蒸汽蓄热器容积及蓄热量的计算方法.pdf

第卷第期 月 华东船舶工业学院学报 冶七 蒸汽蓄热器容积及蓄热量的计算方法 周根明姚寿广 动力工程系 摘要本文着重分析了蒸汽蓄热器的蓄放热规律 建立了蓄放热过程能量平衡微分方程 推导出蓄 热器容积及蓄热量的计算公式并对工业热力系统常用压力范围进行了具体计算 文中给出了各种 工作压力 压差下蓄热器单位容积蓄热量 蓄汽量表 为蓄热器的设计计算提供了有效的手段 关键词 蒸汽蓄热热力计算 中图法分类号 仪 在工业生产中常常出现下列几种现象 供汽设备负荷跟不上用汽设备负荷的变化 使供 汽品质极不稳定 以致于影响产品质量 由于用汽设备负荷的钳制 供汽设备处于低效区运 行 最大用汽负荷远远超过最大供汽负荷 使生产不能正常进行 蒸汽蓄热器的使用将缓解 上述供用汽 的矛盾 它以高温水作为热介质 在用汽负荷较低时将供热系统多余的热能储存在 高压饱和水 中 而当用汽负荷较大时 高压饱和水自蒸发产生蒸汽输出热能 以补充锅炉供汽 的不足 起到平衡供用汽负荷 稳定蒸汽 品质 提高锅 炉热效率和使用寿命的作用 从而节约能 源并保证工厂安全正常生产 蓄热器在国外已广泛应用于纺织 印染 机械 化纤 冶金 塑 料 制药等行业用汽负荷频繁波动的锅炉供热系统中 目前 蓄热器技术在我国也逐渐发展起来 但对蓄热器的设计计算尚无统一的方法 为此 本文对蓄热器容积及蓄热量的计算方法进行了 一些研究 蒸汽蓄热器的蓄放热规律分析 蒸汽蓄热器的基本结构及原理 常用 的蒸汽蓄热器是罗茨式蓄热器 其系统组成如 图 它是钢制圆筒形压力容器 外壁 敷设保温材料 器内装有蒸汽分配管 喷嘴和循环筒 筒体上部有蒸汽入口和汽水分离装置及 蒸汽出口 为使蓄热器在供热系统中自动地发挥充放热作用 必须在蓄热器进排汽管上装设自 动控制阀和逆止阀 图示系统为锅炉与蓄热器并联供汽 蓄热器在工作时器 内储存约占总体积写的高压饱和水 水面以上为蒸汽空间 当外界 用汽量小于锅炉供汽能力时 多余的蒸汽便流入蓄热器 经蒸汽分配支管和喷嘴后凝结于水 贵任编辑施林标 第期周根明等蒸汽蓄热器容积及蓄热量的计算方法 中 这时水温 水压 水位同时升高 这是充热过程当外界用汽量大于锅炉供汽能力时 蓄热器 排汽管中汽压下降 此时因水温高于降压后的压力所对应的饱和温度 高压饱和水迅速汽化产 生燕汽送往用户 这是放热过程 由蓄热器排出的蒸汽均为饱和蒸汽 蓄放热规律分析计算 蒸汽蓄热器为变压式显热蓄热器 其工作 过程可表示在水蒸汽的压焙图上 如图所示 图中 箭头方向为放热过程 凡为最高充热压力 几为最低放热压力 蓄热器充热结束时 内部高压饱和水处于 状态 放热过程开始时 高压饱和水蒸发为饱 和干蒸汽与锅炉产汽一并供给用户 而 自身 锅锅炉炉 蓄热器 蒸汽用户 图有蓄热器的锅炉供热系统 一锅护压力调节阀 一充热止回阀 一供汽压力调节阀 一放热止回阀 治沿 一 饱和液体线下降 因而在放热过程 中 供汽熔沿 放热压力时 放热蒸汽状态为 剩余饱和水状态为 由此可得蓄放热微分方程式 讯 一澎 扭 冈 则 一 饱和干蒸汽线变化 到达最低 卜 些 一 丝 价 月 为方便分析 设函数 了 护 扩 图水蒸汽压焙图 所以 式中 丛 一 奥婴 执 一 气 二 蓄热器中饱和水质量 蓄热器中饱和水比焙 矿 蓄热器排出饱和干蒸汽比焙 水蒸汽汽化潜热 扩 饱和水比容 蒸汽压力 下标 对应最高充热压力下的参数 下标 对应最低放热压力下的参数 由此可得单位容积蓄热量为 认一 机 乞 下而万甭 作飞 二 一 五又 子蕊百 厂 少 一 厂夕盖 了灭可 单位容积蓄汽量为 华东船舶工业学院学报 年 解 一 价 夕 丽矛而万 一 而箭 卜 二 几 黯 依据以上分析 首先利用一元非线性回归方法对水蒸汽热力性质在范 围 内回归得到下列 函数关系式 几 一 一 一 一 一 一严 全相关系数 剩余标准偏差 夕 一一 一 一 一 一 严一 尸 全相关系数 剩余标准偏差 砂 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 全相关系数 剩余标准偏差 召 一 式中压力单位为比焙单位为潜热单位 为 阶比容单位为 进一步计算可得到 各工作压差下的单位容积蓄热量和单位容积蓄汽量 结果如表 表所示 表单位容积蓄热量 勺 尸 侧于 一 甘一 廿 己八 蓄热量计算 在蓄热器的设计过程中 通常计算蓄热器的蓄汽量储蓄蒸汽的质量 但实质上应该计算 第期周根明等 燕汽蓄热器容积及蓄热量的计算方法 表单位容积蓄汽 入 知 州于 蓄热量 如果在设计前的负荷调查中蒸汽的品质较稳定 那么蓄热量和蓄汽量的计算是等价 的 但这一点却往往难以做到 所以还是利用热量负荷计算较为可靠 在设计蓄热器之前 通常应先调查测算出系统的用热负荷 曲线 即函数 场 劝 为 时间坐标 再根据曲线形状和锅炉供热能力确定可行的供热负荷曲线 即函数场钓 则 系统在一定时间周期 内的蓄 放热量 为 一交 仇一 蓄热器的蓄热量应是该函数的最大值与最小值之差 即仇 二 仇 一 由此可见 蓄热 量计 算取 决于用热负荷的调查和供热负 荷的确定 用热负荷是由生产 工艺所决定的 这里着重讨论 供热负荷的确定方法 其原则 就是在满足锅炉经济运行的前 提下尽可能节省蓄热器投 资 所以常常不以恒 定负荷供汽 根据在计算周期内供 用热总 负荷必然相等的原理 将用热 了 图供 用热 负荷曲线 用汽负荷曲线阶梯形供热负荷曲线折线形供热负荷曲线 负荷 曲线以适当周期分段后积分取均得到如图中曲线所示的阶梯形供热负荷曲线 该曲 线显然不符合锅炉的供热特点 因为供热负荷不能跃变 再用积分相等原理将 阶梯形曲线转变 成折线形供热曲线 对于给定的用热负荷曲线 折线的形状取决于分段积分的区间 往往要通 过多次试凑才能找到合适的供热曲线 蓄热器的容积计算 由供 用热负荷计算得到系统所需蓄热量口粗 再由充放热压差计算或查表得到单位容积 华东船舶工业学院学报年 蓄热量叭若用质 量负荷计算 则求取单位容积蓄汽量刃 就可由下式计算出所需的蓄热器容 积 夕竺 甲 式中四 容积系教 一黔取 结论 本文在分析了蓄热器的蓄 放热规律的基础上 利用微元热平衡原理列出微分方程式 推 导出单位容积蓄热量的计算公式 可应用在各种工况条件下蓄热器的设计计算 该方法与常规 的线性计算方法相比 提高了计算精度 文中给出的单位容积蓄热量 蓄汽量表可