节能装置—蓄热器

朱改新，杨 晓，周长国

（河南南阳市油田机械制造有限公司，河南南阳473132）

现代锅炉由于其蓄水量较小，对负荷变化有较好的适应性，但如果负荷变化剧烈而频繁时，则难于调整运行参数，致使供汽不稳定、燃料供应波动大，导致效率降低、水位波动大，易使锅炉处于不安全、不经济的运行状态。

应当设想可以采用一种平衡负荷的装置来参与，使装置随负荷变化来调节锅炉供汽量，以达到锅炉产汽量稳定，利于安全经济运行。工业窑炉及其他热源也不同程度地存在着一些生产调节之外的能源浪费。对于用汽量、汽压不太大的生产单位，或者是由于一些地区昼夜温差大，生产中的余热、余汽，也应当设想可以采用一种蓄能装置，使负荷调节过程中多余的余热、余汽集中贮存起来，在生产、供暖需用的时候，作为补充能源进行有效利用，以达到节能降耗的目的。

蓄热器便是这种理想的贮能设备。综合多年来总结贮能装置的类型，将蓄热器分类为变压式（蒸汽蓄热器）和定压式（给水蓄热器）两种，这里仅对蒸汽式蓄热器加以讨论，不周之处，祈望同行指正。

1 工作原理

蒸汽式蓄热器工作原理图如图1所示。

图1 蒸汽式蓄热器工作原理

热源的高压侧供汽干管A及低压侧用汽干管B与蒸汽蓄热器相连接，当高压侧供汽干管热负荷降低时，蒸汽供过于求，高压侧供汽干管A管内汽压升高，通过压力信号控制阀1，使阀1自动开启，一部分蒸汽通入蓄热器水中加热热水，这一过程叫充热过程。充热过程可一直进行到蓄热器内的饱和水、汽压力接近高压侧供汽干管内压力为止，阀1闭合；当低压侧用汽干管B负荷升高时，低压侧蒸汽供不应求，低压侧用汽干管B管内汽压随之降低，此时蓄热器中蒸汽汽压高于低压侧用汽干管B管内汽压，通过压力信号控制阀2，使阀2自动开启，蓄热器中饱和水通过压降变为过热水立即沸腾汽化产生蒸汽，协助热用户供汽，这一过程叫放热过程。同时也可以将热能暂存于蓄热器中，待需用时进行输送。

并联式蓄热器多用于低压侧用汽干管压力不足的情况，用以补充降温、降压在一定范围内的低压侧用汽干管蒸汽。串联式蓄热器多用于用汽质量不高的饱和湿蒸汽场合。

2 应用范围

蓄热器的应用范围，取决于用汽负荷波动幅度及频率的大小及其他一些要求，简述如下：

（1）用汽负荷波动具有一定的周期性。若没有周期性影响，蓄热器向蓄热器热用户供能，这时要考虑配套加热措施。

（2）蓄热器热用户用汽压力小于锅炉供汽压力，一般差值在3×105Pa以上，否则也应考虑再加热措施。

（3）热源稳定地供汽，热源供汽量略大于平均耗汽量。

（4）应充分考虑近期、长期的经济利益。

3 实现自动调节的基本方式

图2 自动调节工艺流程

假定某一瞬间，压力信号控制阀V1接收到高压蒸汽干管有过压现象，V1阀自动开启，蒸汽通过止回阀H1经蒸汽分配喷嘴进入盛水容器中进行热量释放，使水得到加热，直到下一个瞬间。低压热用户系统用汽量增加，低压侧压力信号控制阀V2自动开启，蓄热容器中的饱和湿蒸汽有一定压力顶开止回阀H2，饱和湿蒸汽进入低压侧用汽系统。

3.1 V1阀的作用

V1阀是蓄热器高压侧的控制阀门，具有以下功能：

（1）溢流阀的作用。使锅炉在一定压力下，产生定量蒸汽，起到蒸汽流量调节阀的作用。

（2）安全阀的作用。当蓄热器内的压力达到最高使用压力时，阀自动关闭，切断流进蓄热器的蒸汽，使蓄热器保持一定的压力，不至于超压使用。

（3）下限阀的作用。当蓄热器压力减少到接近低压用汽部位的最低工作压力时，V1阀处于开启状态，锅炉蒸汽直接经过V2阀供给用汽部门，起这优先供应低压用汽部位的作用，防止压力下降。

3.2 V2阀的作用

V2阀是蓄热器蒸汽输出的一种高性能减压阀，不论蒸汽流量大小，均要保持阀后的蒸汽压力一定。因为蓄热器的压力不断变化，阀前侧压力的变化幅度很大，其后侧由于用汽负荷变化大，蒸汽流量变化也很大，所以要求该阀能正确进行一次减压，同时也要求该阀的流量调节范围也要大。

总之，V1阀只让高压侧瞬间多余蒸汽通过，而V2阀让低压侧蒸汽保持一定的压力。两阀都需灵敏启闭。

4 简易计算

4.1 蓄热量

（1）设9.806 65 N（1 kgf）压力为P1的饱和水降低到压力为P2时产生的蒸汽量为G kg，据热力学热平衡原理：

降压前的饱和水的热量＝降压后释放出蒸汽的热量＋降压后剩余水的热量，则

所以

其中，

h1'，h2'是 P1，P2压力下的饱和水热焓（kJ/kg）；

h1"，h2"是 P1，P2压力下的饱和蒸汽热焓的平均值（kJ/kg）。

（2）单位容积的蓄热量gd。

其中r1'是P1压力下的饱和水重度。

4.2 必需蓄热量Q0

可根据用户的热负荷曲线及锅炉房实际生产能力分析计算。

4.3 热效率

（1）蓄热器的散热损失。

其中，F是蓄热器保温层外表面积（m2）；

α是蓄热器保温层外表面空气放热系数（kJ/m2h℃）；

t1是蓄热器保温层外表面温度（℃）；

t2是大气温度（℃）。

（2）蓄热器的散热损失系数qs。

其中，τ0是蓄热器在一个充热、放热周期所需的时间（h）。

（3）蓄热器的热效率为η。

由上式可知，蓄热器在单位时间内充热、放热频度越高，则τ0值就越小，而η值就越大。也就是说，蓄热器的热效率与其利用程度有密切关系。

4.4 容积V计算

蓄热器的金属部分和汽空间部分的蓄热能力，远小于容水部分，故忽略该部分蓄热量。因此，蓄热器的容积可近似计算为：

其中，φ为充水系数，取0.8～0.9，是水容积和蓄热器溶剂的几何比值。

4.5 利用曲线图表法计算

有关采用过热蒸汽及饱和蒸汽充热时，蓄热器原水位降低及升高而采用相对应的补水及放水措施，补水及放水量的计算，可参考有关热力学书籍。

5 结束语

蓄热器在平衡锅炉负荷，改善锅炉运行工况，提高锅炉热效率，有效利用各种余热，提高热能综合利用价值有巨大的推广价值，对改善人民的物质生活，促进能源利用和经济建设的平衡发展有很大的发展潜力。

[1]杨玉恒.发电厂热电联合生产及供热[Z].北京:水力电力出版社（东北电力学院编高等学校教材），1992.