蒸汽蓄热器介绍

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 1讲解：XX2021/3/10 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 GB15

2、0-1998鋼製壓力容器國家標 準。 2讲解：XX2021/3/10 3讲解：XX2021/3/10 應用蒸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。 4讲解：XX2021/3/10 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

3、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，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。 5讲解：XX2021/3/10 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

4、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

5、過程。 6讲解：XX2021/3/10 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， 亦稱為變壓式蒸汽蓄熱器。 7讲解：XX2021/3/10 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

6、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 8讲解：XX2021/3/10 蓄熱量的計算： 蒸汽蓄熱器平衡熱負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，

7、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 9讲解：XX2021/3/10 波動負荷曲線D=f(t)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： 10讲解：XX2021/3/10 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

8、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） 11讲解：XX2021/3/10 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1.27

9、Mpa，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）

10、 12讲解：XX2021/3/10 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

11、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。 13讲解：XX2021/3/10 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、86kg/m3、118kg/m3； 如充熱壓力 p1為5.0Mpa，放熱壓力p

12、2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14讲解：XX2021/3/10 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 式在特定的瞬間時，如果熱負荷剛好等於鍋爐出力時，

13、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 15讲解：XX2021/3/10 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

14、，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。 16讲解：XX2021/3/10 各種類型需求安裝示意圖 蒸汽蓄熱器與附件 17讲解：XX2021/3/10 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 18讲解：XX2021/3/10 本圖顯示鍋爐所有產生的蒸汽先經過現場用

15、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。 蒸汽蓄熱器遠離鍋爐設備 19讲解：XX2021/3/10 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 20讲解：XX2021/3/10 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

16、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。 21讲解：XX2021/3/10 為確保蒸汽蓄熱器或是其相關設備需要維護保養/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) 22讲解：XX2021/3/10 ，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

17、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。 23讲解：XX2021/3/

18、10 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。 24讲解：XX2021/3/10 、增設蒸汽蓄熱器的充分必要條

19、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： （1）、熱負荷波動較大的工業企業供熱系統（如造紙，製糖，冶金， 化工，熱電等工業企業） （2）、間斷性產生熱源供熱系統。 （如轉爐煉鋼廢熱回收、垃圾電廠） （3）、需要儲存定量蒸汽，隨時供應緊急用熱的供熱系統（發電廠故障 處理、冬季極端天氣時尖峰供熱）。 （4）、瞬間耗用大量蒸汽的供熱系統（如真空技術、軍工技術）。 （5）、供熱不足的老企業增加供熱能力的技術改造。 25讲解：XX2021/3/10 眾所周知：按照現行工業企業供熱的技術規範：GBJ41-

20、79：工業企業鍋 爐房供熱能力，是按企業生產工藝要求的最大熱負荷Qmax設計的,為確保 安全可靠，又另加設了備用鍋爐。如果能夠採用按平均熱負荷Qnpc確定 鍋爐容量（鍋爐容量：可以小於最大熱負荷，但必須略大於或等於平均熱 負荷）加上增設相應容量的蒸汽蓄熱器。通過蓄熱器充、放熱，平衡熱負 荷的波動，滿足最大熱負荷供熱需要。這樣一來，勢必減小了鍋爐的容量， 減少了鍋爐的數量。從而大大減少了基建投資及實際運用費用。節能環保， 意義重大，不可估量。因此對老企業增加供熱能力的改造，不再需要增加 鍋爐，只需要增加相應容量的蒸汽蓄熱器。 如果： Qmax : Qnpc 為3:2 可省去相同容量的鍋爐一台。

21、Qmax : Qnpc 為3:1 可省去相同容量的鍋爐兩台。 式中： Qmax為24小時熱負荷曲線的最大值； Qnpc為24小時熱負荷曲線的平均值 （此平均值為熱負荷曲線積分的平均值，而不是最大熱負荷 和最小熱負荷算術平均值）。 26讲解：XX2021/3/10 典型的批次製程設備蒸汽流量圖 圖表中所顯示瞬間蒸汽峰值負荷都在平均負荷以上。對鍋爐設備一個 突然的負荷需求導致鍋爐壓力下降。峰值負荷和接著壓力下降對工廠 的製程生產有嚴重的後果。 27讲解：XX2021/3/10 在最壞的情況下：鍋爐設備因為快速蒸發引起鍋爐水位上升，緊接著因為 假水位導致鍋爐的崩潰停機。 最好的情況是：產生濕蒸汽和蒸汽中攜帶大量的爐水引發水鎚現象，致使 鍋爐壓力下降，最後導致工廠： 延長製程時間。 生產產量減少，甚至損壞或損失產品。 蒸汽主管水鎚現象引起管道和閥類與附件的損壞，並可能造成人身傷害。 而長期鍋爐設備處於峰值負荷也會導致設備： 鍋爐設備高維護工作量。 縮短鍋爐使用壽命。 降低鍋爐燃燒效率，增加燃料使用量徒耗大量成本。 28讲解：XX2021/3/10 鍋爐未使用蒸汽蓄熱器 鍋爐使用蒸汽蓄熱器與溢流閥 29讲解：XX2021/3/10 具體分析