蒸汽蓄热器在变负荷供热系统中的应用

摘要：本文通过对蒸汽蓄热器的原理、系统控制、热平衡计算以及在工程中的实际应用介绍，认为在变负荷供热系统中增加蓄热器能起到节能环保作用。

关键词：蒸汽蓄热器；热平衡计算；锅炉；变负荷；节能

Abstract: This paper introduces the principle of steam accumulator, control system, heat balance calculation and application in engineering, that accumulator can play a role in energy conservation and environmental protection to increase the load of heating system.

Key words: steam regenerator; heat balance calculation; boiler; variable load; energy saving

中图分类号：TU833文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

在实际工程应用中很多工厂由于生产以及工艺操作的要求，经常产生尖峰负荷，使锅炉负荷变化很大，必然造成锅炉效率下降，浪费燃料增加成本，同时也会加大锅炉操作工的工作难度。锅炉如果锅炉不能长时间的在高效经济状况下运行，显然与今天所提倡节能环保相违背，而在锅炉系统中安装具有调节能力的蒸汽蓄热器，实现蒸汽热能的梯级利用，以平衡热能的供应量和需求量，同时亦可作为缓冲因负荷瞬间变化带来的一种有效的手段。其主要应用范围主要有以下几种：

热负荷波动大而频繁的供热系统；

瞬时热能耗量大的供热系统；

热源间断供热或供热量波动大的供热系统；

需要储存热能共随时需要的供热系统。

工作原理

蒸汽蓄热器亦称为变压式蒸汽蓄热器，一般安装于锅炉与用汽设备之间，以平衡用汽设备负荷的波动。使用时内部装有65%~85%的软化水，水面以上为蒸汽空间，蓄热器运行中，充热是由蒸汽变成热水（饱和水），放热是由饱和水变成闪蒸蒸汽（二次蒸汽）来实现的。其中一个工作周期内主要由以下两个步骤实现：

a．充热过程是蒸汽蓄热器中低压饱和蒸汽压力和饱和水加热、加压至高压饱和水的过程。

当用汽设备用热负荷小于锅炉额定蒸发量即产汽量时，锅炉供热管压力升高，蒸汽通过内部充热装置，喷入蓄热器的水中。由于汽温高于水温蒸汽迅速凝结放热，使蓄热器水温升高，同时水位也上升，相应的汽空间的饱和蒸汽压力也升高了，达到蓄热器取汽点压力一致，完成蓄热器的充热过程。

b．放热过程是蒸汽蓄热器中饱和水压力降低闪蒸产生低压蒸汽和饱和水的过程。

当用汽设备用热负荷大于锅炉额定蒸发量即产汽量时，锅炉供热管压力降低与此相连接的蓄热器排汽管内压力下降，容器内压力就高于排汽管内压力，于是蒸汽管内蒸汽立即冲开排汽止回阀而流向用汽点。这时，容器内压力开始下降，饱和水温高于降压后相应的饱和水温而成为过热水，形成剩余热量，过热水迅速沸腾蒸发，不断产生饱和蒸汽，补充此时锅炉供汽压力不足，直到容器内压力降为设定的压力为止（一般为用户用汽点压力）。这时容器内压力、水温和水位下降水的焓值降低，完成整个放热过程。

蓄热器管路系统

（一）蒸汽蓄热器的连接方式：分为并联和串联两种，采用何种形式必须根据供热系统负荷变化的特点选用。

a.并联系统：蓄热器的充热管与放热管相联通,中间用止回阀控制。

来自锅炉高压蒸汽通过自动调节阀组可直接送往低压蒸汽用户。这

种连接方式在特定的瞬间时，如果热负荷刚好等于锅炉出力时，锅炉产生的蒸汽直接带动用热负荷，蒸汽蓄热器即不充热，也不放热。当高压蒸汽过剩时，就进入蓄热器自动充热。低压蒸汽不足时又从蓄热器自动放热，补充用户使用的蒸汽。

1.来自锅炉的蒸汽或者取汽点蒸汽2.蒸汽蓄热器

3.送低压蒸汽用户4.充热放热公用管道

b.串联系统：充热和放热管道不相连接，高压蒸汽必须全部经过蓄热器后，经蓄热器闪蒸，再进入低压供热系统。串联系统适于脉冲式或间断式用汽的供热系统或蓄热器兼作为减温减压器使用的场合。

1. 来自锅炉高压蒸汽2. 蒸汽蓄热器3. 送往低压用户

（二）设置止回阀

为使蒸汽蓄热器能够自动有效地进行充热和放热，在并联系统的蓄热器进汽管和放汽管上，必须设置止回阀。（串联系统的进汽管和放热管亦同样）。充热管上设置止回阀是防止充热时，蒸汽倒流入蓄热器的汽空间，保证蓄热器充热效果；

放热管上设置止回阀是防止放热时，低压蒸汽在非正常操作的情况下，倒流入蓄热器的汽空间，保证蓄热器放热效果。

（三）蓄热器的供水和放水

蓄热器在调试运行时，需向蓄热器中至少注入50%~65%的软化水，正常运行中，充水量要达到75%~85%为宜，水量低于75%时，要注水（自动控制）水量高于90%时，要放水（自动控制，由溢流口放水）。

在过热蒸汽的供热系统中，进入蓄热器高压蒸汽是过热蒸汽。而蓄热器放热的蒸汽是饱和蒸汽，这样会导致出现剩余的热量。这些热量会使水空间有更多过饱和水挥发成蒸汽。随着充、放热连续不断进行，水位会降低。因此要定期（根据水位高度判断）向蓄热器补水，补水（软化水）可从给水系统接入。

在饱和蒸汽供热系统的蓄热器中，由于低压蒸汽的汽化潜热高于蒸汽的汽化潜热，经过蓄热器不停的充、放热过程，蓄热器水位会升高。因此蓄热器在长期运行时，必须定期放水（根据水位高度判断），蓄热器放出的水是温度较高的热水，应接入锅炉除氧水箱或锅炉给水箱中，回收利用。

工程计算

以广州某印染纺织厂增加蓄热器前后工况说明：该公司拥有6KW自备电站，采用抽气式汽轮机机。抽汽压力P1=0.75MPa ，工艺用汽压力P2=0.4MPa，该公司共5个染缸（每日染缸工作数量不定）每个染缸用汽量1.4T/个，印染工艺为：染缸放水充热-印染-捞出晾干-染缸废液排除。由于工人人熟练程度不同造成该公司在一个染缸换染料期间存在约10分钟需要减负荷。造成：

一、由于工艺用汽量突然减少，抽汽量突然减少，汽机发电量下降，锅炉容易超压；

二、由于负荷变化时间短减负荷根本来不及多余蒸汽只能排空；

三、当增加染缸数量时蒸汽用量瞬时增加，导致蒸汽品质下降影响印染品质；

四、由于负荷变化无周期可循，锅炉工操作劳动强度大，整个系统运行不稳定。

鉴于该用户用汽周期不确定性，且日用汽量不确定性，考虑在该锅炉系统抽汽段到用汽点增加100m³蒸汽蓄热器一台，采用并联控制系统。

根据已知条件（考虑蓄热出口到染缸段管阻0.05MPa,蓄热器出口压力为：0.45MPa），查取相关数据：

ρ1=899.57kg/m³ h1’=709.3 KJ/Kg h2’=655.8 KJ/Kg h2”=2751.7 KJ/Kg

根据热平衡原理：蓄热器内原有充水热量等于产生的蒸汽热量及剩余热水热量之和。

即：Q=g1×h2”+g2×h2’

Q.-蓄热充能后总能量（KJ） g1-低压蒸汽质量（Kg） g2-低压饱和水质量（Kg）h2” -低压蒸汽焓值（KJ/Kg）h2’-低压饱和水焓值（KJ/Kg）

由此可得g1=在此处键入公式。

Q=V×Ψ×η×ρ×h1’

式中Q 总能量（KJ）， V容积（m³），Ψ 蓄水率一般取0.6~0.9

η 热交换系数一般取值0.98~0.99ρ 饱和水密度（Kg/m³） h1’高压饱和水焓（KJ/Kg）

由此：Q=100×0.85×0.98×899.57×709.3=54235633.8KJ

g1==1434.3kg

该公司未增加蓄热器前实际运行：每天因超压蒸汽次数放空约4次/天，按每次放掉蒸汽量为蓄热器蓄热量40%计算，浪费燃料折合标准煤：3吨/天。在增加蓄热器后锅炉运行平稳未出现过超压排空情况。

结论

可以预见的是随着我国节能工作的不断深入，蒸汽蓄热器将越来越被人们所重视并得到广泛的应用。如果用户的热负荷波动大且频繁，在整个供热系统中增加蓄热器具有以下优势：

对于热负荷变化不稳定的供热系统来说，采用蓄热器不但可以平衡负荷，还可以提高供热效率；

由于蓄热器能很好起着调节负荷作用可以有效减小锅炉的负荷变化量，从而延长锅炉的寿命，有利于锅炉保养，检修。

由于蓄热器能使整过供热系统平稳运行，能减轻锅炉操作工的劳动强度和难度。

参考文献：

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[2]刘敏 丁国玺蓄热器热力计算的探讨 中国矿业大学矿山机械工程系

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