变压式蒸汽蓄热器的研究

变压式蒸汽蓄热器的研究

作为系统动力和水源，蒸汽热量广泛应用于许多行业，如石油、化工、医药、印刷、造纸、能源、供暖等。下游用汽系统的性质和工艺过程的要求经常会导致蒸汽消耗的变化，有时变大。如果蒸汽源（锅炉）直接连接到用汽系统，则锅炉的运营负荷会发生变化，因此需要经常燃烧和加热。随着锅炉燃烧量的降低和燃烧效率的降低，影响了公司的效率。因此,如何实现锅炉稳定燃烧而又保证下游用户的需求,这就希望在锅炉和用汽系统之间安装一种装置,以求达到供需双方连续而稳定的平衡,从而保持总负荷的均衡,提高锅炉的燃烧效率,节约能源。这种装置就是人们在实践中摸索、试制而成的蒸汽蓄热器。1槽内高压饱和水的产生蒸汽目前广泛使用的是变压式蒸汽蓄热器,它主要是利用水随温度、压力变化而蓄放热的原理。图1为变压式蒸汽蓄热器工艺流程简图。当用汽系统蒸汽消耗量减少时,蓄热系统管道上的入口阀门自动开启,锅炉过剩的高压蒸汽通过蓄热槽内的分配管入槽体。喷入的高压蒸汽被凝结吸收于槽内的水中,热量随着水温的逐渐升高而被贮积起来,槽内的水逐渐变成饱和水。随着槽内水温的升高,蓄热槽内的压力也增加,温度与压力相对应,一直上升到该温度下的饱和压力。当蓄热槽内的压力达到锅炉常用的上限压力时,蓄热作用停止,此时,贮存的高压饱和水所蕴含的热量是蓄热器所能存储的最大值。与此相反,当系统蒸汽消耗量超过锅炉蒸发量时,蓄热系统槽内的高压饱和水就会自蒸发产生蒸汽,补充锅炉供汽不足的部分。饱和水压力下降,对应的饱和温度也下降,蓄热器存储热能量减少,由于压力下降所引起的自蒸发现象是变压式蒸汽蓄热器的特征。2u3000汽化设备的要求如果蒸汽蓄热装置,每单位容积饱和水的吸收蒸汽量用Zth表示,自蒸发的蒸汽量用Xth表示,则: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——蒸汽蓄热器内单位容积饱和蒸汽的吸收量,kg;gt0——蒸汽蓄热器初期单位容积的饱和水量,m3;gve——蒸汽蓄热器内单位容积饱和蒸汽的蒸发量,kg;Ta0——蒸汽蓄热器内初期的温度,K;Tc——用汽系统消耗蒸汽的温度,K;Ts——蒸汽蓄热器某一时刻的温度,K;i′——饱和水的焓,kJ/mol;i″——饱和蒸汽的焓,kJ/mol。ρs——单位体积饱和水的蒸发量,一般为1kg/m3。3蓄热器容量在明确蒸汽利用系统上每个分支系统的用汽负荷,做出具体的蒸汽消耗曲线的基础上,就能决定蓄热器的蓄热量与必须的蒸发量。蓄热器的容量(Vs),可按式(3)进行计算:Vs=Vy=gxρz(3)Vs=Vy=gxρz(3)式中Vs——蓄热器的容量,m3;Vy——拥有水量,m3;gx——需要的蒸汽量,kg;ρz——单位体积饱和水的自蒸发量,kg/m3。蒸汽蓄热器的容量可以用拥有水量来表示,但考虑蓄热器内装有一些装置,则蓄热器的总容积以拥有水量的1.1倍为宜。4同容量蓄热器容量的确定多数蓄热器采用卧式圆筒形结构,但具体形式和尺寸也要考虑现场安装情况等因素,从利于保温的角度来看,同容量的蓄热器以表面积最小为好;从节能的观点出发,蓄热器最好放在室内,如果考虑向大型化发展,也可以安装在室外,但必须从设计、施工上加强保温。5蒸汽蓄热器的应用,受热压众所周知,工业的高速发展必然带来能源的大量消耗,在被消耗的能源中80%～90%转换为一次热能被利用,而其中作为热媒的蒸汽,使用的比例非常高,因此,蒸汽利用系统的合理性,必须引起大家的高度重视。蒸汽蓄热器的发展方向,主要是大型化。在国外它的用途正在逐步扩大,作为太阳能积集,垃圾焚烧及其它排热回收等设备的热量贮存装置,正在研究开发中。可以预测,它将是一种重要的有前途的节能装置。6续而稳定的供用汽平衡(1)蒸汽蓄热器是实现锅炉和用汽系统平稳连接的桥梁,能够达到供需双方连续而稳定的供用汽平衡,从而保持锅