蒸汽蓄热器的设计和应用

四川11选5_[官网首页]第一章蒸汽蓄热器的应用...........................................................................................................4 蒸汽蓄热器的适用技术条件和领域.................................................................................91.应用于用汽负荷波动较大的供热系统...................................................................10 2.应用于瞬时耗汽量极大的供热系统.......................................................................10 3.应用于汽源间断供汽的或流量波动的供热系统................................................... 11 4.应用于需要蓄存蒸汽供随时需用的场合............................................................... 11 在锅炉供热系统装用蒸汽蓄热器后的效益...................................................................121.节省锅炉燃料...........................................................................................................12 2.增大锅炉供汽能力,节省建设投资.......................................................................15 3.减少锅炉故障,延长锅炉使用寿命.......................................................................16 4.保持供汽压力稳定,可提高产品的产量和(或)质量............................................17 5.有利于保护环境.......................................................................................................17 6.减轻司炉的劳动强度...............................................................................................17 7.具有应急的蒸汽储备...............................................................................................18 8.节省劳动力...............................................................................................................18 第二章 蒸汽蓄热器的结构设计和热工计算.............................................................................19 变压式蒸汽蓄热器的设计...............................................................................................191.蓄热器筒体...............................................................................................................19 2.充热装置和排汽装置...............................................................................................25 3.附属装里...................................................................................................................30 4.保温装置...................................................................................................................31 5.自动调节装置...........................................................................................................32 蒸汽蓄热器的热工计算...................................................................................................341.基本概念...................................................................................................................34 2.单位蓄热量的计算...................................................................................................36 3.最大允许蒸发量.......................................................................................................42 4.充水系数和放热后的水位高度...............................................................................43 5.工作压力和蓄热量的关系.......................................................................................45 6.热效率.......................................................................................................................46 供热系统中锅炉的蓄热量...............................................................................................47第三章 蒸汽蓄热器的工程设计.................................................................................................47 蒸汽蓄热器工程的供热系统设计...................................................................................491.蒸汽蓄热器在供热系统中的联结方式...................................................................49 2.蒸汽蓄热器对波动负荷的直接平衡和间接平衡...................................................50 需要的蓄热量和蓄热器的容积计算...............................................................................541.波动负荷的特性分析...............................................................................................55 2.蓄热量的计算原则和方法.......................................................................................56 3.蓄热器的容积计算- .................................................................................................67 蒸汽蓄热器的自动调节...................................................................................................691.压力自动调节...........................................................................................................70 2.流量自动调节...........................................................................................................71 工程的技术经济...............................................................................................................741.装设蒸汽蓄热器后的主要经济效益.......................................................................75 2.蒸汽蓄热器的造价和工程投资分析.......................................................................76 节能工程的经济评价.....................................................................................................78第四章 蒸汽蓄热器的应用实例.................................................................................................79 应用于用汽负荷波动幅度大、频率高的供热系统.......................................................791.制桨造纸厂...............................................................................................................79 2.橡胶轮胎厂...............................................................................................................83 3.酿酒厂.......................................................................................................................84 4.纺织印染厂...............................................................................................................89 5.糖厂...........................................................................................................................93 6.医院...........................................................................................................................98 7.宾馆和大楼.............................................................................................................101 8.煤气厂.....................................................................................................................102 应用于瞬时耗汽量极大的供热系统.............................................................................1031.钢厂真空处理工艺.................................................................................................103 2.空间技术试验室.....................................................................................................106 应用于汽源间断供汽或流量波动的供热系统.............................................................1091.在钢厂配合废热锅炉............................................................................................. 110 2.垃圾焚烧场............................................................................................................. 111 3.太阳能电站............................................................................................................. 113 4.配合电热锅炉......................................................................................................... 116 应用于储存一定数量的蒸汽供随时发生的紧急用汽.................................................117 第五章 蒸汽蓄热器的安装和运行........................................................................................... 119 蒸汽蓄热器的安装.........................................................................................................119 1.地基和围栏............................................................................................................. 119 2.安装......................................................................................................................... 119 蒸汽蓄热器的起动.........................................................................................................119 1.起动前的准备工作................................................................................................. 119 2.蒸汽蓄热器的充热.................................................................................................120 3.蒸汽蓄热器的放热.................................................................................................121 1.典型供热系统中蓄热器的运行.............................................................................1222.监视蒸汽蓄热器的水位.........................................................................................125 3.监视蒸汽蓄热器的压力和水温.............................................................................126 4.经常检查止回阀和自动调节阀的工作情况.........................................................127 蒸汽蓄热器的常见故障和处理...................................................................................1271.进汽止回阀或排汽止回阀发生泄漏.....................................................................127 2.自动调节阀.............................................................................................................130 蒸汽蓄热器的维护保养...............................................................................................1311.维护保养要点.........................................................................................................131 2.常用的保养方法.....................................................................................................131 蒸汽蓄热器蓄热量的简易测定法.............................................................................132第六章 蓄热器的技术发展概况和分类...................................................................................132 蓄热器的基本结构原理...............................................................................................1411.储蓄显热于饱和流体中.........................................................................................141 蓄热器的典型型式和分类...........................................................................................1431.基瑟巴赫式锅炉给水蓄热器.................................................................................143 2.墨科勒式锅炉给水蓄热器.....................................................................................144 3.膨胀式蒸汽蓄热器.................................................................................................146 4.变压式蓄热和恒压式蓄热的联合系统.................................................................147 5.蓄热器的分类.........................................................................................................149 录.....................................................................................................................................152附录一 碟形封头圆柱形蓄热器容积计算(不完全充满水时) ........................................152 附录二 椭圆形封头圆柱形蓄热器容积计算...................................................................153 附录三 蒸汽蓄热器标准规格(日本光辉蓄热器公司) ....................................................153 附录四 特大型蒸汽蓄热器标准规格(日本光辉蓄热器公司) ........................................154 附录五 蒸汽蓄热器标准规格(日本奥巴尔机器公司) ....................................................155 第一章蒸汽蓄热器的应用 锅护负荷的波动和消除波动的方法在制浆造纸、化学纤维制造、纺织印染、制糖、制药、橡胶制品、食品、酿酒、 化工原料、城市煤气、小氮肥造气、冶金及火力发电等厂的生产过程中,全厂用汽 设备在运行中虽在一定限度内可以调整用汽时间以降低用汽峰值,但往往用汽负荷 仍不均衡,出现较大的波动,迫使供汽锅炉的负荷也随之变动。由于一般锅炉的蓄 热量有限,当外界用汽负荷达到高峰或低谷时,锅炉的供汽压力往往时降时升,锅 炉的燃烧工况很不稳定,运行热效率下降,因此使司炉操作紧张,劳功强度高;燃 料燃烧不完全,排出黑烟,污染环境;又因供汽压力波动,往往使产品的产量和质 量下降。 为消除供汽锅炉负荷的较大波动,稳定供汽压力,提高锅炉的运行热效率,可 在供汽系统中设置蓄热(蒸汽)的装置,亦即热能的吞吐仓库,使锅炉连续地按满负 荷或某一稳定的负荷运行。当外界用汽负荷低锅炉供汽有多余时,就将热能储蓄于 蓄热装置;在发生高峰负荷锅炉供汽不足时,蓄热装置就释放出所蓄热能以补不足。 这样就使锅炉负荷不必跟随用汽负荷的波动而变动,在稳定的燃烧工况下达到最佳 的运行热效率。 近代冶金厂等工厂为节约能源回收余热而采用余热锅炉(或称废热锅炉),但由 于有些冶金炉的生产有周期性,一个在产周期中有加料、冶炼、成品和出炉等过程, 然后重复这些生产过程,因此排出的烟气余热是间断的、周期性的,使余热锅炉只 能间断地产生蒸汽,蒸汽流量和压力都有波动。为使这间断供汽的汽源变为连续稳 定的汽源以利于用户应用,可以在供汽系统中设置储存余热锅炉间断产生的蒸汽的 蓄热装置。 实现储蓄蒸汽的独立装置现在常用的有两种:即变压式蓄汽器和变压式蒸汽蓄 变压式蓄汽器俗称储汽包或干汽包,属干式定容变压式蓄热器,一般为外壁包有保温层的钢制圆柱形压力容器,它直接储蓄蒸汽。四川11选5_[官网首页]在容器蓄存或释放蒸汽时器内 压力随之升高或降低。它的特点是结构简单,能储存过热蒸汽。因为蒸汽的比容大, 如果需要储蓄的蒸汽量很多时,就需要体积非常庞大的压力容器。变压式蒸汽蓄热器简称蒸汽蓄热器,是湿式定容变压式蓄热器,它与上述干汽 包的蓄热原理和结构均不相同。它以.水为载热体,蓄存蒸汽的热能于高压饱和水中, 然后利用饱和水降压后发生闪蒸(或称自蒸发)的原理再产生蒸汽,在相同容积下, 它的蓄热量数十倍(或近百倍)于干汽包. 蒸汽蓄热器的原理和结构蒸汽蓄热器的工作原理是在压力容器中贮存水,将蒸汽通入这水中加热水,即 传输热能于水,使容器内水的温度和压力升高,形成具有一定压力的饱和水;然后 在容器内压力下降的条件下,饱和水成为过热水,立即沸腾而自蒸发,产生蒸汽。四川11选5_[官网首页] 这是以水为载热体间接储蓄蒸汽的蓄热装置。容器中的水既是蒸汽和水进行热交换 的传热介质,又是蓄存热能的载热体。四川11选5_[官网首页] 常见的卧式蒸汽蓄热器的外形和结构如图 1-1 1-2所示。它是钢制圆柱形压 力容器,外壁敷有保温层。容器内部装有充蒸汽的分配总管和支管,支管末端装有 蒸汽喷头,喷头外围装有水流循环筒(或称换流管),容器壁上有蒸汽入口和出口、 人孔、进水口,其底部有排水口和定位支座。此外,装有压力计、水位计等检测控 制仪表,并可根据不同工程的要求,装设蒸汽流量计、远传式压力计等。 一般采用卧式的蒸汽蓄热器较多,也有立式的,均可安装在室外,通常装在锅 炉房的附近。 变压式蒸汽蓄热器在运行时容器内贮有约占总容积80-90%的热水,如图1-2 示,水面以上为蒸汽空间。在供汽锅炉按一定的蒸发量稳定地运行中,如用汽负荷小于锅炉蒸发量时,多余的蒸汽(饱和的或过热的)便经充热蒸汽入口止回阀、截止 阀而进入蒸汽蓄热器中的蒸汽分配总管和支管,最后通过蒸汽喷嘴而向上扩散在水 中并凝结为水,同时释放出热量以加热水,这是伴随着相变的混合式热交换过程, 也是传热和传质的热力过程。四川11选5_[官网首页]这时,容器内的压力和水温均升高,水位由于流入的 蒸汽凝结为水而升高,水的焓值提高到与容器内压力相对应的饱和水焓值,这就是 蓄热器的充热过程。 )称为充热压力,即蓄热器变压范围的上限。蓄热器内的蒸汽分配总管和支管、蒸汽喷头以及循环筒总称为加热装置。循环 筒的作用是当蒸汽通过喷嘴连续喷入水中时,使筒内的水和汽向上流出筒的上口后 扩散,这时因筒内上部汽水混合物流出后局部压力下降,使筒下口外的水流入筒内。 如此不断循环对流,使容器内上下各部位的水温趋于接近。 当用汽负荷大于锅炉蒸发量时,蒸汽蓄热器的送汽母管中汽压下降,蓄热器内 压力大于供汽母管中的压力,于是蓄热器汽空间中的蒸汽立即顶开排汽止回阀而流 往送汽母管。同时,器内饱和水的压力立即下降,致水温高于降压后的相应饱和温 度而成为过热水,形成剩余热量。四川11选5_[官网首页]过热水就迅速自蒸发,产生饱和蒸汽流出蓄热器 送往热用户,补充该时锅炉直接供汽的不足,直到规定的放热压力(最低送汽压力) 为止。这时容器内压力和水温下降,水位下降,水的焓值降低,这就是蒸汽蓄热器 的放热过程。 放热终止时的最低压力(P )称为放热压力,即蓄热器变压范围的下限。实验表明放热过程中过热水的蒸发从数量上来衡量是以水体的连续沸腾蒸发为 主,伴随着水的表面蒸发。 这种蓄热器依靠容器内饱和水(热介质)压力的升降变化,使容器内饱和水的焓值相应地变化,从而蓄存或释放热能(蒸汽),称为变压式(或降压式)蒸汽蓄热器。 变压式蓄热器中的水在经蒸汽充热提高温度和压力以后,只有在当蓄热器内压 力下降时才形成过热水而发生自蒸发,所产生的蒸汽为饱和蒸汽,其压力必定低于 充热压力。因此过热蒸汽或饱和蒸汽充入变压式蓄热器蓄存以后再释放出的蒸汽存 在着压力比原充入蒸汽压力低和过热度消失(如用过热蒸汽充热)的热力损失,亦即 能质有所降低。 蒸汽蓄热器在供热系统中的应用原理图1-3a)表示一台蒸汽蓄热器与供汽锅炉并联的供热系统。在供汽母管上装有自 动调节阀V )。当低压热用户的用汽量为10t/h、压力0.29MPa(3kgf/cm )时,锅炉供汽量与热用户用汽量基本平衡,在蒸汽蓄热器内蒸汽无进出。 1—3b)表示用汽量下降到5t/h,因锅炉仍按 10t/h 蒸发量运行,多余约 5t/h 蒸汽便流入蒸汽蓄热器蓄存。 图1-3c)表示用汽量增加到15t/h,单由锅炉供汽已不够,供汽母管中压力下降, 于是蒸汽蓄热器内的高压热水迅速蒸发,输出蒸汽以补充锅炉供汽的不足。 在上述图1-3b)、c)中,蒸汽蓄热器发挥了在供热过程中的调节作用,消除了用 汽负荷波动对锅炉运行的各种不利影响,使锅炉能在稳定的负荷下运行,同时保持 供汽压力稳定,有利于生产工艺的顺利进行。 1-4a)、b)中为有高压(1.37MPa)和低压(0.29Mpa)两种用汽压的波动用汽负荷的供热系统。在图l-4a)中锅炉按10t/h 蒸发量稳定运行,当高压用汽量增至5t/h、低 压用汽量增至 10t/h 时,单由锅护供低压用汽不够,于是由蒸汽蓄热器将蓄存的蒸 汽补充供给低压用户,以满足其用汽量。在图 1-4b)中高压、低压用汽量分别降到 2t/h、5t/h,多余蒸气约3t/h 便流入蒸汽蓄热器蓄存备用。 l-5为工厂中热电合产的自备火力发电站热力系统中装设蒸汽蓄热器的示意 图。其中低压蒸汽负荷是波动的,当低压用汽量大于背压式汽轮机的排汽量时,就 由蒸汽蓄热器补充供汽,这样就可使锅炉负荷和发电机组的发电量保持稳定,避免发生波动。 1-6表示一台小容量的锅炉配用容量较大的蒸汽蓄热器后可供汽给一次性瞬 时耗汽量极大的用户或间断用汽的耗汽量较多的用户。图中示出一台1t/h 小锅炉配 用了蒸汽蓄热器后可供间断耗汽量达 10t/h 的用户。由于应用了蒸汽蓄热器,可使 供汽锅炉容量大为减小。 所示的废热锅炉只能间歇地产生蒸汽。为使能连续供汽给热用户起见,装用蒸汽蓄热器以汇集间歇地产生的蒸汽,使间断供汽的汽源变为连续供汽的汽源。 以上列举了蒸汽蓄热器的几种典型的应用 蒸汽蓄热器的适用技术条件和领域蒸汽蓄热器在供热系统中主要用于调节在一定的用汽周期内供汽量和耗汽量之 10 间的不平衡。目前主要用于下列四种情况。 1.应用于用汽负荷波动较大的供热系统 在工厂等用汽负荷波动较大的供热系统中设置蒸汽蓄热器的主要目的是平衡对 波动负荷的供汽,从而稳定供汽锅炉的燃烧工况、供汽压力和供汽品质,提高锅炉 运行热效率,节约燃料。 按不同行业来分,适合装用蓄热器的有制浆造纸厂、化学纤维(浆粕)厂、纺织 印染厂、制糖厂、橡胶制品厂、啤酒厂、乳品厂、油脂厂,食品厂、化工原料厂、 塑料厂、日用化学品厂、人造板厂、城市煤气厂、中小氮肥厂、机械制造厂等,在 这类工厂的生产过程中,用汽负荷都有较大幅度的波动,又有不同周期的频繁性, 并且大多数为昼夜连续生产。应用蒸汽蓄热器以后,可使锅炉在一定的蒸发量下稳 定运行,不仅使锅炉达到较好的运行热效率,而且因供汽压力稳定,保证蒸汽干度, 使生产工艺顺利进行,产品的质量有保证,产量有增长。 在有背压式或抽汽式汽轮发电机组的情况下,如汽轮机前后的用汽负荷有较大 波动时,就影响到发电量的稳定。若要求发电量不变,可装设蒸汽蓄热器。装设蒸 汽蓄热器后,波动负荷由蓄热器调节,可保持汽轮发电机组发电量稳定,又能避免 有时因用不完汽轮机的排汽而放空的热损失。 2.应用于瞬时耗汽量极大的供热系统 对瞬时耗汽量极大的供汽,如果采用容量不大的锅炉配以足够容量的蒸汽蓄热 器蓄存大量蒸汽,就可节省初次投资,保证供汽。 瞬时耗气量极大的场合如下: 炼钢车间在钢液真空脱气处理工艺中,现在一般采用蒸汽喷射泵抽气以获得真 空。这些蒸汽喷射泵在极短的时间内耗用大量蒸汽。 在近代空间技术的实验中,需在地面上体积很大的实验室里模拟高空的真空环 境以供设备作试验,现在一般采用蒸汽喷射泵抽气以获得真空环境。该蒸汽喷射泵 也在极短时间内耗用大量蒸汽。 在肮空母舰上有飞机起飞时用的蒸汽弹射器,也在短时间内耗用大量蒸汽。 11 3.应用于汽源间断供汽或流量波动的供热系统 在汽源供汽不连续或流量波动大的供热系统,装用蒸汽蓄热器后可以使汽源转 变为能连续供汽的汽源。例如在转炉炼钢生产中,余热随着工艺过程间歇地产生, 因此汽化冷却装置间歇地产生蒸汽。为使这些蒸汽的用户能连续地使用,可装设蒸

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行业资料 --  能源与动力工程
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蓄热蒸汽发展分类 设计应用

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