節(jié)能裝置—蓄熱器

朱改新，楊 曉，周長國

（河南南陽市油田機(jī)械制造有限公司，河南南陽473132）

現(xiàn)代鍋爐由于其蓄水量較小，對負(fù)荷變化有較好的適應(yīng)性，但如果負(fù)荷變化劇烈而頻繁時(shí)，則難于調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，致使供汽不穩(wěn)定、燃料供應(yīng)波動大，導(dǎo)致效率降低、水位波動大，易使鍋爐處于不安全、不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。

應(yīng)當(dāng)設(shè)想可以采用一種平衡負(fù)荷的裝置來參與，使裝置隨負(fù)荷變化來調(diào)節(jié)鍋爐供汽量，以達(dá)到鍋爐產(chǎn)汽量穩(wěn)定，利于安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。工業(yè)窯爐及其他熱源也不同程度地存在著一些生產(chǎn)調(diào)節(jié)之外的能源浪費(fèi)。對于用汽量、汽壓不太大的生產(chǎn)單位，或者是由于一些地區(qū)晝夜溫差大，生產(chǎn)中的余熱、余汽，也應(yīng)當(dāng)設(shè)想可以采用一種蓄能裝置，使負(fù)荷調(diào)節(jié)過程中多余的余熱、余汽集中貯存起來，在生產(chǎn)、供暖需用的時(shí)候，作為補(bǔ)充能源進(jìn)行有效利用，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

蓄熱器便是這種理想的貯能設(shè)備。綜合多年來總結(jié)貯能裝置的類型，將蓄熱器分類為變壓式（蒸汽蓄熱器）和定壓式（給水蓄熱器）兩種，這里僅對蒸汽式蓄熱器加以討論，不周之處，祈望同行指正。

1 工作原理

蒸汽式蓄熱器工作原理圖如圖1所示。

圖1 蒸汽式蓄熱器工作原理

熱源的高壓側(cè)供汽干管A及低壓側(cè)用汽干管B與蒸汽蓄熱器相連接，當(dāng)高壓側(cè)供汽干管熱負(fù)荷降低時(shí)，蒸汽供過于求，高壓側(cè)供汽干管A管內(nèi)汽壓升高，通過壓力信號控制閥1，使閥1自動開啟，一部分蒸汽通入蓄熱器水中加熱熱水，這一過程叫充熱過程。充熱過程可一直進(jìn)行到蓄熱器內(nèi)的飽和水、汽壓力接近高壓側(cè)供汽干管內(nèi)壓力為止，閥1閉合；當(dāng)?shù)蛪簜?cè)用汽干管B負(fù)荷升高時(shí)，低壓側(cè)蒸汽供不應(yīng)求，低壓側(cè)用汽干管B管內(nèi)汽壓隨之降低，此時(shí)蓄熱器中蒸汽汽壓高于低壓側(cè)用汽干管B管內(nèi)汽壓，通過壓力信號控制閥2，使閥2自動開啟，蓄熱器中飽和水通過壓降變?yōu)檫^熱水立即沸騰汽化產(chǎn)生蒸汽，協(xié)助熱用戶供汽，這一過程叫放熱過程。同時(shí)也可以將熱能暫存于蓄熱器中，待需用時(shí)進(jìn)行輸送。

并聯(lián)式蓄熱器多用于低壓側(cè)用汽干管壓力不足的情況，用以補(bǔ)充降溫、降壓在一定范圍內(nèi)的低壓側(cè)用汽干管蒸汽。串聯(lián)式蓄熱器多用于用汽質(zhì)量不高的飽和濕蒸汽場合。

2 應(yīng)用范圍

蓄熱器的應(yīng)用范圍，取決于用汽負(fù)荷波動幅度及頻率的大小及其他一些要求，簡述如下：

（1）用汽負(fù)荷波動具有一定的周期性。若沒有周期性影響，蓄熱器向蓄熱器熱用戶供能，這時(shí)要考慮配套加熱措施。

（2）蓄熱器熱用戶用汽壓力小于鍋爐供汽壓力，一般差值在3×105Pa以上，否則也應(yīng)考慮再加熱措施。

（3）熱源穩(wěn)定地供汽，熱源供汽量略大于平均耗汽量。

（4）應(yīng)充分考慮近期、長期的經(jīng)濟(jì)利益。

3 實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的基本方式

圖2 自動調(diào)節(jié)工藝流程

假定某一瞬間，壓力信號控制閥V1接收到高壓蒸汽干管有過壓現(xiàn)象，V1閥自動開啟，蒸汽通過止回閥H1經(jīng)蒸汽分配噴嘴進(jìn)入盛水容器中進(jìn)行熱量釋放，使水得到加熱，直到下一個(gè)瞬間。低壓熱用戶系統(tǒng)用汽量增加，低壓側(cè)壓力信號控制閥V2自動開啟，蓄熱容器中的飽和濕蒸汽有一定壓力頂開止回閥H2，飽和濕蒸汽進(jìn)入低壓側(cè)用汽系統(tǒng)。

3.1 V1閥的作用

V1閥是蓄熱器高壓側(cè)的控制閥門，具有以下功能：

（1）溢流閥的作用。使鍋爐在一定壓力下，產(chǎn)生定量蒸汽，起到蒸汽流量調(diào)節(jié)閥的作用。

（2）安全閥的作用。當(dāng)蓄熱器內(nèi)的壓力達(dá)到最高使用壓力時(shí)，閥自動關(guān)閉，切斷流進(jìn)蓄熱器的蒸汽，使蓄熱器保持一定的壓力，不至于超壓使用。

（3）下限閥的作用。當(dāng)蓄熱器壓力減少到接近低壓用汽部位的最低工作壓力時(shí)，V1閥處于開啟狀態(tài)，鍋爐蒸汽直接經(jīng)過V2閥供給用汽部門，起這優(yōu)先供應(yīng)低壓用汽部位的作用，防止壓力下降。

3.2 V2閥的作用

V2閥是蓄熱器蒸汽輸出的一種高性能減壓閥，不論蒸汽流量大小，均要保持閥后的蒸汽壓力一定。因?yàn)樾顭崞鞯膲毫Σ粩嘧兓?，閥前側(cè)壓力的變化幅度很大，其后側(cè)由于用汽負(fù)荷變化大，蒸汽流量變化也很大，所以要求該閥能正確進(jìn)行一次減壓，同時(shí)也要求該閥的流量調(diào)節(jié)范圍也要大。

總之，V1閥只讓高壓側(cè)瞬間多余蒸汽通過，而V2閥讓低壓側(cè)蒸汽保持一定的壓力。兩閥都需靈敏啟閉。

4 簡易計(jì)算

4.1 蓄熱量

（1）設(shè)9.806 65 N（1 kgf）壓力為P1的飽和水降低到壓力為P2時(shí)產(chǎn)生的蒸汽量為G kg，據(jù)熱力學(xué)熱平衡原理：

降壓前的飽和水的熱量＝降壓后釋放出蒸汽的熱量＋降壓后剩余水的熱量，則

所以

其中，

h1'，h2'是 P1，P2壓力下的飽和水熱焓（kJ/kg）；

h1"，h2"是 P1，P2壓力下的飽和蒸汽熱焓的平均值（kJ/kg）。

（2）單位容積的蓄熱量gd。

其中r1'是P1壓力下的飽和水重度。

4.2 必需蓄熱量Q0

可根據(jù)用戶的熱負(fù)荷曲線及鍋爐房實(shí)際生產(chǎn)能力分析計(jì)算。

4.3 熱效率

（1）蓄熱器的散熱損失。

其中，F(xiàn)是蓄熱器保溫層外表面積（m2）；

α是蓄熱器保溫層外表面空氣放熱系數(shù)（kJ/m2h℃）；

t1是蓄熱器保溫層外表面溫度（℃）；

t2是大氣溫度（℃）。

（2）蓄熱器的散熱損失系數(shù)qs。

其中，τ0是蓄熱器在一個(gè)充熱、放熱周期所需的時(shí)間（h）。

（3）蓄熱器的熱效率為η。

由上式可知，蓄熱器在單位時(shí)間內(nèi)充熱、放熱頻度越高，則τ0值就越小，而η值就越大。也就是說，蓄熱器的熱效率與其利用程度有密切關(guān)系。

4.4 容積V計(jì)算

蓄熱器的金屬部分和汽空間部分的蓄熱能力，遠(yuǎn)小于容水部分，故忽略該部分蓄熱量。因此，蓄熱器的容積可近似計(jì)算為：

其中，φ為充水系數(shù)，取0.8～0.9，是水容積和蓄熱器溶劑的幾何比值。

4.5 利用曲線圖表法計(jì)算

有關(guān)采用過熱蒸汽及飽和蒸汽充熱時(shí)，蓄熱器原水位降低及升高而采用相對應(yīng)的補(bǔ)水及放水措施，補(bǔ)水及放水量的計(jì)算，可參考有關(guān)熱力學(xué)書籍。

5 結(jié)束語

蓄熱器在平衡鍋爐負(fù)荷，改善鍋爐運(yùn)行工況，提高鍋爐熱效率，有效利用各種余熱，提高熱能綜合利用價(jià)值有巨大的推廣價(jià)值，對改善人民的物質(zhì)生活，促進(jìn)能源利用和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的平衡發(fā)展有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

[1]楊玉恒.發(fā)電廠熱電聯(lián)合生產(chǎn)及供熱[Z].北京:水力電力出版社（東北電力學(xué)院編高等學(xué)校教材），1992.