方法： 计算 - 使用传热公式可以分析设备的热输出，可以估计蒸汽的耗量。虽然传热的计算不是非常精确（同时可能有很多未知的变量），但可以使用从相类似应用得出的经验数据。使用这种方法得到的数据对大多数应用来说的精度已经足够。 计量 - 蒸汽的耗量可以

2、使用流量测试设备直接测量。这对于现有的设备可以得到足够精确的数据。但对于尚处于设计阶段或没投入使用的的设备来说，这种方法意义不大。 额定热功率 - 额定热功率（或设计额定值）通常标志在工厂各个设备的铭牌上，该数据由设备制造商提供。这些额定值通常以kW表示的热量输出，以kg/h表示的蒸汽耗量取决于使用的蒸汽压力。 任何参数的变化都会改变预期的热量输出，这意味着额定热功率或设计额定值和连接设备的负荷（蒸汽耗量）将不会相同。制造商标出的额定值是一种理想能力的表示，没必要和连接设备的负荷相等同。 计算 在大多数情况，蒸汽中的热量用来做两件事：使产品温度改变，也就是说提供“加热”部分。 来维持产品的温度

3、（由于自然的热量损失或设计的热量损失），也就是说提供“热量损失”部分。 在任何加热制程中，由于产品温度的上升，“加热”部分将减少，并且加热盘管和产品之间的温差减小。但是，因为产品温度的上升热量损失部分将会增加，更多的热量将从容器或管道损失到环境中。任何时候需要的总热量是两部分之和。 计算加热物质所需热量的公式（公式2.1.4）可以适用于绝大多数的传热制程。 此公式的原始形式可以用来计算整个制程需要的总热量。但是，这种形式没有考虑传热率。为了确定传热量，将各种形式的换热应用分成两大类： 没有流动的应用 - 被加热的产品质量恒定、在一定的容器内单批加热。 流动形式的应用 - 被加热的流体连续地通过

4、换热表面 。 没用流动的应用 在没有流动的应用中，被加热流体在一定的容器内单批加热。容器内的蒸汽盘管或环绕容器的蒸汽夹 套构成加热面。这种典型的应用实例如图2.6.1所示的热水储存式换热器或大型的储油罐 - 黏性的油在泵 送前必须加热降低黏度。有些制程是用来加热固体，典型的实例如轮胎压机、洗衣房烫机、硫化机和高压灭菌器。在有些非流动的应用中加热时间不重要且可以忽略，但对有些应用例如水箱和硫化机，加热时间 不仅很重要而且对制程非常关键。 w w w .b z .c o m 图2.6.1 热水储存式换热器-没有流动的应用 蒸汽 热水储存式换热器 式中: = 平均换热功率 (kW (kJ /s)；m

5、 = 流体质量 (kg)； c p = 产品的比热 (kJ /(kg)；?T = 流体的温度上升 ()；t = 加热制程的时间 (s)。 例 2.6.1 计算非流动型应用的平均换热功率 将一定质量的油在10min（600s）内从温度35加热到120。油的体积为35L，在该温度范围内比重为0.9，比热为1.9 kJ/(kg)。 确定所需的换热功率： 在标准温度和压力 (STP)下水的密度为1 000 kg/m 3。考虑两个非流动加热制程，它们需要的加热量是相同的，但加热时间不同。虽然总的换热量相同，但 换热功率不同。对于这种应用平均换热功率可以用公式2.6.1表示： 油的密度o = 0.9100

6、0 o = 900 kg/m 3 因1000L = 1 m 3，o = 900 kg/m 3 因此油的质量 = 0.935 = 31.5 kg Q = 31.5kg1.9kJ/(kg)(120-35) 600s Q = 8.48 kJ/s(8.48kW) w w w .b z f . 式中： Q = 热量 (kJ)；m s = 蒸汽质量 (kg)； h fg = 蒸汽的蒸发比焓 (kJ/kg)。 因此，蒸汽的消耗率可以由公式2.6.3确定结合换热功率，反之也然： 公式2.6.1可以应用于被加热介质是固体、液体或者气体的使用场合，但没有考虑相变产生的热量。对于给定质量的蒸汽所提供的热量可以用公式

7、2.6.2表示： 在这里如故假定热量传递的效率为100%，那么蒸汽提供的热量必须和被加热介质需要的热量相等。这 样可以产生一个热量平衡公式： 一次侧 = Q = 二次侧 例 2.6.2 一个油箱中装有400 kg的煤油，在20min内从10加热到40，使用4 bar g 的蒸汽。在该温度范围 内煤油的比热为2.0 kJ/(kg)， 4.0 bar g下饱和蒸汽的蒸发比焓为 2108.1 kJ/kg。油箱保温良好，热量损失可以忽略不计。 确定蒸汽流率： Q = 400 kg2.0 kJ/(kg)(40-10) 1200s Q = 20kJ/s 因此： m s = 20 kJ/s 2108.1 k

8、J/kg m s = 0.0095 kg/s m s = 34.2 kg/h 在有些非流动型应用中，单批制程的加热时间不关键，可以接受更长的加热时间，这样可以减少蒸汽的瞬时耗量并减小所需设备的尺寸。 式中：Q = 平均换热功率 (kW或kJ /s)；m s = 平均蒸汽消耗率 (kg /s)；h fg = 蒸汽的蒸发比焓 (kJ/kg)。式中： m s = 平均蒸汽耗量 (kg /s)；h fg = 蒸汽蒸发比焓 (kJ/kg)；Q = 平均换热功率 (kW (kJ/s)； m = 二次侧流体质量 (kg) ；c p = 二次侧流体比热 (kJ/(kg)；?T = 二次侧温升 ()； t =

9、加热制程时间 (s)。w w w .b z f w .c 流动型应用 典型的应用包括管壳式换热器，如图2.6.2所示 (也称为非储存式换热器)，主要用来为加热系统或工业制程提供热水。其它的应用如空气加热组，蒸汽在其中释放能量连续加热通过的空气。 冷水进口 = 产品流率 = 恒定 C p = 比热 = 恒定因此： Q?T m T 因为流率是单位时间, 公式2.6.1中二次侧流率可表示为： m T 图2.6.3给出了在稳定的二次侧流量下换热器内的温度分布。换热器内的冷凝温度可以认为恒定不变的(T s )，被加热流体从进口温度T 1上升到出口温度T 2。 对于二次侧流量稳定的工况，需要的热负荷 (Q

10、)和产品温升 (?T)成正比。使用公式 2.6.1： 图2.6.2 非储存式换热器 图2.6.3 换热器内的典型温度分布 T 2 .b . Q = 平均换热功率 (kW)；m = 平均二次侧流率 (kg /s)； c p = 二次侧流体的比热 (kJ/(kgK)或(kJ/(kg)；?T = 二次侧流体温度上升 (K或)。 对于连续流动的应用其热平衡方程式可表示为： 一次侧 = Q = 二次侧 它可以表示为m，m是二次侧流体流率（kg/s），公式2.6.1可变为公式2.6.5。 式中： m s = 平均蒸汽耗率 (kg /s)；h fg = 蒸汽蒸发比焓 (kJ/kg)；Q = 平均换热功率 (

11、kW (kJ/s)；m = 二次侧流体流率 (kg /s)；c p = 二次侧流体比热 (kJ/(kg)；?T = 二次侧流体温度上升 ()。式中： m s = 平均蒸汽耗量 (kg /s)； m = 二次侧流体流率 (kg /s)；c p = 二次侧流体比热 (kJ/(kg)； ?T = 二次侧流体温度 ()； h fg = 蒸汽的蒸发比焓 (kJ/kg)。 平均蒸汽耗量 相应地蒸汽的平均耗量也可以根据公式2.6.6表示为公式2.6.8。 因为，平均传热量本身需要根据质量流率、比热和温度上升计算所得，因此使用公式2.6.7更加方 便。 例 2.6.3 使用3 bar g的干燥饱和蒸汽将恒定流

12、率为1.5 l/s的水从10加热到60。3 bar g 下蒸汽的蒸发比焓为2133.4 kJ/kg，水的比热为4.19 kJ/(kg)。 式中： .b x w .c m s = 1.54.19(60-10) 2133.4 m s = 0.1473 kg/s m s = 530 kg/h 在启动阶段，进口温度T 1可能比满负荷时的期望的进口温度要低，因此需要更多的热量。如果暖机时 间对制程很重要，选择换热器时需要考虑这部分增加的热量需求。但是，对于流动型应用的设计计算时，启动负荷通常可以忽略，同时因为启动不会很频繁，其达到设计工况的时间不是很重要，因此 换热器换热面的设计通常根据实际的运行负载进

13、行。 对于流动型应用，从系统向环境的热量损失通常要远远小于非流动型换热设备，可以忽略不计。但如果热损失很大，当计算换热表面时应该考虑平均热损失（主要是分配管网系统的热损失）。 暖机和热损失部分 对于任何加热过程，暖机热损失将随产品温度的上升而不断减少，通过换热盘管的温差也不断减少。但整体热损失将随着产品和容器设备温度的上升而增加，通过容器或管道向环境的散热损失增加。任何时候总的热需求为这两部分之和。 如果换热面的选型只是考虑启动的热损失，有可能没有足够的热量提供给制程以达到期望的温度。如果考虑这两部分的热损失然后选择换热器，则可以满足应用的总热量需求。有时，例如大型的油储存罐，有必要考虑油储存的温度要低于需要的泵送温度，这可以大大减少从储存罐表面的热损失。当需要泵送时，需要考虑另外一种加热形式，如安装一个出口换热器，如图2.6.4所示。 换热单元设计嵌入油箱内，并只是对马上需要被泵送的油进行加热，因此，只有在油被泵送时需要热量。由于整个油箱的温度很低，可以不需要保温。流出口换热器的大小取决于油箱内油的温度、需要被泵 送的温度和泵送流量。