蒸汽蓄热技术在渭南工业园区的应用

张岩

摘要：文章主要论述了蒸汽蓄热技术的原理、使用条件及其容积的计算方法，并阐述了该技术在金堆城钼业业集团有限公司公司渭南工业园区投入应用的情况和项目所带来的节能和经济效益，最终应用情况表明蒸汽蓄热器在锅炉出力不足且汽量有较大幅度的频繁波动时具有良好的实用性和经济效益。

关键词：供热能力;汽化潜热;供热负荷

Abstract：This article mainly discusses the characteristics of the steam storage technology，principles，conditions of use and the volume calculation method，In addition it expatiated this technologys status be used in WEINAN industrial park of JDC Molybdenum Industry Group Co.，Ltd，at the same time for the project to bring energy-saving efficiency and cost-effective to do a simple calculation，the final application indicates that the steam accumulator and steam in the boiler output less than the frequency of relatively large volume fluctuations have good practical and economic benefits.

Key words：the ability of distribution、the latent of gasification、the load of distribution

金堆城钼业集团有限公司渭南工业园区（以下简称“园区”）有三台蒸汽锅炉，总吨位为26吨，供应园区及公司居民小区生产、生活用汽。目前，园区生产用汽量峰谷波动较大，经常造成短时间内供汽压力急剧变化影响正常生产，另有新建项目投产，用汽负荷将加大，现有锅炉蒸汽生产能力将不能满足园区用汽需求。按扩建后用汽峰值初步计算，园区还需新增一台10吨蒸汽锅炉。因考虑到新建项目用汽峰值出现的时间较为短暂，约为2-3小时。如果按短期峰值负荷设计锅炉房供应能力，势必造成基建投资浪费，也不利于运行管理。

为了均衡锅炉负荷并满足高峰用汽，必须在锅炉之外的供热系统中储有蒸汽，以耗汽的低谷来补给耗汽的高峰，使用汽负荷的波动不影响锅炉的运行负荷。为此，可在园区新增蒸汽蓄热设备，其基本原理是高压饱和水中蕴含的汽化潜热随着压力变化而储蓄或放出热量。

1、蒸汽蓄热器的工作原理

蒸汽蓄热器是一种典型的储存式压力容器，其进汽管和出汽管各通过一只自动压力调节阀与锅炉供汽主管相连。当生产用汽负荷小于锅炉的供汽量时，锅炉供汽主管中的压力将升高，蒸汽蓄热器进汽口前的自动压力调节阀自动开启，多余的蒸汽由蓄热器中冲汽主管均匀扩散到各个支管，再由支管上的喷嘴将蒸汽均匀地喷入蒸汽蓄热器的水中，此时蒸汽凝结为水，将汽化热储藏于水中。随着蒸汽的不断喷入，蒸汽蓄热器内的水位、水温和压力逐渐上升，水的热焓增加，完成整个冲热过程。此时，蒸汽蓄热器内储存着高压饱和水及与其压力相当的热量。反之，供汽主管中的蒸汽压力下降，蓄热器内的高压饱和热水迅速蒸发，产生的蒸汽进入供汽主管，以补充锅炉的供汽不足，此过程为蓄热器的放热过程。

2、蒸汽蓄热器的使用条件

蒸汽蓄热器的蓄热和放热是依靠其工作压力的变化而进行的，当蓄热器的容积一定时，蓄热量由容器内的最高压力和放热压力之差决定，压差越大，蓄热量也越大，因此供汽系统设置蒸汽蓄热器必须具备以下条件：

（1）生产用汽量有较大幅度的频繁波动;

（2）锅炉的容量可以小于最大生产用汽量，但必须大于平均生产用汽量;

（3）鍋炉蒸汽压力必须高于生产用汽压力，且压差要求≥0.13MPa。

经测量计算，园区供热现状满足如上要求。

3、蒸汽蓄热器的容积计算

蒸汽蓄热器的单位容积蓄热量q及蓄热器容积V是衡量蓄热器能力的两个重要参数。在一定的供热系统中冲热压力、放热压力分别受到锅炉和蒸汽用量的限制，单位容积蓄热量q取决于冲热压力和放热压力的压差，其值可近似地按下式计算：

式中 i1、i2、i1′、i2′—冲热压力和放热压力时饱和水/蒸汽的焓，kJ/kg

γ1—冲热压力时饱和水的密度，kg/m3

蓄热器的容积V 按下式计算：

式中 G—平衡供热系统负荷所必须的蓄热量

φ—蓄热器的冲水系数，通常取0.7～0.9

η—蓄熱器的热效率，一般可取0.98～0.99

经计算，满足渭南工业园区的蒸汽蓄热器其容积为100 m3。

4、蒸汽蓄热器的经济效益

以园区为例，蒸汽蓄热器项目实施后所带来的的节能、经济效益主要分如下几个方面：

1）节约锅炉燃料。

增加蓄热器后，可以消除因负荷波动对锅炉运行产生的各种不利影响，提高锅炉热效率，减少煤耗。经统计，园区每年节煤900吨（约 424吨标煤），根据当时原煤的市场价格（700元/吨）计算，潜在经济效益为63万元。

2）增大锅炉供气能力，节省基建投资。

对于负荷波动大且频繁的供热系统，如不配用蒸汽蓄热器时，须按小时最大用汽量配备锅炉，如用蒸汽蓄热器则只需按照平均热负荷配备，因此园区节约新增锅炉一次性投资60万元（注：新增一台10吨锅炉约需150万元）。

3）减少锅炉故障，延长锅炉使用寿命。

在未安装蒸汽蓄热器时，锅炉随剧烈波动的热负荷时时改变燃烧工况，变化较大，易使炉壁上结焦、炉管弯曲变形、炉墙开裂等事故。安装蒸汽蓄热器后，锅炉按平均负荷运行，燃烧稳定，锅炉故障大大减少，节省了维修费用。

4）保持供汽压力稳定，保证产品质量。

对剧烈波动的热负荷，如有蒸汽蓄热器配合锅炉供汽，就可避免在高峰负荷时供汽压力下降和汽包水位剧烈波动后蒸汽带水量增多，以致影响生产工艺，从而保证产品的产量和质量。

5）有利于保护环境。

锅炉对急剧波动的热负荷的供汽，在未用蒸汽蓄热器时锅炉燃烧式况很不稳定，当空气量不足时，会发生不完全燃烧而产生黑烟;当空气量过多时，燃烧温度越高后所产生废气中氮的氧化物越多，污染大气环境。加装蒸汽蓄热器后，使锅炉稳定在最佳工况上运行，燃烧更加充分和完全，降低了炉渣中的含碳量及烟气中氢氧化物的含量和尘含量，从而消除了污染，保护了环境。

6）具有应急的蒸汽储备。

在供热系统中装用蒸汽蓄热器后，如锅炉机组在运行中突然故障或临时停电而停止运行进行抢修时，蓄热器能继续供汽一段时间，保持供汽给必须连续用汽的设备，同时对锅炉机组可获得抢修或采取应急措施的时间，由此可减少或避免生产上的损失。

5、结论

蒸汽蓄热器在锅炉出力不足且汽量有较大幅度的频繁波动时具有良好的实用性和经济效益。

参考文献：

[1]崔海亭 杨锋 蓄热技术及其应用 化学工业出版社 2004（8）

[2]薛建设 蒸汽蓄热器的节能效果及热工计算

[3]李少泉 庞峰 蒸汽蓄热器原理及应用