蒸汽蓄熱器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用 2

1、 蒸汽蓄熱器的應(yīng)用和設(shè)計(jì)目 錄目 錄1第一章 蒸汽蓄熱器的應(yīng)用4一 鍋?zhàn)o(hù)負(fù)荷的波動(dòng)和消除波動(dòng)的方法4二 蒸汽蓄熱器的原理和結(jié)構(gòu)5三 蒸汽蓄熱器在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用原理7四 蒸汽蓄熱器的適用技術(shù)條件和領(lǐng)域101應(yīng)用于用汽負(fù)荷波動(dòng)較大的供熱系統(tǒng)102應(yīng)用于瞬時(shí)耗汽量極大的供熱系統(tǒng)103應(yīng)用于汽源間斷供汽的或流量波動(dòng)的供熱系統(tǒng)114應(yīng)用于需要蓄存蒸汽供隨時(shí)需用的場合11五 在鍋爐供熱系統(tǒng)裝用蒸汽蓄熱器后的效益121節(jié)省鍋爐燃料132增大鍋爐供汽能力，節(jié)省建設(shè)投資163減少鍋爐故障，延長鍋爐使用壽命174保持供汽壓力穩(wěn)定，可提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和(或)質(zhì)量175有利于保護(hù)環(huán)境186減輕司爐的勞動(dòng)強(qiáng)度187具有

2、應(yīng)急的蒸汽儲(chǔ)備188節(jié)省勞動(dòng)力19第二章 蒸汽蓄熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱工計(jì)算19一 變壓式蒸汽蓄熱器的設(shè)計(jì)191蓄熱器筒體192充熱裝置和排汽裝置263附屬裝里314保溫裝置335自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置33二 典型變壓式蒸汽蓄熱器34三 蒸汽蓄熱器的熱工計(jì)算361基本概念362單位蓄熱量的計(jì)算383最大允許蒸發(fā)量454充水系數(shù)和放熱后的水位高度465工作壓力和蓄熱量的關(guān)系486熱效率49四 供熱系統(tǒng)中鍋爐的蓄熱量50第三章 蒸汽蓄熱器的工程設(shè)計(jì)50一 工程設(shè)計(jì)的步驟50二 蒸汽蓄熱器工程的供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)521蒸汽蓄熱器在供熱系統(tǒng)中的聯(lián)結(jié)方式522蒸汽蓄熱器對(duì)波動(dòng)負(fù)荷的直接平衡和間接平衡53三 需要的蓄熱量和蓄

3、熱器的容積計(jì)算571波動(dòng)負(fù)荷的特性分析582蓄熱量的計(jì)算原則和方法613蓄熱器的容積計(jì)算-74四 蒸汽蓄熱器的自動(dòng)調(diào)節(jié)761壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)772流量自動(dòng)調(diào)節(jié)78五 蒸汽蓄熱器及其管道儀表的設(shè)計(jì)和安裝80六 工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)821裝設(shè)蒸汽蓄熱器后的主要經(jīng)濟(jì)效益822蒸汽蓄熱器的造價(jià)和工程投資分析83七 節(jié)能工程的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)85第四章 蒸汽蓄熱器的應(yīng)用實(shí)例86一 應(yīng)用于用汽負(fù)荷波動(dòng)幅度大、頻率高的供熱系統(tǒng)861制槳造紙廠862橡膠輪胎廠913釀酒廠924紡織印染廠975糖廠1036醫(yī)院1087賓館和大樓1118煤氣廠112二 應(yīng)用于瞬時(shí)耗汽量極大的供熱系統(tǒng)1141鋼廠真空處理工藝1142空間技術(shù)試驗(yàn)室1

4、17三 應(yīng)用于汽源間斷供汽或流量波動(dòng)的供熱系統(tǒng)1201在鋼廠配合廢熱鍋爐1202垃圾焚燒場1223太陽能電站1244配合電熱鍋爐126四 應(yīng)用于儲(chǔ)存一定數(shù)量的蒸汽供隨時(shí)發(fā)生的緊急用汽127第五章 蒸汽蓄熱器的安裝和運(yùn)行129一 蒸汽蓄熱器的安裝1291地基和圍欄1292安裝129二 蒸汽蓄熱器的起動(dòng)1291起動(dòng)前的準(zhǔn)備工作1292蒸汽蓄熱器的充熱1303蒸汽蓄熱器的放熱131三 蒸汽蓄熱器的正常運(yùn)行操作1321典型供熱系統(tǒng)中蓄熱器的運(yùn)行1322監(jiān)視蒸汽蓄熱器的水位1353監(jiān)視蒸汽蓄熱器的壓力和水溫1364經(jīng)常檢查止回閥和自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作情況137四 蒸汽蓄熱器的常見故障和處理1371進(jìn)汽止回閥

5、或排汽止回閥發(fā)生泄漏1372自動(dòng)調(diào)節(jié)閥140五 蒸汽蓄熱器的維護(hù)保養(yǎng)1411維護(hù)保養(yǎng)要點(diǎn)1412常用的保養(yǎng)方法141六 蒸汽蓄熱器蓄熱量的簡易測定法142第六章 蓄熱器的技術(shù)發(fā)展概況和分類143一 蒸汽蓄熱器的技術(shù)發(fā)展概況143二 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)蒸汽蓄熱器和過熱蒸汽蓄熱器150三 蓄熱器的基本結(jié)構(gòu)原理1521儲(chǔ)蓄顯熱于飽和流體中1522 . 儲(chǔ)蓄顯熱于加壓(過冷)液體中153四 蓄熱器的典型型式和分類1541基瑟巴赫式鍋爐給水蓄熱器1542墨科勒式鍋爐給水蓄熱器1553膨脹式蒸汽蓄熱器1574變壓式蓄熱和恒壓式蓄熱的聯(lián)合系統(tǒng)1585蓄熱器的分類160附 錄163附錄一 碟形封頭圓柱形蓄熱器容積計(jì)算

6、(不完全充滿水時(shí))163附錄二 橢圓形封頭圓柱形蓄熱器容積計(jì)算164附錄三 蒸汽蓄熱器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格(日本光輝蓄熱器公司)164附錄四 特大型蒸汽蓄熱器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格(日本光輝蓄熱器公司)165附錄五 蒸汽蓄熱器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格(日本奧巴爾機(jī)器公司)166第一章 蒸汽蓄熱器的應(yīng)用一 鍋?zhàn)o(hù)負(fù)荷的波動(dòng)和消除波動(dòng)的方法在制漿造紙、化學(xué)纖維制造、紡織印染、制糖、制藥、橡膠制品、食品、釀酒、化工原料、城市煤氣、小氮肥造氣、冶金及火力發(fā)電等廠的生產(chǎn)過程中，全廠用汽設(shè)備在運(yùn)行中雖在一定限度內(nèi)可以調(diào)整用汽時(shí)間以降低用汽峰值，但往往用汽負(fù)荷仍不均衡，出現(xiàn)較大的波動(dòng)，迫使供汽鍋爐的負(fù)荷也隨之變動(dòng)。由于一般鍋爐的蓄熱量有限，當(dāng)外界用汽

7、負(fù)荷達(dá)到高峰或低谷時(shí)，鍋爐的供汽壓力往往時(shí)降時(shí)升，鍋爐的燃燒工況很不穩(wěn)定，運(yùn)行熱效率下降，因此使司爐操作緊張，勞功強(qiáng)度高；燃料燃燒不完全，排出黑煙，污染環(huán)境；又因供汽壓力波動(dòng)，往往使產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量下降。為消除供汽鍋爐負(fù)荷的較大波動(dòng)，穩(wěn)定供汽壓力，提高鍋爐的運(yùn)行熱效率，可在供汽系統(tǒng)中設(shè)置蓄熱(蒸汽)的裝置，亦即熱能的吞吐倉庫，使鍋爐連續(xù)地按滿負(fù)荷或某一穩(wěn)定的負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)外界用汽負(fù)荷低鍋爐供汽有多余時(shí)，就將熱能儲(chǔ)蓄于蓄熱裝置；在發(fā)生高峰負(fù)荷鍋爐供汽不足時(shí)，蓄熱裝置就釋放出所蓄熱能以補(bǔ)不足。這樣就使鍋爐負(fù)荷不必跟隨用汽負(fù)荷的波動(dòng)而變動(dòng)，在穩(wěn)定的燃燒工況下達(dá)到最佳的運(yùn)行熱效率。近代冶金廠等工廠為節(jié)約

8、能源回收余熱而采用余熱鍋爐(或稱廢熱鍋爐)，但由于有些冶金爐的生產(chǎn)有周期性，一個(gè)在產(chǎn)周期中有加料、冶煉、成品和出爐等過程，然后重復(fù)這些生產(chǎn)過程，因此排出的煙氣余熱是間斷的、周期性的，使余熱鍋爐只能間斷地產(chǎn)生蒸汽，蒸汽流量和壓力都有波動(dòng)。為使這間斷供汽的汽源變?yōu)檫B續(xù)穩(wěn)定的汽源以利于用戶應(yīng)用，可以在供汽系統(tǒng)中設(shè)置儲(chǔ)存余熱鍋爐間斷產(chǎn)生的蒸汽的蓄熱裝置。實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)蓄蒸汽的獨(dú)立裝置現(xiàn)在常用的有兩種：即變壓式蓄汽器和變壓式蒸汽蓄熱器.變壓式蓄汽器俗稱儲(chǔ)汽包或干汽包，屬干式定容變壓式蓄熱器，一般為外壁包有保溫層的鋼制圓柱形壓力容器，它直接儲(chǔ)蓄蒸汽。在容器蓄存或釋放蒸汽時(shí)器內(nèi)壓力隨之升高或降低。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單

9、，能儲(chǔ)存過熱蒸汽。因?yàn)檎羝谋热荽?，如果需要?chǔ)蓄的蒸汽量很多時(shí)，就需要體積非常龐大的壓力容器。變壓式蒸汽蓄熱器簡稱蒸汽蓄熱器，是濕式定容變壓式蓄熱器，它與上述干汽包的蓄熱原理和結(jié)構(gòu)均不相同。它以.水為載熱體，蓄存蒸汽的熱能于高壓飽和水中，然后利用飽和水降壓后發(fā)生閃蒸(或稱自蒸發(fā))的原理再產(chǎn)生蒸汽，在相同容積下，它的蓄熱量數(shù)十倍(或近百倍)于干汽包.二 蒸汽蓄熱器的原理和結(jié)構(gòu)蒸汽蓄熱器的工作原理是在壓力容器中貯存水，將蒸汽通入這水中加熱水，即傳輸熱能于水，使容器內(nèi)水的溫度和壓力升高，形成具有一定壓力的飽和水；然后在容器內(nèi)壓力下降的條件下，飽和水成為過熱水，立即沸騰而自蒸發(fā)，產(chǎn)生蒸汽。這是以水為載

10、熱體間接儲(chǔ)蓄蒸汽的蓄熱裝置。容器中的水既是蒸汽和水進(jìn)行熱交換的傳熱介質(zhì)，又是蓄存熱能的載熱體。常見的臥式蒸汽蓄熱器的外形和結(jié)構(gòu)如圖1-1和1-2所示。它是鋼制圓柱形壓力容器，外壁敷有保溫層。容器內(nèi)部裝有充蒸汽的分配總管和支管，支管末端裝有蒸汽噴頭，噴頭外圍裝有水流循環(huán)筒(或稱換流管)，容器壁上有蒸汽入口和出口、人孔、進(jìn)水口，其底部有排水口和定位支座。此外，裝有壓力計(jì)、水位計(jì)等檢測控制儀表，并可根據(jù)不同工程的要求，裝設(shè)蒸汽流量計(jì)、遠(yuǎn)傳式壓力計(jì)等。一般采用臥式的蒸汽蓄熱器較多，也有立式的，均可安裝在室外，通常裝在鍋爐房的附近。變壓式蒸汽蓄熱器在運(yùn)行時(shí)容器內(nèi)貯有約占總?cè)莘e80-90%的熱水，如圖1-

11、2所示，水面以上為蒸汽空間。在供汽鍋爐按一定的蒸發(fā)量穩(wěn)定地運(yùn)行中，如用汽負(fù)荷小于鍋爐蒸發(fā)量時(shí)，多余的蒸汽(飽和的或過熱的)便經(jīng)充熱蒸汽入口止回閥、截止閥而進(jìn)入蒸汽蓄熱器中的蒸汽分配總管和支管，最后通過蒸汽噴嘴而向上擴(kuò)散在水中并凝結(jié)為水，同時(shí)釋放出熱量以加熱水，這是伴隨著相變的混合式熱交換過程，也是傳熱和傳質(zhì)的熱力過程。這時(shí)，容器內(nèi)的壓力和水溫均升高，水位由于流入的蒸汽凝結(jié)為水而升高，水的焓值提高到與容器內(nèi)壓力相對(duì)應(yīng)的飽和水焓值，這就是蓄熱器的充熱過程。充熱終止時(shí)蓄熱器內(nèi)的最高壓力(P1)稱為充熱壓力，即蓄熱器變壓范圍的上限。蓄熱器內(nèi)的蒸汽分配總管和支管、蒸汽噴頭以及循環(huán)筒總稱為加熱裝置。循環(huán)筒

12、的作用是當(dāng)蒸汽通過噴嘴連續(xù)噴入水中時(shí)，使筒內(nèi)的水和汽向上流出筒的上口后擴(kuò)散，這時(shí)因筒內(nèi)上部汽水混合物流出后局部壓力下降，使筒下口外的水流入筒內(nèi)。如此不斷循環(huán)對(duì)流，使容器內(nèi)上下各部位的水溫趨于接近。當(dāng)用汽負(fù)荷大于鍋爐蒸發(fā)量時(shí)，蒸汽蓄熱器的送汽母管中汽壓下降，蓄熱器內(nèi)壓力大于供汽母管中的壓力，于是蓄熱器汽空間中的蒸汽立即頂開排汽止回閥而流往送汽母管。同時(shí)，器內(nèi)飽和水的壓力立即下降，致水溫高于降壓后的相應(yīng)飽和溫度而成為過熱水，形成剩余熱量。過熱水就迅速自蒸發(fā)，產(chǎn)生飽和蒸汽流出蓄熱器送往熱用戶，補(bǔ)充該時(shí)鍋爐直接供汽的不足，直到規(guī)定的放熱壓力(最低送汽壓力)為止。這時(shí)容器內(nèi)壓力和水溫下降，水位下降，水的

13、焓值降低，這就是蒸汽蓄熱器的放熱過程。放熱終止時(shí)的最低壓力(P2)稱為放熱壓力，即蓄熱器變壓范圍的下限。實(shí)驗(yàn)表明放熱過程中過熱水的蒸發(fā)從數(shù)量上來衡量是以水體的連續(xù)沸騰蒸發(fā)為主，伴隨著水的表面蒸發(fā)。這種蓄熱器依靠容器內(nèi)飽和水(熱介質(zhì))壓力的升降變化，使容器內(nèi)飽和水的焓值相應(yīng)地變化，從而蓄存或釋放熱能(蒸汽)，稱為變壓式(或降壓式)蒸汽蓄熱器。變壓式蓄熱器中的水在經(jīng)蒸汽充熱提高溫度和壓力以后，只有在當(dāng)蓄熱器內(nèi)壓力下降時(shí)才形成過熱水而發(fā)生自蒸發(fā)，所產(chǎn)生的蒸汽為飽和蒸汽，其壓力必定低于充熱壓力。因此過熱蒸汽或飽和蒸汽充入變壓式蓄熱器蓄存以后再釋放出的蒸汽存在著壓力比原充入蒸汽壓力低和過熱度消失(如用過

14、熱蒸汽充熱)的熱力損失，亦即能質(zhì)有所降低。三 蒸汽蓄熱器在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用原理圖1-3a)表示一臺(tái)蒸汽蓄熱器與供汽鍋爐并聯(lián)的供熱系統(tǒng)。在供汽母管上裝有自動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1、V2，鍋爐額定蒸發(fā)量為10t/h，壓力1.37MPa(14kgf/cm2)。當(dāng)?shù)蛪簾嵊脩舻挠闷繛?0t/h、壓力0.29MPa(3kgf/cm2)時(shí)，鍋爐供汽量與熱用戶用汽量基本平衡，在蒸汽蓄熱器內(nèi)蒸汽無進(jìn)出。圖13b)表示用汽量下降到5t/h，因鍋爐仍按10t/h蒸發(fā)量運(yùn)行，多余約5t/h蒸汽便流入蒸汽蓄熱器蓄存。圖1-3c)表示用汽量增加到15t/h，單由鍋爐供汽已不夠，供汽母管中壓力下降，于是蒸汽蓄熱器內(nèi)的高壓熱水迅速蒸發(fā)

15、，輸出蒸汽以補(bǔ)充鍋爐供汽的不足。在上述圖1-3 b)、c)中，蒸汽蓄熱器發(fā)揮了在供熱過程中的調(diào)節(jié)作用，消除了用汽負(fù)荷波動(dòng)對(duì)鍋爐運(yùn)行的各種不利影響，使鍋爐能在穩(wěn)定的負(fù)荷下運(yùn)行，同時(shí)保持供汽壓力穩(wěn)定，有利于生產(chǎn)工藝的順利進(jìn)行。圖1-4a)、b)中為有高壓(1.37MPa)和低壓(0.29Mpa)兩種用汽壓的波動(dòng)用汽負(fù)荷的供熱系統(tǒng)。在圖l-4a)中鍋爐按10t/h蒸發(fā)量穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)高壓用汽量增至5t/h、低壓用汽量增至10t/h時(shí)，單由鍋?zhàn)o(hù)供低壓用汽不夠，于是由蒸汽蓄熱器將蓄存的蒸汽補(bǔ)充供給低壓用戶，以滿足其用汽量。在圖1-4b)中高壓、低壓用汽量分別降到2t/h、5t/h，多余蒸氣約3t/h便流入

16、蒸汽蓄熱器蓄存?zhèn)溆?。圖l-5為工廠中熱電合產(chǎn)的自備火力發(fā)電站熱力系統(tǒng)中裝設(shè)蒸汽蓄熱器的示意圖。其中低壓蒸汽負(fù)荷是波動(dòng)的，當(dāng)?shù)蛪河闷看笥诒硥菏狡啓C(jī)的排汽量時(shí)，就由蒸汽蓄熱器補(bǔ)充供汽，這樣就可使鍋爐負(fù)荷和發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量保持穩(wěn)定，避免發(fā)生波動(dòng)。圖1-6表示一臺(tái)小容量的鍋爐配用容量較大的蒸汽蓄熱器后可供汽給一次性瞬時(shí)耗汽量極大的用戶或間斷用汽的耗汽量較多的用戶。圖中示出一臺(tái)1t/h小鍋爐配用了蒸汽蓄熱器后可供間斷耗汽量達(dá)10t/h的用戶。由于應(yīng)用了蒸汽蓄熱器，可使供汽鍋爐容量大為減小。圖17所示的廢熱鍋爐只能間歇地產(chǎn)生蒸汽。為使能連續(xù)供汽給熱用戶起見，裝用蒸汽蓄熱器以匯集間歇地產(chǎn)生的蒸汽，使間斷

17、供汽的汽源變?yōu)檫B續(xù)供汽的汽源。以上列舉了蒸汽蓄熱器的幾種典型的應(yīng)用四 蒸汽蓄熱器的適用技術(shù)條件和領(lǐng)域蒸汽蓄熱器在供熱系統(tǒng)中主要用于調(diào)節(jié)在一定的用汽周期內(nèi)供汽量和耗汽量之間的不平衡。目前主要用于下列四種情況。1應(yīng)用于用汽負(fù)荷波動(dòng)較大的供熱系統(tǒng)在工廠等用汽負(fù)荷波動(dòng)較大的供熱系統(tǒng)中設(shè)置蒸汽蓄熱器的主要目的是平衡對(duì)波動(dòng)負(fù)荷的供汽，從而穩(wěn)定供汽鍋爐的燃燒工況、供汽壓力和供汽品質(zhì)，提高鍋爐運(yùn)行熱效率，節(jié)約燃料。按不同行業(yè)來分，適合裝用蓄熱器的有制漿造紙廠、化學(xué)纖維(漿粕)廠、紡織印染廠、制糖廠、橡膠制品廠、啤酒廠、乳品廠、油脂廠，食品廠、化工原料廠、塑料廠、日用化學(xué)品廠、人造板廠、城市煤氣廠、中小氮肥廠、

18、機(jī)械制造廠等，在這類工廠的生產(chǎn)過程中，用汽負(fù)荷都有較大幅度的波動(dòng)，又有不同周期的頻繁性，并且大多數(shù)為晝夜連續(xù)生產(chǎn)。應(yīng)用蒸汽蓄熱器以后，可使鍋爐在一定的蒸發(fā)量下穩(wěn)定運(yùn)行，不僅使鍋爐達(dá)到較好的運(yùn)行熱效率，而且因供汽壓力穩(wěn)定，保證蒸汽干度，使生產(chǎn)工藝順利進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量有保證，產(chǎn)量有增長。在有背壓式或抽汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的情況下，如汽輪機(jī)前后的用汽負(fù)荷有較大波動(dòng)時(shí)，就影響到發(fā)電量的穩(wěn)定。若要求發(fā)電量不變，可裝設(shè)蒸汽蓄熱器。裝設(shè)蒸汽蓄熱器后，波動(dòng)負(fù)荷由蓄熱器調(diào)節(jié)，可保持汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電量穩(wěn)定，又能避免有時(shí)因用不完汽輪機(jī)的排汽而放空的熱損失。2應(yīng)用于瞬時(shí)耗汽量極大的供熱系統(tǒng)對(duì)瞬時(shí)耗汽量極大的供汽，如果采用

19、容量不大的鍋爐配以足夠容量的蒸汽蓄熱器蓄存大量蒸汽，就可節(jié)省初次投資，保證供汽。瞬時(shí)耗氣量極大的場合如下：煉鋼車間在鋼液真空脫氣處理工藝中，現(xiàn)在一般采用蒸汽噴射泵抽氣以獲得真空。這些蒸汽噴射泵在極短的時(shí)間內(nèi)耗用大量蒸汽。在近代空間技術(shù)的實(shí)驗(yàn)中，需在地面上體積很大的實(shí)驗(yàn)室里模擬高空的真空環(huán)境以供設(shè)備作試驗(yàn)，現(xiàn)在一般采用蒸汽噴射泵抽氣以獲得真空環(huán)境。該蒸汽噴射泵也在極短時(shí)間內(nèi)耗用大量蒸汽。在骯空母艦上有飛機(jī)起飛時(shí)用的蒸汽彈射器，也在短時(shí)間內(nèi)耗用大量蒸汽。3應(yīng)用于汽源間斷供汽或流量波動(dòng)的供熱系統(tǒng)在汽源供汽不連續(xù)或流量波動(dòng)大的供熱系統(tǒng)，裝用蒸汽蓄熱器后可以使汽源轉(zhuǎn)變?yōu)槟苓B續(xù)供汽的汽源。例如在轉(zhuǎn)爐煉鋼生

20、產(chǎn)中，余熱隨著工藝過程間歇地產(chǎn)生，因此汽化冷卻裝置間歇地產(chǎn)生蒸汽。為使這些蒸汽的用戶能連續(xù)地使用，可裝設(shè)蒸汽蓄熱器匯集間歇產(chǎn)生的蒸汽，連續(xù)供汽給用戶。在城市垃圾焚化爐中，由于廢物的發(fā)熱量差異很大，所產(chǎn)蒸汽量有波動(dòng)，為保證供汽量穩(wěn)定，可裝用蒸汽蓄熱匯集后供出。在太陽能發(fā)電站中，考慮到白天可能發(fā)生陰雨或云層遮擋陽光，因而不能產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，為此須有短時(shí)間的備用汽源以繼續(xù)供汽給汽輪機(jī)。日本第一座1000KW太陽能電站中裝有可供汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行三小時(shí)用汽量的蒸汽蓄熱器。在美國則有供汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行六小時(shí)用汽量的蓄熱器。在核電站中，保持額定功率運(yùn)行，才能充分發(fā)揮核電在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性。因核反

21、應(yīng)堆在運(yùn)行中如功率發(fā)生變動(dòng)就將失去經(jīng)濟(jì)性和合理性，所以為了平衡外界用電負(fù)荷的波動(dòng)，一般裝用蒸汽蓄熱器。4應(yīng)用于需要蓄存蒸汽供隨時(shí)需用的場合蒸汽蓄熱器可作為一種在任何時(shí)候在它的容量限度內(nèi)儲(chǔ)存或供應(yīng)任意數(shù)量蒸汽的熱力設(shè)備。它可以對(duì)熱用戶遇到正常供汽中斷時(shí)供緊急用汽，或者相反，它可以隨時(shí)把暫時(shí)用不完的多余的蒸汽儲(chǔ)存起來。例如在火力發(fā)電廠中，在遇到事故時(shí)須立即緊急起動(dòng)備用汽輪發(fā)電機(jī)組，但即使是快速起動(dòng)的電站鍋爐，從緊急起動(dòng)達(dá)到滿負(fù)荷供汽也須十五分鐘。如裝用蒸汽蓄熱器蓄存定量蒸汽后，即可隨時(shí)緊急供汽給汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，直到緊急起動(dòng)鍋爐能滿負(fù)荷供汽。這樣可使輸電網(wǎng)絡(luò)電壓不致下降。又如在蒸汽機(jī)車修理車間中，

22、駛?cè)胄蘩碥囬g待維修的機(jī)車鍋爐中尚有大量熱水和部分蒸汽。為回收這部分熱能，可藉壓力將該部分熱水和蒸汽輸入蓄熱器蓄存。在機(jī)車維修完畢后，機(jī)車鍋爐可先不必在車間內(nèi)生火，先用蓄熱器中的蒸汽預(yù)熱機(jī)車鍋爐，然后將蓄熱器蓄存的熱水輸入機(jī)車鍋爐中，再由鍋爐房中的鍋爐給機(jī)車鍋爐串汽增壓，機(jī)車就可立即起動(dòng)，駛離修理車間，這種方法稱為機(jī)車無火始動(dòng)工藝。又如在醫(yī)院、賓館等單位，在深夜用汽量很少。如裝用蒸汽蓄熱器后，就可將白天多余的蒸汽蓄存以供深夜使用。這樣可以減少鍋爐值班運(yùn)行的時(shí)間。蒸汽蓄熱器可以在新建或已建的工程中采用。在前述各行業(yè)的老廠中一般均可添裝。特別是在老廠生產(chǎn)發(fā)展后，用汽負(fù)荷發(fā)生變化，依靠調(diào)度已有鍋爐機(jī)組

23、不能滿足用汽需要或者不能達(dá)到經(jīng)濟(jì)地供汽時(shí)，就可采取不增加或少增加鍋爐機(jī)組和司爐人員，以裝用蒸汽蓄熱器來達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。在研究裝用蒸汽蓄熱器時(shí)，必須注意下列的基本技術(shù)條件:(1)用汽負(fù)荷有頻繁的較大幅度的波動(dòng)，這種波動(dòng)具有一定的周期性或呈現(xiàn)交變出現(xiàn)的一定的最大峰值與最低負(fù)荷；(2)汽源壓力必須高于部分或全部用汽設(shè)備所需的汽壓，這種壓差越大，蓄存一定蒸汽量的蒸汽蓄熱器的容積就越小，一般要求有0.29MPa(3kgf/cm2)以上的壓差；(3)汽源的供汽能力必須略大于一晝夜的平均用汽負(fù)荷；(4)具有裝設(shè)蒸汽蓄熱器的場地。五 在鍋爐供熱系統(tǒng)裝用蒸汽蓄熱器后的效益在有劇烈且頻繁波動(dòng)的熱負(fù)荷的鍋爐供熱系統(tǒng)

24、中，裝用蒸汽蓄熱器能顯著地獲得經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)效益。它不僅能提高鍋爐的運(yùn)行熱效率，直接節(jié)省鍋爐燃料，而且由于使所供蒸汽的壓力和品質(zhì)穩(wěn)定而相應(yīng)地穩(wěn)定了生產(chǎn)工藝過程，間接地產(chǎn)生保證產(chǎn)品質(zhì)量和(或)增加產(chǎn)量的效果。此外，可以避免鍋爐經(jīng)常出現(xiàn)燃燒不良及排出含塵量高和氮的氧化物濃度高的煙氣，減少鍋爐的故障，減輕司爐的勞動(dòng)強(qiáng)度等。因此，它的綜合效益顯著而可觀，現(xiàn)分述如下：1節(jié)省鍋爐燃料鍋爐的運(yùn)行熱效率隨鍋爐負(fù)荷的變動(dòng)而異，一般按額定蒸發(fā)量穩(wěn)定地連續(xù)運(yùn)行時(shí)效率最高，鍋爐負(fù)荷急劇、頻繁波動(dòng)時(shí)效率較低。圖18示出水管鍋爐在一定負(fù)荷下和波動(dòng)負(fù)荷時(shí)鍋爐運(yùn)行熱效率的變化。圖中最上面的實(shí)線表示鍋爐負(fù)荷無波動(dòng)時(shí)在各種蒸

25、發(fā)率下的熱效率，其中蒸發(fā)率在15一25kg/(m2·h)的范圍內(nèi)熱效率最高。虛線表示負(fù)荷波動(dòng)時(shí)的熱效率，可以看到負(fù)荷變動(dòng)幅度越大(±50%)，熱效率越低。鍋爐運(yùn)行熱效率高，亦即生產(chǎn)單位蒸汽量的煤耗少，反之則多。例如某煤種的低位發(fā)熱量為21一25MJ/Kg(50006000kcal/kg)，該煤一噸用于工業(yè)鍋爐所產(chǎn)的蒸汽估算如下：鍋爐負(fù)荷如隨用汽負(fù)荷的波動(dòng)而也急劇波動(dòng)時(shí)，鍋爐燃料與所需燃燒空氣量難以迅速調(diào)節(jié)達(dá)到平衡。當(dāng)空氣量過多時(shí)排煙熱損失增加，當(dāng)空氣量不充足時(shí)燃燒不完全的熱損失增多。兩者都造成熱損失，使鍋爐熱效率降低。至于熱損失的多寡和鍋爐性能、燃料特性以及操作水平等有關(guān)。

26、為保持鍋爐能連續(xù)穩(wěn)定地按一定負(fù)荷運(yùn)行以保持較高的熱效率，對(duì)劇烈波動(dòng)的用汽負(fù)荷可采用蒸汽蓄熱器。在采用蒸汽蓄熱器后，當(dāng)外界用汽負(fù)荷較低時(shí)，多余蒸汽將蓄入蓄熱器中。在用汽高峰時(shí)，蓄熱器所蓄蒸汽迅速輸出，補(bǔ)充該時(shí)鍋爐供汽的不足，以滿足高峰用汽的需要。這樣，用汽負(fù)荷的波動(dòng)由蓄熱器調(diào)節(jié)平衡，就可保持鍋爐能連續(xù)穩(wěn)定地按一定負(fù)荷運(yùn)行。圖19表示未用蒸汽蓄熱器時(shí)鍋爐負(fù)荷隨用汽負(fù)荷波動(dòng)于619t/h之間。圖1一10表示裝用蓄熱器后鍋爐負(fù)荷基本穩(wěn)定在13.5t/h左右。圖111中的峰谷線為用汽負(fù)荷曲線，中間水平的黑線為鍋爐蒸發(fā)量曲線。此線之下有黑點(diǎn)的面積(山谷)為蓄入蓄熱器的蒸汽量，此線之上有斜線的面識(shí)(山蜂)為

27、由蓄熱器放出的蒸汽量。由圖可知在一個(gè)蓄熱、放熱循環(huán)中，斜線的面積與黑點(diǎn)的面識(shí)基本上相等，即蓄熱器的放熱量與蓄熱量相等。由此可知在有劇烈波動(dòng)用汽負(fù)荷的供熱系統(tǒng)中，供汽鍋爐配用蒸汽蓄熱器后鍋爐就不再追隨波動(dòng)負(fù)荷而變動(dòng)蒸發(fā)量，基本上保持連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行工況。這就避免了燃燒工況變動(dòng)時(shí)的各種熱損失。雖然蒸汽蓄熱器本體有散熱損失，但一般在有良好的保溫層條件下這熱損失很微小。雖然負(fù)荷波動(dòng)使鍋爐燃燒工況急劇變化所引起的燃料損失隨鍋爐機(jī)組的型式、容量規(guī)模、機(jī)動(dòng)性能和所用燃料品種及操作維修水平等的不同而有較大變化，但許多裝用蒸汽蓄熱器后的實(shí)際測試資料表明，一般可節(jié)省燃料5%-10%，有時(shí)超過15%。在熱電合產(chǎn)的工廠

28、自備電站中，一般要求汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量保持不變。但如使用汽輪機(jī)抽汽或排汽的熱用戶負(fù)荷波動(dòng)很大時(shí)，就導(dǎo)致機(jī)組發(fā)電量波動(dòng)很大，甚至使汽輪機(jī)不能正常地安全運(yùn)行。如在汽輪機(jī)的抽汽或排汽側(cè)裝用蒸汽蓄熱器，平衡用汽負(fù)荷的波動(dòng)，就可使汽輪發(fā)電機(jī)組按一定的發(fā)電量安全穩(wěn)定地運(yùn)行，達(dá)到節(jié)約能源的目的。2增大鍋爐供汽能力，節(jié)省建設(shè)投資鍋爐有了適當(dāng)容量的蒸汽蓄熱器配合供汽以后，就能應(yīng)付劇烈而又頻繁波動(dòng)的用汽負(fù)荷，滿足高峰用汽量大于鍋爐額定蒸發(fā)量時(shí)的需要。所以，在鍋爐房設(shè)計(jì)中，鍋爐容量的確定不必按最大用汽量計(jì)算，可按平均用汽量計(jì)算。這樣，鍋爐機(jī)組的總?cè)萘烤湍軠p少，除了需另行計(jì)算配用適當(dāng)容量的蒸汽蓄熱器外，在一定范圍內(nèi)

29、可減少建設(shè)投資。例如在圖1一11中，總?cè)萘繛?3.5t/h的鍋爐機(jī)組可供19.5t/h的高峰用汽。特別在已建鍋爐房的條件下，當(dāng)高峰用汽負(fù)荷隨生產(chǎn)的發(fā)展而增加時(shí)，只要已有鍋爐的蒸發(fā)量大于平均用汽量，鍋爐工作壓力大于用戶用汽壓力，配用適當(dāng)容量的蒸汽蓄熱器后就可應(yīng)付自如。這與增設(shè)鍋爐機(jī)組相比，除可以節(jié)省建設(shè)投資之外，一般可以節(jié)省人員、能源和運(yùn)行費(fèi)用。在通常情況下，設(shè)置蒸汽蓄熱器的投資常低于裝設(shè)等量的鍋爐機(jī)組(包括輔助設(shè)備、電力設(shè)施等)及所需房屋建筑的投資。蒸汽蓄熱器常裝設(shè)在室外，只需簡單的基礎(chǔ)，場地面積有限時(shí)，可適當(dāng)升高蓄熱器支座，只占用空間。在進(jìn)行投資的分析對(duì)比時(shí)，除考慮設(shè)置蓄熱器和鍋爐機(jī)組兩種方

30、案的初次投資之外，還須比較常年運(yùn)行維修費(fèi)用。蒸汽蓄熱器使用壽命長，維修保養(yǎng)工作少，幾乎無須修理，可以長期保持正常工作狀態(tài)，這是相當(dāng)重要的一個(gè)方面，對(duì)比于鍋爐，爐膛內(nèi)的管子、爐排等常常出現(xiàn)一些故障必須檢修，則蓄熱器的維護(hù)費(fèi)用幾乎可以忽視。設(shè)置蒸汽蓄熱器的投資是否小于設(shè)置相應(yīng)的鍋爐機(jī)組的投資，這個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)界線主要視蓄熱器的放熱時(shí)間長短而定。一般放熱時(shí)間愈長，蓄熱器容量愈大，蓄熱器所需的投資也愈多。據(jù)聯(lián)邦德國古特司登按西方的情況分析比較：對(duì)于工業(yè)鍋爐供汽，如蒸汽蓄熱器的連續(xù)放熱時(shí)間在四小時(shí)以內(nèi)，在此時(shí)期內(nèi)高峰負(fù)荷正常，負(fù)荷曲線接近三角形，則蒸汽蓄熱器的工程投資少于設(shè)置鍋爐機(jī)組的投資。此外，與蓄熱系統(tǒng)

31、的合理程度也有關(guān)，至于電站，據(jù)新近的分析研究，甚至連續(xù)放熱時(shí)間達(dá)到六小時(shí)，可能還是合算的。3減少鍋爐故障，延長鍋爐使用壽命未用蒸汽蓄熱器時(shí)，供汽鍋爐的燃燒強(qiáng)度隨劇烈波動(dòng)的用汽負(fù)荷而多變：有時(shí)趕火，猛加燃料，爐膛內(nèi)燃燒劇烈，使?fàn)t壁過熱；有時(shí)壓火，爐膛內(nèi)燃燒緩慢，爐膛溫度下降，這樣易使?fàn)t墻耐火砌體開裂、爐管彎曲變形或水冷壁上結(jié)渣。如爐內(nèi)燃燒不盡，火焰延伸，可使蒸汽過熱器或?qū)α鞴苁慕饘俪瑴兀咨收稀Ｑb用蒸汽蓄熱器后，鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定，燃燒工況穩(wěn)定，汽壓穩(wěn)定，可以避免發(fā)生上述不良現(xiàn)象。因此，鍋爐檢修工作量減少，維修費(fèi)用也減少，鍋爐的使用壽命延長，這些都是短時(shí)間內(nèi)不易確切計(jì)算的經(jīng)濟(jì)效益。4保持供汽壓力穩(wěn)

32、定，可提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和(或)質(zhì)量有些產(chǎn)品的產(chǎn)量和(或)質(zhì)量受生產(chǎn)過程中所供的蒸汽壓力是否穩(wěn)定、品質(zhì)是否達(dá)到要求的明顯的影響。例如，糖廠中糖的結(jié)晶和粒度的優(yōu)劣和供給結(jié)晶罐的蒸汽壓力是否穩(wěn)定有關(guān)。又如，紡織印染廠中供給染槽的蒸汽干度和壓力如不穩(wěn)定，則染液濃度發(fā)生變化后就會(huì)影響印染的質(zhì)量，使次品率上升。對(duì)上述類型用汽負(fù)荷有較大波動(dòng)的熱用戶，如鍋爐蓄熱量有限，遇高峰用汽時(shí)供汽壓力下降、蒸汽嚴(yán)重帶水，就會(huì)影響生產(chǎn)工藝，影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。如配用蒸汽蓄熱器，就可保持高峰用汽時(shí)蒸汽壓力穩(wěn)定和干度合格，使生產(chǎn)工藝順利進(jìn)行，就能提高產(chǎn)品的產(chǎn)最和質(zhì)量。一般對(duì)制槳造紙廠、染織廠、制糖廠可增產(chǎn)5%以上。5有利于保護(hù)

33、環(huán)境鍋爐對(duì)急劇波動(dòng)用汽負(fù)荷的供汽，在未用蒸汽蓄熱器時(shí)鍋爐蒸發(fā)量隨用汽負(fù)荷的波動(dòng)而變動(dòng)，鍋爐的燃燒很不穩(wěn)定，燃料的燃燒與所需的空氣量時(shí)常失去平衡。當(dāng)空氣量不足時(shí)，將發(fā)生不完全燃燒而產(chǎn)生黑煙。當(dāng)空氣量過多時(shí)，則燃燒溫度越高時(shí)燃燒所產(chǎn)生的廢氣中氮的氧化物(NOx )就越增多。鍋爐配用蒸汽蓄熱器后，鍋爐按一定的負(fù)荷穩(wěn)定地運(yùn)行，燃燒工況穩(wěn)定后就容易實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，廢氣中氮的氧化物減少，煙氣含塵量低，有利于環(huán)境衛(wèi)生。6減輕司爐的勞動(dòng)強(qiáng)度當(dāng)鍋爐容量有限，供汽給負(fù)荷波動(dòng)劇烈而又頻繁的熱用戶時(shí)，司爐必須付出很大注意力于經(jīng)常頻繁緊張地追隨外部用汽負(fù)荷的波動(dòng)而調(diào)節(jié)燃燒，勞動(dòng)強(qiáng)度高。.這種長時(shí)間的緊張心情和勞動(dòng)易使人勞

34、累。如果裝用適當(dāng)?shù)恼羝顭崞?，鍋爐基本上可按一定的負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，這就解除了司爐原來時(shí)刻緊張的心情和勞動(dòng)。操作時(shí)只須監(jiān)視儀表，做到基本上有規(guī)律地運(yùn)行，司爐的注意力可集中于達(dá)到效率最佳的運(yùn)行工況。7具有應(yīng)急的蒸汽儲(chǔ)備在供汽系統(tǒng)中裝設(shè)蒸汽蓄熱器后，如鍋爐機(jī)組突然發(fā)生故障或停電，鍋爐停止運(yùn)行或立即進(jìn)行搶修時(shí)，蒸汽蓄熱器可以繼續(xù)供汽一段時(shí)間，維持必須連續(xù)供汽的生產(chǎn)工藝，例如在橡膠輪胎廠的硫化罐及某些實(shí)驗(yàn)恒溫室等。這時(shí)，鍋爐設(shè)備就有一段搶修或采取應(yīng)急措施的時(shí)間，同時(shí)可減少或避免生產(chǎn)上的損失。又如在日本東京，當(dāng)某一市區(qū)的大氣中光化學(xué)煙霧超限后，環(huán)境監(jiān)察站立即發(fā)出警報(bào)，該區(qū)內(nèi)有關(guān)工廠的鍋爐必須立即臨時(shí)降低負(fù)荷

35、，減少鍋爐排煙量直到再次得到監(jiān)察站的通知。在這段降負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，蒸汽蓄熱器可以應(yīng)急供汽，可以避免或減少生產(chǎn)上的損失。8節(jié)省勞動(dòng)力在鍋爐供汽系統(tǒng)中裝用蒸汽蓄熱器后，對(duì)用汽量很少的一段時(shí)間可以停用鍋爐，由蓄熱器單獨(dú)供汽。例如：(1)醫(yī)院等在夜間只需要少量蒸汽；(2)工廠在休假日個(gè)別部門仍需用少量蒸汽。這時(shí)，鍋爐可以停止運(yùn)行，該時(shí)的值班管理人員可以減少或取消。綜上所述，裝用蒸汽蓄熱器后能取得經(jīng)濟(jì)效益(包括節(jié)能效益)，環(huán)保效益和鍋爐運(yùn)行方面的效益。其中有可以正確計(jì)算出的效益，也有難以金錢計(jì)算的無形的效益，例如增大供汽的可靠性后對(duì)于生產(chǎn)方面所帶來的有利影響等等。在當(dāng)前能源緊張時(shí)期，蒸汽蓄熱器已日益顯出

36、其重要性而被列為節(jié)能設(shè)備。但實(shí)際上它所能產(chǎn)生的效益超過單純的節(jié)能，所以在部分工業(yè)領(lǐng)域中有廣泛推廣應(yīng)用的前途。蓄熱器成為國家重點(diǎn)推廣的節(jié)能設(shè)備，是國家計(jì)委重點(diǎn)推廣的48項(xiàng)成熟推廣的節(jié)約資源措施中的第6項(xiàng)。第二章 蒸汽蓄熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱工計(jì)算一 變壓式蒸汽蓄熱器的設(shè)計(jì)變壓式蒸汽蓄熱器由以下五個(gè)部分組成：1蓄熱器筒體；2充熱裝置和排汽裝置；3附屬裝置；4保溫裝置；5自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。分別說明如后。1蓄熱器筒體蒸汽蓄熱器的筒體是貯存熱水和蒸汽進(jìn)行蓄熱或放熱的壓力容器，在運(yùn)行時(shí)容器的下部為水容積，上部為汽空間，內(nèi)部裝有充熱放熱裝置，其設(shè)計(jì)要求為：l)在強(qiáng)度上能耐受設(shè)計(jì)的工作壓力；2)在給定的容積、壓力條件

37、下，力求制造簡單、容易；3)在給定的容積、壓力條件下，力求用料少、重量輕；4)在給定的容積、壓力條件下，占地面積越小越好；5)為使散熱損失達(dá)到最小，對(duì)給定容積的筒體，其表面積越小越好，即對(duì)單位容積的表面積力求最?。?)蓄熱效率好，制造費(fèi)用低。蓄熱器筒體的設(shè)計(jì)應(yīng)按上述要求考慮。據(jù)此，從有利于壓力容器的強(qiáng)度來看，筒體的斷面應(yīng)為圓形，所以一般選用圓筒形為基本形伏，其兩端則采用半球形、橢圓形或碟形封頭，有時(shí)也可用球形的筒體。半球形封頭在制造上難度稍大，且受鋼板尺寸的限制。如由數(shù)量過多的球面形鋼板拼焊，則制作較難；對(duì)筒體直徑不太大的容器，常采用五塊拼成。如直徑過大，勢必需用較厚的鋼板，但壁厚超過一定數(shù)值

38、(見鋼制焊接壓力容器技術(shù)條件)后必須對(duì)局部器壁或整體進(jìn)行退火，這樣制造費(fèi)用會(huì)相當(dāng)多地增加，所以中小型蓄熱器的直徑一般宜在23m間。根據(jù)安裝場地的條件，蓄熱器可制成立式或臥式。立式占地面積較小，但抗地震的性能不及臥式好。臥式的內(nèi)部裝置較簡單，蒸發(fā)表面積較大。圖2-1示出臥式的外形。(1)、筒體的容積和表面積如圖2一l所示，如D=筒體的直徑(m)；L=筒體的總長度(m)；F=筒體的全部表面積(m2)，. V=筒體的容積(m3)F。=筒體的安裝占地面積m2)，則當(dāng)封頭為半球形時(shí)的容積圖2一2表示上式的計(jì)算結(jié)果。利用圖22的曲線，可以直接求得筒體容積。例如蓄熱器筒體長15m，直徑3m，求它的容積。從縱

39、軸(長度)上找出15m的點(diǎn)，過此點(diǎn)引水平直線向右交直徑3m的斜線于一點(diǎn)，由此引平行于縱軸的直線交橫軸于98m3處，即它的容積。碟形封頭的筒體容積計(jì)算公式見附錄一。用t=L/D的值可示出蓄熱器筒體的體形.。t值可由圖22中查得。如L=D時(shí)t=1，即筒體為球形。利用圖22可在給定的容積和直徑下求得長度。為盡量減少熱損失和節(jié)省材料起見，在給定的容積下對(duì)所選蓄熱器筒體的表面積要力求最小。為此，須求取筒體容積V和表面積F的最佳值關(guān)系，這個(gè)表面和容積之比F/V稱為表面積率。半球形封頭的圓柱形蓄熱器的表面積F見下式：圖23即按上式關(guān)系計(jì)算的表面積和單位容積表面積率對(duì)容積的曲線圖，如上例D=3m，L=15m時(shí)

40、V=98m3。t=L/D=5,在圖23中橫軸上取98m3的一點(diǎn)，平行于縱軸向上作直線與t=5曲線相交于一點(diǎn)，由此點(diǎn)向左在橫軸上可查得表面積140m2。由圖2一3可知：1)當(dāng)t(=L/D)一定時(shí)，隨著筒體容積的增大，其表面積率變小(見圖中五條虛線)；2)當(dāng)容積一定時(shí)，t值越小(筒體短而胖)，其表面積率越小。t的最小值為1，t=1時(shí)筒體呈球形，這時(shí)表面積率最小。球的表面積雖然最小，但實(shí)際上制造鋼制球形蓄熱器將因其制造費(fèi)用的增加而抵消重量輕的得益。一般考慮到制造方便、費(fèi)用低，常采用圓筒形。鋼制蓄熱器的t優(yōu)化值在3.55之間。碟形封頭的立式壓力容器宜取t4，臥式的取t>4，對(duì)預(yù)應(yīng)力鑄鐵結(jié)構(gòu)蓄熱器

41、則約近于6。此外，考慮到陸上運(yùn)輸?shù)姆奖?，容積在50一150m3的蓄熱器直徑的上限為3m。蓄熱器的長度和直徑比(t=L/D)是對(duì)造價(jià)有相當(dāng)影響的一個(gè)因素。直徑愈大則筒壁隨之加厚，長度愈長則表面積增大，兩者均影響到容器的重量，亦即造價(jià)。表面積如增大則保溫層費(fèi)用相應(yīng)增多。粗略估計(jì)，一般可以認(rèn)為容器的重量正比于壓力和容積之積，這樣消除了直徑的因素。(2)、安裝占地面積立式蒸汽蓄熱器的安裝占地面積小于臥式的。隨著t值的增大，兩者占地面積的差數(shù)變大。t值愈接近1時(shí)，兩者占地面積的差數(shù)愈小。t=1時(shí)(球形)，兩者相等。此外，即使在t值相等而容積增大時(shí)，兩者占地面積的差數(shù)也變大。圖24為t=4時(shí)立式與臥式蒸汽

42、蓄熱器占地面積的變化曲線。由該圖可知容積為100m3的蓄熱器，當(dāng)它為立式時(shí)占地面積約為10m2，臥式時(shí)約為43m2，后者比前者多33m2。(3)、筒體強(qiáng)度。蒸汽蓄熱器筒體的強(qiáng)度計(jì)算公式根據(jù)各國的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而定。日本采用：式中 t筒體最小壁厚(mm)；P設(shè)計(jì)工作壓力(kgf/cm2).，D筒體內(nèi)壁直徑(mm)，a1抗拉強(qiáng)度(kgf/mm2)；x一容許抗拉應(yīng)力對(duì)鋼材抗拉強(qiáng)度之比，取1/4(焊接條件時(shí)1/4.25)；一縱向焊縫系數(shù)。1kgf/cm2=0.01kgf/mm2=0.0980665MPa蓄熱器在反復(fù)的充熱和放熱過程中筒內(nèi)水溫不斷變化，裝在室外時(shí)受氣候影響較大，因此在設(shè)計(jì)選用容器材質(zhì)時(shí)須十分往

43、意，在加工制造和安裝時(shí)須有相當(dāng)?shù)木取?4)、筒體結(jié)構(gòu)蒸汽蓄熱器的圓柱形筒體和普通的鍋爐鍋筒相同，制作時(shí)先將二、三塊鋼板拼接成圓環(huán)，然后將這些圓環(huán)拼接成長的圓筒。半球形封頭通常約用五塊鋼板拼合。如圖2一5所示，臥式蓄熱器球形封頭由球冠8和四塊扇形鋼板9拼成的球臺(tái)組成。筒體中部有集汽室，在此設(shè)有蒸汽出口2，安全閥座6，空氣閥座7。1為蒸汽入口，3為排水閥座，4、5為人孔。近來也有因受筒體運(yùn)輸高度限制等原因而取消集汽室的。立式蓄熱器在筒體基本結(jié)構(gòu)方面除無集汽室外，其余和臥式的相同。必須注意到立式蓄熱器在高度上比臥式的高得多，因此須考慮到筒體內(nèi)由于水位高度對(duì)筒體下部所形成的壓頭，所以筒體下部所用鋼板

44、厚于上部。如果筒體高度為20m，則在筒體上部與下部所受水的靜壓壓差為0.20MPa(2kgf/cm2)。此外，因蓄熱器安裝于室外，對(duì)立式的須考慮能抗風(fēng)壓。(5)、安裝基礎(chǔ)和筒體支座蒸汽蓄熱器在運(yùn)行時(shí)內(nèi)盛熱水，其總重量達(dá)數(shù)十噸至上百噸，對(duì)立式的還須考慮抗風(fēng)壓的平衡力矩，所以它必須有足夠堅(jiān)固的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)和安裝蓄熱器支座時(shí)必須考慮到蓄熱器內(nèi)熱水溫度變化所引起的筒體熱漲冷縮，因此對(duì)立式和臥式蓄熱器的支座均須考慮能吸收不同方向的伸縮。例如蓄熱器的工作壓力為1.47MPa (15kgf/cm2)時(shí)的蒸汽溫度約為200，按鋼的線膨脹系數(shù)為2.5mm/m計(jì)算，如蓄熱器兩支座的間距為17m，則其縱向伸長量為4

45、2 .5mm。因此，如無允許自由伸縮的裝置，將會(huì)產(chǎn)生很大的推力。為此，蓄熱器除有固定支座外，必須考慮允許它向不同方向自由伸縮的活動(dòng)支座。如圖2一6所示，可以裝設(shè)分別按伸縮方向布置的滾動(dòng)支座和兼有防止擺動(dòng)作用及允許斜方向伸縮的鉸接支座。圖中箭頭所指的方向即蓄熱器的膨脹方向。圖中所示臥式蓄熱器除裝有固定支座外，另采用滾動(dòng)支座使筒體能自由伸縮，又為防止搖擺而采用有擋板的滾動(dòng)支座。(鋼制臥式容器用的鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)見機(jī)械部和燃化部部頒標(biāo)準(zhǔn))上圖中最右面的是和一般不同的立式蓄熱器安裝形式，全部壓載在一個(gè)環(huán)形支座上，其縱向則可自由伸縮。2充熱裝置和排汽裝置在蒸汽蓄熱器中，蓄熱時(shí)采用蒸汽對(duì)蓄熱器充熱，器內(nèi)以水為

46、蓄熱介質(zhì)蓄熱。在釋放熱能時(shí)，部分飽和水自蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽攜帶熱能輸往用戶。在蒸汽進(jìn)人蓄熱器加熱水時(shí)，蒸汽冷凝為水，器內(nèi)水溫、壓力和水位隨之升高，這就是充熱。正確的充熱過程要力求充熱時(shí)器內(nèi)水溫迅速地達(dá)到均勻，壓力損失小。為此，一般蓄熱器的水容積深而充熱放熱的壓差不大時(shí)，需要保證貯水有良好的對(duì)流循環(huán)的充熱裝置。裝置的形式隨蓄熱條件而定，現(xiàn)在常用蒸汽噴頭和循環(huán)套管。圖27表示臥式蒸汽蓄熱器內(nèi)充熱裝置的布置，有雙排(上圖)和單排(下圖)。通常由一根主蒸汽管接入蓄熱器筒體內(nèi)后沿水平方向分成左右兩根配汽總管，并在總管上接出若干垂直的蒸汽支管，支管末端接裝蒸汽噴頭。在蒸汽支管外套裝直徑較大的水流循環(huán)管，組合成加

47、熱換流裝置，如圖28所示，其中右圖適用于以低壓蒸汽如0.2MPa(2kgf/cm2)充熱的低壓蒸汽蓄熱器。加熱換流裝置豎立在筒體水容積中。循環(huán)管的上端和下端分別以支撐固定于蒸汽支管和筒體底壁上、它使水在加熱時(shí)有良好的對(duì)流循環(huán)，水容積中的水溫較均勻。常用循環(huán)管的形狀有圓柱形和漸縮漸擴(kuò)的喇叭形，圖28中所示下端成喇叭形，有的在上端也做成倒置喇叭形，如圖29所示蒸汽噴頭的作用為使蒸汽分成小股高速噴入水中，形成比重較輕的汽水混合物而引起水的對(duì)流。這就使蒸汽在水中迅速有效地均勻擴(kuò)散后與水混合，放出汽化潛熱加熱全部水。噴頭與噴嘴的構(gòu)造和充熱蒸汽壓力、加熱逮率、噪聲與振動(dòng)的控制有關(guān)。圖2一9中所示為常用的葫

48、蘆形噴頭，它分上下兩層。噴嘴位于噴頭的肩部，有一定的斜度。有的是在噴孔上接裝一小段漸擴(kuò)形或漸縮形噴嘴。在充熱時(shí)，蒸汽從噴嘴噴入水中，于是循環(huán)管內(nèi)的水先受熱而水溫升高，以致比重減小，部分水為汽泡所置換而成為比重稍輕的汽水混合物，并擴(kuò)散上升。又由于噴出汽柱的位能以及循環(huán)管外存在著水柱壓力的作用，使循環(huán)管下口的水向上流入壓力略低的循環(huán)管。如此不斷循環(huán)，筒體內(nèi)各部位的水溫就較快地趨向均勻。必須避免在蓄熱器筒體下部水容積中發(fā)生水溫差異較大的冷水區(qū)，以防金屬筒壁膨脹不均而導(dǎo)致開裂。圖2一9示出了加熱換流管的水循環(huán)路線。蓄熱器充熱進(jìn)汽管和筒體內(nèi)蒸汽分配管管徑的選用必須考慮力求減少壓力損失，因?yàn)槌錈嵴羝麎毫Φ?/p>

49、降低意味著單位水容積蓄熱量的減少。(1)、噴頭和噴嘴蒸汽噴孔的大小和數(shù)量應(yīng)根據(jù)要求的充熱速率和噴嘴特性進(jìn)行計(jì)算。在蓄熱器筒體尺寸定型化的條件下，每種尺寸的筒體內(nèi)安裝的噴頭數(shù)量可以根據(jù)不同工程要求的不同充熱速率而確定。在整個(gè)充熱過程中，蓄熱器內(nèi)壓力和充熱速率是變化的，所以噴嘴的蒸汽流速也是變化的，一般最大流速采用50m/s，噴嘴數(shù)量可按最大充熱速率計(jì)算。通常噴嘴的孔徑為10mm。例如，一個(gè)噴頭有40個(gè)噴嘴，如噴嘴的流量系數(shù)取0.5，則將有16cm2的有效開口面積，若噴嘴的蒸汽流速為50m/s，充熱壓力為1.37MPa(14kgf/cm2)，則每只噴頭噴出的蒸汽量約為1.8t/h。低壓蒸汽噴頭用于

50、低壓蒸汽蓄熱器。這類蓄熱器的充熱蒸汽壓力較低，例如0.2MPa(2kgf/cm2),一般為動(dòng)力機(jī)械中已經(jīng)使用過的蒸汽，所以也稱廢汽蓄熱器。例如，用于貯存汽輪機(jī)抽汽或排汽等低壓汽源的蓄熱器。由于低壓蒸汽進(jìn)入蓄熱器噴頭的壓力已較低，必須盡量減少其壓力損失，所以低壓噴頭的入水深度宜淺，但又要保持一定深度，以使筒體內(nèi)的水能較好地上下對(duì)流。如果噴嘴入水的深度過淺，就只能加熱上層的水，在水容積的中下層將形成深厚的冷水帶。水的上下層溫差大，就會(huì)嚴(yán)重影響蓄熱器的性能。圖28中右圖為帶有循環(huán)管的一種低壓蒸汽噴頭，這種形式最早用于法國人拉托教授創(chuàng)制的汽輪機(jī)廢汽蓄熱器。立式蒸汽蓄熱器的噴頭與臥式的完全不同。因沿筒體

51、高度方向不能裝設(shè)粗大的蒸汽管子，所以只能在由上引下的進(jìn)汽主管上從筒體上端算起約1/3高度處分接出幾個(gè)噴頭，如圖210中的1。也不能象臥式蓄熱器在每只噴頭外圍裝一根循環(huán)管，僅能裝用一根大直徑的長達(dá)近筒底處的循環(huán)總管，如圖210中的2。為提高立式蒸汽蓄熱器在放熱時(shí)的蒸發(fā)率，如圖2一10所示在循環(huán)管2外側(cè)的管子3的上端裝設(shè)疊置的圓錐形套管。充熱過程是個(gè)復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)動(dòng)力熱力過程。原來蓄熱器內(nèi)壓力較低，蒸汽流入器內(nèi)后先提高器內(nèi)壓力。由于充熱開始時(shí)器內(nèi)壓力低，所以流入的蒸汽汽泡首先被過熱，這部分熱能在開始冷凝時(shí)先傳給周圍的水。在充熱開始時(shí)，離開噴嘴的蒸汽并不冷凝而有經(jīng)過水層后上升到汽空間的趨向。這樣便使

52、器內(nèi)壓力升高，并使以后流入的蒸汽的壓力上升到略高于相應(yīng)的飽和溫度，這個(gè)飽和溫度高于該時(shí)的水溫。由于存在著這個(gè)溫差，就引起了器內(nèi)蒸汽汽泡的冷凝而將熱傳給水。然后，在器內(nèi)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即小部分蒸汽總是流到汽空間以增高壓力，其余大部分蒸汽則在水中上升的過程中冷凝為水而釋放出熱能，并加熱了水。因?yàn)樵趪婎^截面處的蒸汽和水的熱交換不能將全部蒸汽的熱能傳給水，所以部分蒸汽將在水中擴(kuò)散。蒸汽在擴(kuò)散過程中與水進(jìn)行熱交換，水容積內(nèi)存在水汽混合物，它的比容瞬時(shí)增大很多，因此這時(shí)蓄熱器的水位表上所示的水位常出現(xiàn)上下波動(dòng)。在充熱過程中實(shí)際上存在一定的熱損失，使蓄熱器內(nèi)上部汽空間的溫度與水容積內(nèi)上層的水溫存在著溫

53、差，引起了水容積內(nèi)水溫的分層性不均勻。隨著水深的增加，水溫和相應(yīng)的飽和溫度的溫差愈大，因此蓄熱器內(nèi)各點(diǎn)有不同的溫差，這個(gè)溫差以平均小于4為較好。實(shí)踐證明，蒸汽噴頭的入水深度對(duì)蓄熱器內(nèi)各部位的溫差有重要的影響，即和蒸汽噴出時(shí)的壓頭(水柱高度)、汽泡上升時(shí)間等有關(guān)，所以噴頭入水深度應(yīng)按蓄熱器的工作壓力和充熱速率來決定，力求減少總的溫度損失。(2)、集汽裝置和汽水分離裝置蒸汽蓄熱器的排汽裝置包括集汽裝置、限流裝置和汽水分離裝置。在蒸汽蓄熱器的設(shè)計(jì)中，已經(jīng)控制了筒體內(nèi)的蒸發(fā)強(qiáng)度和留有足夠的汽水分離空間高度，使之具有產(chǎn)生干飽和蒸汽的基本條件。但為了獲得質(zhì)量更好的蒸汽，可以在臥式蓄熱器筒體頂部排汽口上設(shè)置

54、集汽室。傳統(tǒng)的集汽室為鐘罩形(俗稱將軍帽)，但近來有改用一段臥式圓柱形筒體的方案，它可以用法蘭連接于蓄熱器的排汽口。汽水分離裝置的形式較多，其安裝位置也隨形式而異，有的裝在集汽室中，有的裝在臥式蓄熱器筒體內(nèi)的頂部。通常在集汽室中裝置漸縮漸擴(kuò)形限流噴嘴(即拉伐爾限流噴嘴)。在送汽管內(nèi)汽壓急劇下降時(shí)，這個(gè)限流噴嘴將限止自蓄熱器中流出的蒸汽流最于某一最高值，以防止蓄熱器內(nèi)急劇蒸發(fā)后蒸汽帶水很多。又由于這個(gè)噴嘴的節(jié)流作用，將使蒸汽中的水滴再次蒸發(fā)。從蒸汽蓄熱器中蒸發(fā)出的蒸汽經(jīng)過上述汽水分離裝置后，在流經(jīng)出口止回閥和自動(dòng)調(diào)節(jié)閥時(shí)發(fā)生節(jié)流絕熱膨脹，致使原來的干飽和蒸汽成為具有十多度()過熱度的微過熱蒸汽。

55、3附屬裝置(l)、止回閥為使蒸汽蓄熱器按照負(fù)荷變化的需要自動(dòng)進(jìn)行充熱和放熱，除了在供汽母管上裝設(shè)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥之外，對(duì)與鍋爐并聯(lián)連接的蒸汽蓄熱器，必須在其進(jìn)汽口排汽口各裝設(shè)一只止回閥。對(duì)串聯(lián)連接的蓄熱器，則必須在其進(jìn)汽口裝設(shè)一只止回閥。蓄熱器進(jìn)汽口的止回閥可以防止蓄熱器放熱時(shí)熱水倒流而引起水擊和蒸汽帶水。排汽口如無止回閥則蒸汽可經(jīng)排汽口倒流入蓄熱器的汽空間，該處壓力立即上升，但筒體內(nèi)的水不能很快加熱以完成正常的蓄熱效果。此外可在緊靠蓄熱器進(jìn)汽和排汽止回閥的前面或后面各裝設(shè)一只截止閥以利于止回閥的檢修。(2)、壓力計(jì)為監(jiān)視蒸汽蓄熱器內(nèi)的壓力，須在蓄熱器筒體的汽空間開孔接裝蒸汽壓力計(jì)。如要檢測和連續(xù)記

56、錄蓄熱器在運(yùn)行過程中充熱和放熱時(shí)的汽壓變化情況，可裝用有自動(dòng)記錄的壓力計(jì)。(3)、液位計(jì)為監(jiān)視蒸汽蓄熱器在運(yùn)行過程中的水位以及控制初次投運(yùn)時(shí)加水的水位，必須在筒體上裝設(shè)適當(dāng)?shù)囊何挥?jì)。液位計(jì)的極限量程應(yīng)大于充熱終了時(shí)的高水位和小于放熱終了時(shí)的低水位。蒸汽蓄熱器的充熱和放熱狀況，反映于蓄熱器內(nèi)的壓力(或溫度)和水位高度，所以水位也是重要的檢測目標(biāo)。一般可采用自動(dòng)連續(xù)記錄的儀表，并遠(yuǎn)傳到鍋爐房控制臺(tái)一并監(jiān)視，或裝在蓄熱器旁邊的小亭內(nèi)。(4)、安全閥安全閥根據(jù)有關(guān)的安全監(jiān)察規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)。安全閥安裝的位置，當(dāng)有集汽室時(shí)安裝在集汽室上，無集汽室時(shí)安裝在蓄熱器筒體頂部汽空間的范圍內(nèi)。(5)、排水閥和給水閥蒸

57、汽蓄熱器在運(yùn)行過程中，為保持一定的汽空間高度和水量而必須定時(shí)調(diào)整水量，需要裝設(shè)排水閥和給水閥。在維修時(shí)要放出貯水，為此須在蓄熱器筒體底部最低點(diǎn)處裝設(shè)排水閥。排水閥和排水管的直徑根據(jù)蓄熱器容積而定。排水管可接到鍋爐給水箱，以回收排出的熱水及其熱能。蒸汽蓄熱器在初次運(yùn)行時(shí)要先加入軟水。此外，如用過熱蒸汽充熱時(shí)在運(yùn)行中須補(bǔ)充軟水，為此在鄰近臥式蒸汽蓄熱器筒體的水平中心線高度處向筒體內(nèi)水容積區(qū)間接入進(jìn)水管，在進(jìn)水管上裝設(shè)給水閥和止回閥各一只。(6)、空氣閥蒸汽蓄熱器在初次投運(yùn)時(shí)須為加水而排出筒體內(nèi)的空氣，在維修時(shí)又須為放出貯水而將空氣引入筒體內(nèi)，以避免筒體內(nèi)造成真空。為此，在筒體的頂部高點(diǎn)處需裝設(shè)一只空氣閥。4保溫裝置由于蒸汽蓄熱器內(nèi)貯存的水和蒸汽的溫度較高，筒體表面溫度與周圍空氣溫度