蒸汽蓄热器

一、概述▲蒸汽蓄热器是贮存蒸汽热能的一种热力设备。用于热负荷波动较大的供汽系统，可对波动负荷平衡供汽，使锅炉运行负荷稳定。用于余热利用系统，能有效地回收热量，大力推广，广泛应用蒸汽蓄热器，节能效果显著，环保效果明显。据工程实例统计：一般可节省燃料5%-20%左右。▲常用的蒸汽蓄热器是一种带有过热装置变压式蓄热器，借助于工作压力的变化，蓄热器进行充热和放热。▲蓄热器属于压力容器，其设计、制造、安装、使用和管理都必须严格执行《压力容器安全监察技术规程》及GB150-1998《钢制压力容器》国家标准。12▲应用蒸汽蓄热器的必要条件：①、用汽热负荷有频繁的较大幅度的波动，这种波动有一定的周期性或呈现交变出现的最大峰值和最小负荷；②、汽源压力必须高于用汽设备需要的压力。这种压力差越大，蓄存定量蒸汽的蓄热器的容积越小，节约效果越好，一般要求最低压力差：0.29Mpa。③、汽源的供汽能力（额定出力）必须略大于平均用汽负荷。3二、蓄热器结构：蒸汽蓄热器是圆筒形卧式压力容器，是由筒体、封头、支座等部件组成。蓄热器的蓄热装置是由蒸汽分配管和若干加热筒所组成。每组加热筒又由12个高压喷嘴及双层结构，内部为孔板式扇形圆筒所组成。充热时，蒸汽在加热筒内。高压喷嘴将高压蒸汽喷入水中，通过热交换提高水温。由于加热筒的作用，低温热水由加热筒下部进入，被加热的水从加热筒的上部流出，水在每组加热筒及高压喷嘴周围流动，形成三个循环，搅动水空间，使水均匀加热。蒸汽蓄热器运行中压力梯度、温度梯度必须达到：蒸汽蓄热器主要受压部件：封头及筒身材质应采用Q345R钢板制作。℃3tMpa3.0p双层结构，内部为孔板式加热筒和高压喷嘴均采用304不锈钢制作。4三、蒸汽蓄热器的工作原理：蒸汽蓄热器一般安装于锅炉与用汽设备之间，以平衡用汽设备负荷的波动。使用时内部装有65%~85%的软化水，水面以上为蒸汽空间，蓄热器运行中，充热是由蒸汽变成热水（饱和水），放热是由饱和水变成闪蒸蒸汽（二次蒸汽）来实现的。▲当用汽设备用热负荷小于锅炉额定蒸发量即产汽量时，锅炉供热管压力升高，蒸汽通过内部充热装置，喷入蓄热器的水中。由于汽温高于水温蒸汽迅速凝结放热，使蓄热器水温升高，同时水位也上升，相应的汽空间的饱和蒸汽压力也升高了，这是蓄热器的充热过程。5▲当用汽设备用热负荷高于锅炉的额定出力时，锅炉供汽管中的压力会降低，一直降到低于蓄热器空间饱和压力时，蓄热器中的饱和水成为过热水，将自行闪击蒸发放热，水位下降产生的二次蒸汽以补充供给设备用汽，这是蓄热器放热过程。▲充热过程是蒸汽蓄热器中饱和蒸汽压力提高和饱和水温上升的过程。▲放热过程是蒸汽蓄热器中饱和蒸汽压力降低和饱和水温下降的过程。由此可见，蒸汽蓄热器工作时，蓄热器内部压力是在不断地变化中，因此，亦称为变压式蒸汽蓄热器。64、蓄热器工程设计、计算：①、蓄热器容积的计算在选用蓄热器时，常进行可行性经济分析，为此必须先计算出平衡热负荷波动所需要的蒸汽蓄热器的容积，然后进行产品的选择及投资估算：蒸汽蓄热器容积的计算，主要决定于：蓄热器的运行压力；蒸汽蓄热器的容积按下式计算：充水系数是指蓄热器内部水容积与总容积的比值。取小时，使蓄热器的体积增大；取大时，造成饱和蒸汽严重带水和吊水现象，实际运行充水系数采用0.65~0.85。式中V：蓄热器的容积（m3）G0：蓄热量（蒸汽）（kg/m3）：蓄热器充水系数0.65~0.85：蓄热器运行效率0.95~0.9900VqG7②蓄热量的计算：蒸汽蓄热器平衡热负荷波动必要的蓄热量，是根据用户24小时综合热负荷曲线及锅炉实际出力，进行分析计算得来的。由于蒸汽蓄热器应用场合不同，或者用户热负荷变化的性质不同，蓄热量计算方法也不同。常用的计算方法有如下三种：A：曲线积分法，计算蓄热量：依据用户24小时综合热负荷曲线，求出其平均热负荷曲线，然后根据24小时热负荷波动曲线与平均热负荷曲线间的变化差值进行积分，得出积分曲线，积分曲线上的最高点和最低点的绝对值，即为蒸汽蓄热器平衡波动热负荷必须的计算蓄热量。8波动负荷曲线D=f(t)的平均负荷，按下式计算000)(Ditdttft式中：Di：平均负荷（kg/h）t0：总的时间（h）按照24小时热负荷曲线计算波动负荷曲线D=f(t)的函数性质一般不易于数学公式表达，故曲线面积可采用面积仪或近似面积分割法求出。dt)(0tDiD9dt0）（tiDDG蓄热器平均波动热负荷必需的蓄热量积分曲线：10B、高峰负荷法计算蓄热量：高峰负荷计算法是以用汽设备在高峰负荷最大持续时间内蒸汽用量作为依据，减去锅炉在高峰期最大供汽量，即为蓄热器计算蓄热量。这种方法常用于具有突出的高峰负荷的用户，如造纸、制糖、纺织、印染、橡胶、食品等行业及科学试验。具体蓄热量计算：G0：计算蓄热量（蒸汽）量（kg）Dmax：用汽设备最大耗汽量（kg/h）Dg：锅炉（余热锅炉）额定蒸发量（kg/h）t：高峰负荷持续时间（min）60)D-(D=Ggmax0t11C、充热时间法计算蓄热量：如转炉炼钢必须采用纯氧顶吹工艺以提高冶炼温度，缩短冶炼时间，于是冶炼烟气（废气）温度高达800℃-1200℃，利用蒸汽蓄热器回收废热加以利用。80t转炉，小时产汽量20t（压力为1.27Mpa，温度194℃）。120t转炉，小时产汽量40t（压力为2.45Mpa，温度225℃）。180t转炉，小时产汽量60t（压力为2.45Mpa，温度225℃）。因为转炉炼钢是周期性操作，产汽只在吹氧时发生，故为间断性热源，时有时无，时大时小，在未采用蒸汽蓄热器之前，全部排空放散，应用蓄热器的独特功能，是把间断性热源变成连续性热源，废热全部得以回收综合利用。对于废热回收场合需要的蒸汽蓄热器，要求在一定的时间内，吸收全部废热蒸汽，因此可采用充热时间作为依据，计算蒸汽蓄热器的蓄热量：60G0tDi式中G0：计算蓄热量（kg）Di：废热平均排出量（产汽量）（kg/h）t:充热时间（min）12③单位水容积蓄热量的计算单位水容积蓄热量与充热、放热的压差成正比，压差越大，节能效果越好。但是充热、放热压差受到供热系统的供热与用热设备限定的工作压力的约束。蒸汽蓄热器充热压力必须依照锅炉工作压力（或最高工作压力）来设定，并考虑系统运行阻力；蒸汽蓄热器放热压力必须满足用户工作压力的需求；充热压力P1=锅炉工作压力Pg减去锅炉至蓄热器入口处管道阻力ΔP1;放热压力P2=用户最低工作压力Pc加上蓄热器至热用户管道阻力ΔP2；蓄热器充热至蒸汽蓄热器放热出口阻力损失约为：0.05Mpa单位容积蓄热量按下式计算：P1为蓄热器充热压力、P2为蓄热器放热压力'1i'2i''1i''2i式中：q0：单位饱和水压降p1→p2产生的蒸汽量（kg/kg）；分别为压力为p1和p2时饱和蒸汽的焓值。分别为压力P1和P2时饱和水的焓值（KJ/kg）；''21)''''(''q221210iiiii13如充热压力p1为13kg/cm2、16kg/cm2、25kg/cm2;放热压力p2为6kg/cm2、单位体积产汽量：53kg/m3、69kg/m3、109kg/m3;如充热压力p1为25kg/cm2、39kg/cm2、50kg/cm2；放热压力p2为13kg/cm2、单位体积产汽量：62kg/m3、86kg/m3、118kg/m3；如充热压力p1为5.0Mpa，放热压力p2为1.27Mpa；00VqG95.075.01186500042003m3m95.075.011810001.36在要求蒸汽蓄热器，平衡热负荷波动幅度65t(即贮汽65t)情况下==773.12m3=800在要求蒸汽蓄热器，平衡热负荷波动幅度36.1t(即贮汽36.1t)情况下：故选用为宜则可选用容积200m3蒸汽蓄热器2台1400VqG==429.38m3五、蒸汽蓄热器的管路系统：①、蒸汽蓄热器的连接方式：分为并联和串联两种，采用何种形式必须根据供热系统负荷变化的特点选用。a、并联系统：蓄热器的充热管与放热管相联通,中间用截止阀控制。来自锅炉高压蒸汽通过自动调节阀组可直接送往低压蒸汽用户。这种连接方式在特定的瞬间时，如果热负荷刚好等于锅炉出力时，锅炉产生的蒸汽直接带动用热负荷，蒸汽蓄热器即不充热，也不放热。当高压蒸汽过剩时，就进入蓄热器自动充热。低压蒸汽不足时又从蓄热器自动放热，补充用户使用的蒸汽。1、来自锅炉的蒸汽2、蒸汽蓄热器3、送低压蒸汽用户4、充热放热公用管道15b、串联系统：充热和放热管道不相连接，高压蒸汽必须全部经过蓄热器后，经蓄热器闪蒸，再进入低压供热系统。串联系统适于脉冲式或间断式用汽的供热系统或蓄热器兼作为减温减压器使用的场合。①、来自锅炉高压蒸汽②、蒸汽蓄热器③、送往低压用户如转炉炼钢,余热锅炉废热回收系统16②、设置止回阀为使蒸汽蓄热器能够自动有效地进行充热和放热，在并联系统的蓄热器进汽管和放汽管上，必须设置止回阀。（串联系统的进汽管和放热管亦同样）。充热管上设置止回阀是防止充热时，蒸汽倒流入蓄热器的汽空间，保证蓄热器充热效果；放热管上设置止回阀是防止放热时，低压蒸汽在非正常操作的情况下，倒流入蓄热器的汽空间，保证蓄热器放热效果。17③、蓄热器的供水和放水蓄热器在调试运行时，需向蓄热器中至少注入50%~65%的软化水，正常运行中，充水量要达到75%~85%为宜，水量低于75%时，要注水（自动控制）水量高于90%时，要放水（自动控制，由溢流口放水）。在过热蒸汽的供热系统中，进入蓄热器高压蒸汽是过热蒸汽。而蓄热器放热的蒸汽是饱和蒸汽，这样会导致出现剩余的热量。这些热量会使水空间有更多过饱和水挥发成蒸汽。随着充、放热连续不断进行，水位会降低。因此要定期（一般在三个月左右）向蓄热器补水，补水（软化水）可从给水系统接入。在饱和蒸汽供热系统的蓄热器中，由于低压蒸汽的汽化潜热高于蒸汽的汽化潜热，经过蓄热器不停的充、放热过程，蓄热器水位会升高。因此蓄热器在长期运行时，必须定期放水，在正常运行情况下，一般三个月左右。蓄热器放出的水是温度较高的热水，应接入锅炉除氧水箱或锅炉给水箱中，回收利用。18蒸汽蓄热器典型并联系统：19六、蒸汽蓄热器最新技术：国家实用新型技术专利——自动微过热蒸汽蓄热器技术。专利号：ZL200620032613.4，专利人为张德时、赵宽。由于普通的蒸汽蓄热器放热时只能产生饱和蒸汽，而且，饱和蒸汽带水严重，经测试为7%~9%，不能并网使用。而在一些特殊的用热场合，往往又需要微过热的饱和蒸汽，过热温度一般要求：微过热3~5℃，有的甚至要求微过热10~15℃。如冶金转炉炼钢的供热系统中，钢包精炼炉RH炉和钢水精炼炉VD炉，都是实现真空冶炼必备设备。是为提高钢材质量，消除钢材冶炼缺陷，必不可少的措施；而真空冶炼的动力，是蒸汽喷射泵抽真空的操作，能使钢水表面形成150mmH2O柱的低真空，使钢水里面的有害气体、杂质迅速逸出钢水表面，予以清除，实现真空冶炼的目的。而蒸汽喷射泵使用的高压饱和蒸汽就要求微过热3℃~5℃。除此之外，饱和蒸汽发电，并入热网及军工试验场合也有饱和蒸汽微过热的要求。20如何实现蒸汽蓄热器放热的饱和蒸汽变成过热的饱和蒸汽，微过热达到3~5℃，甚至达到10~15℃，专利核心技术有四点：①、改变普通蒸汽蓄热器的高压喷嘴为渐缩渐扩型：Φ8→Φ3→Φ6。②、改变普通蓄热器单层结构的循环筒为双层结构的加热筒，由一层圆筒状，改为双层内部结构为孔板式的扇形加热筒，由原来一个单纯混合循环变成三个加热循环，并且能够达到压力梯度，，温度梯度。以上四点为自动微过热蒸汽蓄热器的核心技术。自动微过热蒸汽蓄热器不仅适合于任何使用场合，亦能满足某些特殊场合的需要：如真空冶炼、饱和蒸汽发电、大型热网并网使用，现已被冶金行业、电力行业、机械制造行业等多家企业采用，深受好评。℃3tMpa3.0p③、改变普通蓄热器集汽罐的结构，除增加两级汽水分离装置外，还增设了拉伐尔过热管，通过改变蒸汽流速，绝热膨胀，提高蒸汽自身温度。④、增设热管加热器