變壓式蒸汽蓄熱器的研究

作為系統動力和水源，蒸汽熱量廣泛應用于許多行業，如石油、化工、醫藥、印刷、造紙、能源、供暖等。下游用汽系統的性質和工藝過程的要求經常會導致蒸汽消耗的變化，有時變大。如果蒸汽源（鍋爐）直接連接到用汽系統，則鍋爐的運營負荷會發生變化，因此需要經常燃燒和加熱。隨著鍋爐燃燒量的降低和燃燒效率的降低，影響了公司的效率。因此,如何實現鍋爐穩定燃燒而又保證下游用戶的需求,這就希望在鍋爐和用汽系統之間安裝一種裝置,以求達到供需雙方連續而穩定的平衡,從而保持總負荷的均衡,提高鍋爐的燃燒效率,節約能源。這種裝置就是人們在實踐中摸索、試制而成的蒸汽蓄熱器。1槽內高壓飽和水的產生蒸汽目前廣泛使用的是變壓式蒸汽蓄熱器,它主要是利用水隨溫度、壓力變化而蓄放熱的原理。圖1為變壓式蒸汽蓄熱器工藝流程簡圖。當用汽系統蒸汽消耗量減少時,蓄熱系統管道上的入口閥門自動開啟,鍋爐過剩的高壓蒸汽通過蓄熱槽內的分配管入槽體。噴入的高壓蒸汽被凝結吸收于槽內的水中,熱量隨著水溫的逐漸升高而被貯積起來,槽內的水逐漸變成飽和水。隨著槽內水溫的升高,蓄熱槽內的壓力也增加,溫度與壓力相對應,一直上升到該溫度下的飽和壓力。當蓄熱槽內的壓力達到鍋爐常用的上限壓力時,蓄熱作用停止,此時,貯存的高壓飽和水所蘊含的熱量是蓄熱器所能存儲的最大值。與此相反,當系統蒸汽消耗量超過鍋爐蒸發量時,蓄熱系統槽內的高壓飽和水就會自蒸發產生蒸汽,補充鍋爐供汽不足的部分。飽和水壓力下降,對應的飽和溫度也下降,蓄熱器存儲熱能量減少,由于壓力下降所引起的自蒸發現象是變壓式蒸汽蓄熱器的特征。2u3000汽化設備的要求如果蒸汽蓄熱裝置,每單位容積飽和水的吸收蒸汽量用Zth表示,自蒸發的蒸汽量用Xth表示,則:Zth(Ta0?Tc)=gvagt0=ρsi′(Ts)?i′(Ta0)i′′(Ts)?i′(Ts)(1)Xth(Ta0?Tc)=gvegt0=ρsi′(Ta0)?i′(Tc)i′′(Tc)?i′(Tc)(2)Ζth(Τa0?Τc)=gvagt0=ρsi′(Τs)-i′(Τa0)i″(Τs)-i′(Τs)(1)Xth(Τa0?Τc)=gvegt0=ρsi′(Τa0)-i′(Τc)i″(Τc)-i′(Τc)(2)式中gva——蒸汽蓄熱器內單位容積飽和蒸汽的吸收量,kg;gt0——蒸汽蓄熱器初期單位容積的飽和水量,m3;gve——蒸汽蓄熱器內單位容積飽和蒸汽的蒸發量,kg;Ta0——蒸汽蓄熱器內初期的溫度,K;Tc——用汽系統消耗蒸汽的溫度,K;Ts——蒸汽蓄熱器某一時刻的溫度,K;i′——飽和水的焓,kJ/mol;i″——飽和蒸汽的焓,kJ/mol。ρs——單位體積飽和水的蒸發量,一般為1kg/m3。3蓄熱器容量在明確蒸汽利用系統上每個分支系統的用汽負荷,做出具體的蒸汽消耗曲線的基礎上,就能決定蓄熱器的蓄熱量與必須的蒸發量。蓄熱器的容量(Vs),可按式(3)進行計算:Vs=Vy=gxρz(3)Vs=Vy=gxρz(3)式中Vs——蓄熱器的容量,m3;Vy——擁有水量,m3;gx——需要的蒸汽量,kg;ρz——單位體積飽和水的自蒸發量,kg/m3。蒸汽蓄熱器的容量可以用擁有水量來表示,但考慮蓄熱器內裝有一些裝置,則蓄熱器的總容積以擁有水量的1.1倍為宜。4同容量蓄熱器容量的確定多數蓄熱器采用臥式圓筒形結構,但具體形式和尺寸也要考慮現場安裝情況等因素,從利于保溫的角度來看,同容量的蓄熱器以表面積最小為好;從節能的觀點出發,蓄熱器最好放在室內,如果考慮向大型化發展,也可以安裝在室外,但必須從設計、施工上加強保溫。5蒸汽蓄熱器的應用,受熱壓眾所周知,工業的高速發展必然帶來能源的大量消耗,在被消耗的能源中80%～90%轉換為一次熱能被利用,而其中作為熱媒的蒸汽,使用的比例非常高,因此,蒸汽利用系統的合理性,必須引起大家的高度重視。蒸汽蓄熱器的發展方向,主要是大型化。在國外它的用途正在逐步擴大,作為太陽能積集,垃圾焚燒及其它排熱回收等設備的熱量貯存裝置,正在研究開發中。可以預測,它將是一種重要的有前途的節能裝置。6續而穩定的供用汽平衡(1)蒸汽蓄熱器是實現鍋爐和用汽系統平穩連接的橋梁,能夠達到供需雙方連續而穩定的供用汽平衡,從而保持鍋