蒸汽蓄热器的特点及节能效益
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1115% ; (3) 供汽量充足, 保证了生产的需要; (4) 锅炉压力与供汽压力平衡, 波动范围为 ±011M Pa; (5) 一台 100m 3 蒸汽蓄热器的制造成本比 一台 4t h 锅炉少, 且节省燃煤 (假定一台 4t h 锅炉每小时耗煤以 1t 计算, 每天按两班运行, 一年运行按 330 天计算, 则一年耗煤 5280t) ;
器, 则用汽量的波动基本上可由蓄热器通过冲 效益的角度考虑, 供汽系统设置蒸汽蓄热器必
热和放热过程实现自动调节, 使锅炉在相对稳 须具备以下条件:
定的工况下运行, 从而提高锅炉运行效率。
(1) 生产用汽量有较大幅度的频繁波动;
212 经济效益
(2) 锅炉的容量可以小于最大生产用汽量,
饱和蒸汽的焓, kJ kg
i1 ′+ 2
i2′—蒸汽由冲热压力
P1
降至放热
压力 P 2 时的平均焓值, kJ kg
Χ1—冲 热 压 力 P 1 时 饱 和 水 的 密 度 ,
kg m 3
蓄热器的容积 V 按下式计算:
V = qGΥΓ m 3 式中 G —平衡供热系统负荷所必须的蓄热
量, kg 蒸汽 Υ—蓄热器的冲水系数, 通常取 017～
(6) 由于热效率提高了 1115% , 三台 4t h 锅炉年节省燃煤 182116t, 若每吨燃煤按 200 元 计, 则每年节约燃煤费用 36143 万元。 此例还证明, 蒸汽蓄热器的应用实质上增 大了锅炉供汽能力。 因此在锅炉设计时, 可不
参 考 文 献
1 程祖虞编. 蒸汽蓄热器的应用和设计. 北京: 机械工业 出版社, 1989.
的产汽量必须随着生产用汽量的变化而变化, 热量由容器内的最高压力 (蓄热过程终止时的
这样就导致了锅炉运行极不正常, 时而拼命赶 压力) 和放热压力 (放热过程终止时的压力) 之
火, 时而压火停烧, 使得锅炉热效率明显下降。 差决定。该压差称为蓄热器的压力变化范围, 压
如果在供热系统中配置了参数合适的蒸汽蓄热 力变化范围越大, 蓄热量也越大。 因此从经济
4 结论
蒸汽蓄热器是一种新型节能设备, 在锅炉 供热系统中, 借助于该设备可以自动调节锅炉 供汽和用汽之间的不平衡工况。 当生产用汽量 大于锅炉产汽量时, 蒸汽蓄热器能自动地释放 热能, 蒸发出一部分蒸汽以补充锅炉供汽的不 足; 而当生产用汽量小于锅炉的产汽量时, 其将 自动吸收多余的蒸汽。 蒸汽蓄热器的应用可以 提高锅炉的热效率, 节约燃煤, 稳定生产用汽。
因为压差越大, 蓄热器的蓄热能力和产汽能力 也越大; (4) 如果生产用汽压力与锅炉供汽压力较 接近, 则蓄热器的压力变化范围就很小, 要产生 一定的蓄热量所需的蓄热器容积将很大, 经济 效益不显著; 只有蓄热器变压范围在 013M Pa 以上, 设置蒸汽蓄热器才有显著的经济效益。
运行管理费用; (2) 锅炉运行工况稳定, 热效率提高了
2 葛永乐等编. 实用节能技术. 上海: 上海科学技术出版 社, 1990.
3 陈敏恒等编. 化工原理. 北京: 化学工业出版社, 1995.
(收稿日期: 2000203202)
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
1 蒸汽蓄热器的技术特点
111 工作原理 图 1 为昆明某啤酒厂容积为 100m 3 蒸汽 蓄热器的工作原理图。 蒸汽蓄热器的结构是一 种典型的储存式压力容器, 其进汽管和出汽管 各通过一只自动压力调节阀 (V 1, V 2) 与锅炉 供汽主管相连。 当生产用汽负荷小于锅炉的供
汽量时, 锅炉供汽主管中的压力将升高, 蒸汽 蓄热器进汽口前的自动压力调节阀 (V 1) 自动 开启, 多余的蒸汽由蓄热器中冲汽主管均匀扩 散到各个支管, 再由支管上的喷嘴将蒸汽均匀 地喷入蒸汽蓄热器的水中, 此时蒸汽凝结为水, 将汽化热储藏于水中。随着蒸汽的不断喷入, 蒸 汽蓄热器内的水位、 水温和压力逐渐上升, 水 的热焓增加。 由于喷嘴喷出的蒸汽流起到了引 射水流循环和快速加热的作用, 使导流筒内外、 上下的水形成了一个自身流动的循环, 同时使 导流筒内水温迅速达到均匀一致, 最终蒸汽蓄 热器内的水位因蒸汽凝结而上升, 直到蒸汽蓄 热器内的压力与供汽主管压力相同, 完成整个 冲热过程 (见图 2)。此时, 蒸汽蓄热器内储存着 高压饱和水及与其压力相当的热量。 当用汽负 荷大于锅炉的供汽量时, 供汽主管中的蒸汽压 力下降, 蒸汽蓄热器进汽口的自动压力调节阀 (V 1) 自 动 关 闭, 出 汽 口 的 自 动 压 力 调 节 阀 (V 2) 自动开启, 蓄热器内的高压饱和热水因其
和因设置蓄热器后在生产中产生的经济效益两 减少锅炉设计容量, 大大节省投资。
部分。 211 节能效益
3 蒸汽蓄热器的应用条件
Fra Baidu bibliotek
由图 3 可看出, 生产用汽是波动的, 且波 蒸汽蓄热器的蓄热和放热是依靠其工作压
动幅度较大。 为了满足生产用汽的需要, 锅炉 力的变化而进行的, 当蓄热器的容积一定时, 蓄
i1′、i2′—冲热压力 P 1 和放热压力 P 2 时
查文献[ 2 ]可得:
i1= 866143kJ kg i2= 68913kJ kg
i1′= 2797kJ kg i2′= 2770kJ kg
Χ1= 90313kg m 3
故
q= 7615kg m 3
根据用户的要求及工艺计算, G = 5700kg
(蒸汽) , 则蒸汽蓄热器的容积为 100m 3。
2 蒸汽蓄热器的效益
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蒸汽蓄热器的特点及节能效益
蒸汽蓄热器的效益包括蓄热器的节能效益 必按最大负荷而只需按平均负荷设计, 这样可
图3
的供热系统中 (冲热压力、放热压力分别受到锅
炉和蒸汽用量的限制) , 单位容积蓄热量 q 取决 于冲热压力和放热压力的压差, 其值可近似地 按下式计算:
q=
i1- i2 ( i1′+ i2′) 2-
i2 Χ1 kg 蒸汽 m 3
式中 i1、i2—冲热压力 P 1 和放热压力 P 2 时饱
和水的焓, kJ kg
0199 现以昆明某啤酒厂供热系统为例作一计 算。 图 3 为该厂的蒸汽日用量负荷图, 锅炉额 定压力为 1157M Pa, 生产用汽压力为 016M Pa, 蓄 热器进出口管道及阀门的压力损失为0105 M Pa , 因此, 冲热压力P 1= 1157- 0105= 1152 M Pa, 放热压力 P 2= 016+ 0105= 0165M Pa。
3 姚 建, 男, 1959 年 9 月生, 工程师。 昆明市, 650034。
图1
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《化工装备技术》第 21 卷 第 3 期 2000 年
21
温度高于供汽主管相应压力下的饱和温度 (因 压力下降) 而过热汽化, 同时蓄热器内的高压饱 和热水还因供汽主管内的压力下降而迅速蒸 发, 产生的蒸汽进入供汽主管, 以补充锅炉的 供汽不足, 此过程为蓄热器的放热过程。
起到消峰填谷的作用, 从而稳定锅炉的供汽压 力和产汽量, 达到节能的目的。
112 蓄热量和容积的计算 蒸汽蓄热器的单位容积蓄热量 q 及蓄热器 容积 V 是衡量蓄热器能力 (蒸汽发生量) 的两 个重要参数。 在设计中, 根据供热系统的蒸汽
产出量情况, 正确计算单位容积蓄热量和蓄热
器容积是合理配置蒸汽蓄热器的关键。 在一定
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蒸汽蓄热器的特点及节能效益
蒸汽蓄热器的特点及节能效益
姚 建3 翁 宇
(云南省锅炉压力容器安全检测中心) (云南云峰化学工业公司设备厂)
摘 要 对蒸汽蓄热器的技术特点、 节能效益和应用条件进行了阐述。 关键词 蓄热器 锅炉 蒸汽 节能
众所周知, 锅炉是广泛应用于化工、冶金、 制糖及造纸等行业的特种热力设备, 然而由于 诸多原因, 其在实际运行中的产汽量与生产所 需的用气量往往不一致。 例如, 昆明某啤酒厂 有三台 4t h 卧式快装锅炉, 而全厂用气量变动 范围在 715～ 1315t h 之间。这种高低峰用气负 荷的周期性波动导致供气系统频繁出现蒸汽量 时而供不应求, 时而供大于求, 严重地影响了 生产的正常运行, 同时还使锅炉因燃烧工况恶 化而降低热效率。 应用实践证明: 解决这一问 题的有效途径是在锅炉供气系统中设置蒸汽蓄 热器。 蒸汽蓄热器是一种新型的节能设备, 是 按 照 GB 150- 1998《钢制压力容器》标准设计 制造的储存式压力容器。 它具有均衡蒸汽热负 荷的作用, 并能自动储存和释放热能, 从而使 锅炉在稳定的工况下运行, 保证安全并节约能 源。本文将结合蒸汽蓄热器的设计与应用实践, 分析、 探讨其技术特点和节能效益。
019 Γ—蓄热器的热效率, 一般可取 0198～
图2
在放热过程中, 饱和热水不断蒸发, 蒸汽 蓄热器内的压力和焓值降低, 水位也随之降低, 直到蒸汽蓄热器内的压力与所需的生产用汽最 低压力相同时, 放热终止。 蒸汽蓄热器的运行 就是这样, 不断地进行蓄热和放热反复循环 (实 际上就是蒸汽与饱和水相互转化) , 对用汽负荷
以昆明某啤酒厂为例, 该厂有三台 4t h 的 快装锅炉, 由于生产的发展, 高峰用汽量为
但必须大于平均生产用汽量; (3) 锅炉蒸汽压力必须高于生产用汽压力,
15t h, 低峰用汽量为 8t h, 显然三台 4t h 锅炉 满足不了生产的需要。 于是, 在供汽系统中配 置了一台 100m 3 的蒸汽蓄热器而不增设锅炉 (一台 4t h) , 解决了生产用汽量的需要。其特 点主要表现在: (1) 只用现有的三台锅炉就可满足生产用 汽, 与重新增设一台锅炉相比, 节省了相应的
器, 则用汽量的波动基本上可由蓄热器通过冲 效益的角度考虑, 供汽系统设置蒸汽蓄热器必
热和放热过程实现自动调节, 使锅炉在相对稳 须具备以下条件:
定的工况下运行, 从而提高锅炉运行效率。
(1) 生产用汽量有较大幅度的频繁波动;
212 经济效益
(2) 锅炉的容量可以小于最大生产用汽量,
饱和蒸汽的焓, kJ kg
i1 ′+ 2
i2′—蒸汽由冲热压力
P1
降至放热
压力 P 2 时的平均焓值, kJ kg
Χ1—冲 热 压 力 P 1 时 饱 和 水 的 密 度 ,
kg m 3
蓄热器的容积 V 按下式计算:
V = qGΥΓ m 3 式中 G —平衡供热系统负荷所必须的蓄热
量, kg 蒸汽 Υ—蓄热器的冲水系数, 通常取 017～
(6) 由于热效率提高了 1115% , 三台 4t h 锅炉年节省燃煤 182116t, 若每吨燃煤按 200 元 计, 则每年节约燃煤费用 36143 万元。 此例还证明, 蒸汽蓄热器的应用实质上增 大了锅炉供汽能力。 因此在锅炉设计时, 可不
参 考 文 献
1 程祖虞编. 蒸汽蓄热器的应用和设计. 北京: 机械工业 出版社, 1989.
的产汽量必须随着生产用汽量的变化而变化, 热量由容器内的最高压力 (蓄热过程终止时的
这样就导致了锅炉运行极不正常, 时而拼命赶 压力) 和放热压力 (放热过程终止时的压力) 之
火, 时而压火停烧, 使得锅炉热效率明显下降。 差决定。该压差称为蓄热器的压力变化范围, 压
如果在供热系统中配置了参数合适的蒸汽蓄热 力变化范围越大, 蓄热量也越大。 因此从经济
4 结论
蒸汽蓄热器是一种新型节能设备, 在锅炉 供热系统中, 借助于该设备可以自动调节锅炉 供汽和用汽之间的不平衡工况。 当生产用汽量 大于锅炉产汽量时, 蒸汽蓄热器能自动地释放 热能, 蒸发出一部分蒸汽以补充锅炉供汽的不 足; 而当生产用汽量小于锅炉的产汽量时, 其将 自动吸收多余的蒸汽。 蒸汽蓄热器的应用可以 提高锅炉的热效率, 节约燃煤, 稳定生产用汽。
因为压差越大, 蓄热器的蓄热能力和产汽能力 也越大; (4) 如果生产用汽压力与锅炉供汽压力较 接近, 则蓄热器的压力变化范围就很小, 要产生 一定的蓄热量所需的蓄热器容积将很大, 经济 效益不显著; 只有蓄热器变压范围在 013M Pa 以上, 设置蒸汽蓄热器才有显著的经济效益。
运行管理费用; (2) 锅炉运行工况稳定, 热效率提高了
2 葛永乐等编. 实用节能技术. 上海: 上海科学技术出版 社, 1990.
3 陈敏恒等编. 化工原理. 北京: 化学工业出版社, 1995.
(收稿日期: 2000203202)
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
1 蒸汽蓄热器的技术特点
111 工作原理 图 1 为昆明某啤酒厂容积为 100m 3 蒸汽 蓄热器的工作原理图。 蒸汽蓄热器的结构是一 种典型的储存式压力容器, 其进汽管和出汽管 各通过一只自动压力调节阀 (V 1, V 2) 与锅炉 供汽主管相连。 当生产用汽负荷小于锅炉的供
汽量时, 锅炉供汽主管中的压力将升高, 蒸汽 蓄热器进汽口前的自动压力调节阀 (V 1) 自动 开启, 多余的蒸汽由蓄热器中冲汽主管均匀扩 散到各个支管, 再由支管上的喷嘴将蒸汽均匀 地喷入蒸汽蓄热器的水中, 此时蒸汽凝结为水, 将汽化热储藏于水中。随着蒸汽的不断喷入, 蒸 汽蓄热器内的水位、 水温和压力逐渐上升, 水 的热焓增加。 由于喷嘴喷出的蒸汽流起到了引 射水流循环和快速加热的作用, 使导流筒内外、 上下的水形成了一个自身流动的循环, 同时使 导流筒内水温迅速达到均匀一致, 最终蒸汽蓄 热器内的水位因蒸汽凝结而上升, 直到蒸汽蓄 热器内的压力与供汽主管压力相同, 完成整个 冲热过程 (见图 2)。此时, 蒸汽蓄热器内储存着 高压饱和水及与其压力相当的热量。 当用汽负 荷大于锅炉的供汽量时, 供汽主管中的蒸汽压 力下降, 蒸汽蓄热器进汽口的自动压力调节阀 (V 1) 自 动 关 闭, 出 汽 口 的 自 动 压 力 调 节 阀 (V 2) 自动开启, 蓄热器内的高压饱和热水因其
和因设置蓄热器后在生产中产生的经济效益两 减少锅炉设计容量, 大大节省投资。
部分。 211 节能效益
3 蒸汽蓄热器的应用条件
Fra Baidu bibliotek
由图 3 可看出, 生产用汽是波动的, 且波 蒸汽蓄热器的蓄热和放热是依靠其工作压
动幅度较大。 为了满足生产用汽的需要, 锅炉 力的变化而进行的, 当蓄热器的容积一定时, 蓄
i1′、i2′—冲热压力 P 1 和放热压力 P 2 时
查文献[ 2 ]可得:
i1= 866143kJ kg i2= 68913kJ kg
i1′= 2797kJ kg i2′= 2770kJ kg
Χ1= 90313kg m 3
故
q= 7615kg m 3
根据用户的要求及工艺计算, G = 5700kg
(蒸汽) , 则蒸汽蓄热器的容积为 100m 3。
2 蒸汽蓄热器的效益
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
22
蒸汽蓄热器的特点及节能效益
蒸汽蓄热器的效益包括蓄热器的节能效益 必按最大负荷而只需按平均负荷设计, 这样可
图3
的供热系统中 (冲热压力、放热压力分别受到锅
炉和蒸汽用量的限制) , 单位容积蓄热量 q 取决 于冲热压力和放热压力的压差, 其值可近似地 按下式计算:
q=
i1- i2 ( i1′+ i2′) 2-
i2 Χ1 kg 蒸汽 m 3
式中 i1、i2—冲热压力 P 1 和放热压力 P 2 时饱
和水的焓, kJ kg
0199 现以昆明某啤酒厂供热系统为例作一计 算。 图 3 为该厂的蒸汽日用量负荷图, 锅炉额 定压力为 1157M Pa, 生产用汽压力为 016M Pa, 蓄 热器进出口管道及阀门的压力损失为0105 M Pa , 因此, 冲热压力P 1= 1157- 0105= 1152 M Pa, 放热压力 P 2= 016+ 0105= 0165M Pa。
3 姚 建, 男, 1959 年 9 月生, 工程师。 昆明市, 650034。
图1
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
《化工装备技术》第 21 卷 第 3 期 2000 年
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温度高于供汽主管相应压力下的饱和温度 (因 压力下降) 而过热汽化, 同时蓄热器内的高压饱 和热水还因供汽主管内的压力下降而迅速蒸 发, 产生的蒸汽进入供汽主管, 以补充锅炉的 供汽不足, 此过程为蓄热器的放热过程。
起到消峰填谷的作用, 从而稳定锅炉的供汽压 力和产汽量, 达到节能的目的。
112 蓄热量和容积的计算 蒸汽蓄热器的单位容积蓄热量 q 及蓄热器 容积 V 是衡量蓄热器能力 (蒸汽发生量) 的两 个重要参数。 在设计中, 根据供热系统的蒸汽
产出量情况, 正确计算单位容积蓄热量和蓄热
器容积是合理配置蒸汽蓄热器的关键。 在一定
20
蒸汽蓄热器的特点及节能效益
蒸汽蓄热器的特点及节能效益
姚 建3 翁 宇
(云南省锅炉压力容器安全检测中心) (云南云峰化学工业公司设备厂)
摘 要 对蒸汽蓄热器的技术特点、 节能效益和应用条件进行了阐述。 关键词 蓄热器 锅炉 蒸汽 节能
众所周知, 锅炉是广泛应用于化工、冶金、 制糖及造纸等行业的特种热力设备, 然而由于 诸多原因, 其在实际运行中的产汽量与生产所 需的用气量往往不一致。 例如, 昆明某啤酒厂 有三台 4t h 卧式快装锅炉, 而全厂用气量变动 范围在 715～ 1315t h 之间。这种高低峰用气负 荷的周期性波动导致供气系统频繁出现蒸汽量 时而供不应求, 时而供大于求, 严重地影响了 生产的正常运行, 同时还使锅炉因燃烧工况恶 化而降低热效率。 应用实践证明: 解决这一问 题的有效途径是在锅炉供气系统中设置蒸汽蓄 热器。 蒸汽蓄热器是一种新型的节能设备, 是 按 照 GB 150- 1998《钢制压力容器》标准设计 制造的储存式压力容器。 它具有均衡蒸汽热负 荷的作用, 并能自动储存和释放热能, 从而使 锅炉在稳定的工况下运行, 保证安全并节约能 源。本文将结合蒸汽蓄热器的设计与应用实践, 分析、 探讨其技术特点和节能效益。
019 Γ—蓄热器的热效率, 一般可取 0198～
图2
在放热过程中, 饱和热水不断蒸发, 蒸汽 蓄热器内的压力和焓值降低, 水位也随之降低, 直到蒸汽蓄热器内的压力与所需的生产用汽最 低压力相同时, 放热终止。 蒸汽蓄热器的运行 就是这样, 不断地进行蓄热和放热反复循环 (实 际上就是蒸汽与饱和水相互转化) , 对用汽负荷
以昆明某啤酒厂为例, 该厂有三台 4t h 的 快装锅炉, 由于生产的发展, 高峰用汽量为
但必须大于平均生产用汽量; (3) 锅炉蒸汽压力必须高于生产用汽压力,
15t h, 低峰用汽量为 8t h, 显然三台 4t h 锅炉 满足不了生产的需要。 于是, 在供汽系统中配 置了一台 100m 3 的蒸汽蓄热器而不增设锅炉 (一台 4t h) , 解决了生产用汽量的需要。其特 点主要表现在: (1) 只用现有的三台锅炉就可满足生产用 汽, 与重新增设一台锅炉相比, 节省了相应的