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蒸汽蓄热器节能技术应用
蒸汽蓄热器节能技术应用
上海九星蓄热器动力环保工程有限公司
蒸汽蓄热器节能技术应用
1.概述
蒸汽蓄热器是一种蒸汽热能的储存容器,具有均衡供汽波动负荷的作用。
用于蒸汽负荷波动的供汽系统,可使锅炉燃烧负荷稳定;在余热利用系统,能有效的回收热量。
蒸汽蓄热器是一种行之有效的节能设备,国内外均在推广应用。
国家标准GB50041-2008《锅炉房设计规范》基本规定中作了推荐。
合理使用蒸汽蓄热器后,一般能节约燃料3~20%。
蓄热器的分类方式很多,一般分为两大类:
即变压式蓄热器和恒压式蓄热器。
变压式蓄热器对外直接供应蒸汽;恒压式蓄热器分为给水蓄热器和热水蓄热器二种,对外供应的能量为热水。
蓄热器的结构形式有:
卧式蓄热器和立式蓄热器二种。
常用的蒸汽蓄热器是一种变压式蓄热器,借助工作压力变化进行蓄热和放热。
蒸汽蓄热器属于压力容器,其设计、制造、安装、使用和管理都必须严格执行国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全监察规程》及BG150-2009《钢制压力容器》国家标准。
使用变压式蒸汽蓄热器的必要条件:
(1)工艺设备用汽负荷是波动的,日负荷曲线变化频繁和剧烈;
(2)部份用户的用汽压力必须小于汽源(锅炉或热电站供热)的工作压力,低压蒸汽消耗必须大于或等于最大用汽负荷与锅炉房额定蒸发量之差。
1960年上海渔轮修造厂锻工车间,由中船第九设计研究院设计使用第一台22m3蒸汽蓄热器,取得良好效果,推动了上海一些大专院校、科研设计单位、锅炉制造厂等研发应用。
1.27MPa级蒸汽蓄热器产品图(中船第九设计研究院编制)已于1997年列为国家标准图集由建设部出版发行。
蒸汽蓄热器的一般功效:
(1)节约能源;
(2)可增大锅炉房瞬间供汽能力,减少锅炉房装机容量或台数,降低基建费用;(3)稳定供汽,保证供汽参数,可提高工艺生产的产量和质量;(4)锅炉燃烧稳定,可延长锅炉使用寿命;(5)避免锅炉赶火,减轻司炉工劳动强度;(6)蓄热器蒸发放热,负荷适应性好,优于燃烧自动调节;(7)锅炉燃烧稳定有益于环境卫生保护。
蒸汽蓄热器应用领域广泛,适用于:
造纸、化纤、印染、烟草、制糖、食品、酿造、化工、制药、煤气、化肥、建材、塑料、钢铁、机械等行业;在集中供热,热电联产中有很大的发展前景。
节能减排工作是长期国策,在市经息委重视领导下,上海市节能服务中心,致力于节能工作,取得了显著的效果,目前正在推广蓄热器节能技术的应用。
2.蒸汽蓄热器工作原理
蒸汽蓄热器使用时内部充有90%以下的饱和热水,水面以上为蒸汽空间,水空间装有充热装置。
蒸汽蓄热器一般安装于锅炉与用汽设备之间,平衡用汽设备的波动负荷。
当用汽设备负荷减小,锅炉生产的多余蒸汽储存于蓄热器内;当用汽设备负荷增大超过锅炉供汽量时,蓄热器进行放热,补充锅炉供汽不足,满足设备用汽。
蒸汽蓄热器的蓄热和放热是通过内部热水间接实现的。
其热交换过程是:
当用汽设备负荷小于锅炉产汽量时,锅炉供汽管中压力升高,蒸汽通过蓄热器内部充热装置喷入热水中,加热热水,提高热水温度,相应的使蓄热器汽空间的饱和蒸汽压力升高,这是蓄热器的充热过程;当用汽设备负荷高于锅炉供汽量时,锅炉供汽管中压力将会降低,一直降到低于蓄热器汽空间饱和压力时,蓄热器中饱和热水成为过热水,从而进行沸腾放热,产生蒸汽以补充供给设备用汽,这是蓄热器的放热过程。
蓄热器充热过程是饱和水温和饱和汽压升高的过程;蓄热器放热过程是饱和汽压和饱和水温降低的过程。
蓄热器工作时,内部压力是在变化的,因此这种蒸汽蓄热器又称为变压式蒸汽蓄热器。
蓄热器依靠蒸汽压力的变化进行充热和放热。
由于蓄热和放热是通过内部热水实现的,故又称为湿式变压式蒸汽蓄热器。
蒸汽蓄热器的充热装置是由蒸汽分配管和若干喷嘴组组成,每组喷嘴有一只循环筒和一组喷嘴。
充热时蒸汽在喷嘴中将压能转变为动能喷入水中与水混合提高水温,由于循环筒作用,低温热水由循环筒下部进入,被加热的热水从循环筒上流出,水在每组加热喷嘴周围流动,搅动水空间,使水均匀加热。
3.蒸汽蓄热器系统设计
蒸汽蓄热器系统设计甚为重要,应根据供热系统负荷变化的特点,选择蓄热器联接方式,确定蓄热器的容量。
a.蓄热器联接方式分为并联和串联两种,如图1和图2所示。
两者区别,前者蓄热器进汽管与放汽管相联通,高压蒸汽可直接通过自动调节阀组流入低压供汽管系;后者高压蒸汽必须经过蓄热器再流入低压供汽管系。
并联是一般常用的方式;串联适用于脉冲式间断用汽的供热系统或者蓄热器兼作减温器使用的场合等。
图1并联系统图2串联系统
1接自锅炉供气2蒸汽蓄热器1接自锅炉供气2蒸汽蓄热器
3送往低压气用户3送往低压气用户
b.设置止回阀为使蓄热器能自动有效地进行蓄热和放热,在蓄热器进汽管和并联系统的放汽管上必须设置止回阀。
进汽管上设置止回阀的作用,是防止蓄热器中热水倒流入进汽管产生水击事故;并联系统放汽管上设置止回阀的作用,是防止充热时蒸汽倒流入蓄热器空间,保证蓄热器充热完善。
蓄热器进水管上亦应设置止回阀,防止蓄热器中热水倒流入供水系统。
c.蓄热器供水和放水蓄热器初期使用时须向蓄热器中灌入50%以上的软化水或除氧水。
在过热蒸汽供汽系统,进入蓄热器是过热蒸汽,随着充热和放热过程,蓄热器中水位降低,须向蓄热器补水。
蓄热器供水可从锅炉房给水系统接入。
饱和蒸汽供汽系统的蓄热器,由于低压蒸汽的汽化潜热高于高压蒸汽汽化潜热,经过一个充热和放热过程,蓄热器水位增高,因此蓄热器在运行过程中必须定期放水。
蓄热器放出的是高温热水,应接入锅炉房除氧水箱或给水箱中回收利用。
d.蓄热器典型联接系统图3为蒸汽蓄热器典型联接系统。
蒸汽蓄热器充热和放热必须设置自动调节装置进行自动控制,V1阀组的作用是保持锅炉出口汽压恒定,实现锅炉稳定燃烧;V2阀组的作用是保证蓄热器出口压力恒定,满足用户的压力要求。
图3蒸汽蓄热器典型联排系统
1锅炉2高压分汽缸3V1走动调节阀组4V2自动调节组5低压分汽缸6蒸汽蓄热器7除氧水箱或锅炉给水箱8锅炉给水泵9给水管止回阀
10水位计11进汽管止回阀12放气管止回阀
4.蒸汽蓄热器节能分析
4.1装设蒸汽蓄热器是应付波动负荷的有效措施
一般工厂企业的用汽负荷都是波动的,高峰负荷时用汽量很大,低谷负荷时用汽量很小。
由于各类热负荷的特性往往不同,出现高峰负荷的频率也不一样,有的以分、秒计,有的以小时计。
例如机械工厂的锻锤、水压机,制塑行业的模压机等,负荷变化甚为急骤。
由于工作班制的不同,周夜负荷变化差别也很大。
用汽负荷波动对供热锅炉房的设计和运行操作带来很大的不利因素。
一般锅炉房锅炉容量均按最大用汽负荷设计;司炉工跟随用汽负荷进行调整操作,致使司炉完全处于被动状态,疲于奔命没有余力来调整其他影响燃烧情况的因素。
如不设法加以解决,势必造成如下的弊害:
(1)由于负荷波动频繁,锅炉时而赶火,时而压火,造成燃烧不完全,大大影响锅炉效率;
(2)致使增大锅炉房装机容量,提高基建费用投资;
(3)影响工艺生产;
(4)降低锅炉使用寿命;
(5)增加司炉工人员及劳动强度。
装设蒸汽蓄热器是应付用汽负荷波动,克服上述弊害的有效措施。
4.2蒸汽蓄热器节能效果分析
(1)锅炉的效率曲线
一般锅炉设计时,额定工况下的热效率最高,低负荷和超负荷时
热效率均要降低,锅炉的热效率曲线呈抛物线形状,如图4所示。
曲线形状与锅炉类型、燃料种类等有关,燃煤工业锅炉曲线较徒。
图4锅炉热效率曲线
因此锅炉在低负荷和超负荷运行时,锅炉热效率均会降低。
(2)负荷波动对锅炉燃烧效率的影响
由于负荷波动频繁,锅炉时而赶火,时而压火,风煤配比无法来得及给于合理调整,造成燃烧不完全,过剩空气系数α过大,降低锅炉运行效率。
以某链条炉排锅炉(老的国产CT型锅炉)为例:
当负荷
图5锅炉负荷变化与效率有关
波动±25%,锅炉效率降低3.52%;负荷跳动±50%时,效率降低8.6%。
一般锅炉因负荷变动影响锅炉效率的关系,可参考图5锅炉负荷变化与效率关系曲线。
实际上有些厂的运行情况表明,煤碴含炭量很高,甚至可供家庭取暖火炉用。
煤耗的增加不仅是锅炉燃烧不完全的损失,也由于安全阀经常排汽,致使煤耗增大,某厂在未装置蓄热器之前,煤耗增达25%左右。
(3)减少锅炉运行台数,节约锅炉散热损失
在2台以上的(多台)锅炉房,装设蓄热器平衡负荷后,可减少一台锅炉运行。
新设计时可少装一台锅炉,从而可减少一台锅炉q5散热损失2~3%。
(4)节约锅炉辅机电耗
锅炉机组的辅机均按锅炉额定蒸发量匹配,稳定锅炉燃烧后,可降低锅炉辅机电耗。
如果均衡负荷理想,可不装或少装变频装置。
总的节能效果
(5)装设蓄热后,总的节能效果,应按上述分析,根据工程具体情况计算确定。
5.蒸汽蓄热器应用实例介绍
(略)
6.结束语
(1)蒸汽蓄热器是一项成熟的节能技术,应用于波动负荷的供汽和系统,具有均衡蒸汽负荷,稳定锅炉燃烧,提高锅炉房供热效率,达到节约燃料目的。
合理使用一般能节约燃料3~20%,对节能减排工作具有重大意义,应大力推广应用。
(2)蒸汽蓄热器应用询价比,一般投资回收期为2~3年,是合理可行的。
(3)蒸汽蓄热器放热机理,是沸腾蒸发放热,负荷调节适应性最好,无级调节,在锅炉机组节能技术改造措施中优于变频和DCS燃烧自动调节,它是节能的洽本措施,宜优先考虑。
(4)蒸汽蓄热器应用功效除节约能源外,还能:
减少锅炉装机台数,节省基建投资;稳定供汽,满足工艺生产要求,保证产品质量,延长锅炉使用寿命,减少司炉工人员编制和劳动强度;有益于环境保护等,应用领域广泛,宜多思拓。
(上海外高桥第三发电厂1000MW机组节能型抽汽调频技术,利用凝汽器和除氧器允许水位变化,暂态获取一部分机组负荷,这实质上利用除氧器给水蓄热机理。
)
(5)新建和扩建锅炉房时,应按锅炉房设计规范考虑蓄热器的应用,避免建后改造,建议设计单位和有关监管部门重视(上海石库门酿酒有限公司锅炉扩建是个例子)。
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