蒸汽蓄熱器在鍋爐上的應用

蒸汽蓄熱器在鍋爐上的應用

1蒸汽蓄熱器的使用蒸汽蓄熱器是一種蒸汽熱量的儲存容器，可以平衡和充分反映蒸汽的變化負荷。用于蒸汽負荷波動的供汽系統(tǒng),可使鍋爐燃燒負荷穩(wěn)定;在余熱利用系統(tǒng),能有效的回收熱量。蒸汽蓄熱器是一種行之有效的節(jié)能設備,國內(nèi)外均在推廣應用。國家標準GB50041-2008《鍋爐房設計規(guī)范》基本規(guī)定中也作了推薦。合理使用蒸汽蓄熱器后,一般能節(jié)約燃料3%~20%。蓄熱器的分類方式很多,一般分為兩大類即變壓式蓄熱器和恒壓式蓄熱器。變壓式蓄熱器對外直接供應蒸汽;恒壓式蓄熱器分為給水蓄熱器和熱水蓄熱器二種,對外供應的能量為熱水。蓄熱器的結(jié)構(gòu)形式有:臥式蓄熱器和立式蓄熱器二種。常用的蒸汽蓄熱器是一種變壓式蓄熱器,借助工作壓力變化進行蓄熱和放熱。蒸汽蓄熱器屬于壓力容器,其設計、制造、安裝、使用和管理都必須嚴格執(zhí)行國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》及GB150-2009《鋼制壓力容器》國家標準。1)使用變壓式蒸汽蓄熱器的必要條件。(1)工藝設備用汽負荷是波動的,日負荷曲線變化頻繁和劇烈;(2)部分用戶的用汽壓力必須小于汽源(鍋爐或熱電站供熱)的工作壓力,低壓蒸汽消耗必須大于或等于最大用汽負荷與鍋爐房額定蒸發(fā)量之差。2)蒸汽蓄熱器的一般功效。(1)節(jié)約能源;(2)可增大鍋爐房瞬間供汽能力,減少鍋爐房裝機容量或臺數(shù),降低基建費用;(3)保證供汽參數(shù)穩(wěn)定,可提高工藝生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量;(4)鍋爐燃燒穩(wěn)定,可延長鍋爐使用壽命;(5)避免鍋爐趕火,減輕司爐工勞動強度;(6)蓄熱器蒸發(fā)放熱,負荷適應性好,優(yōu)于燃燒自動調(diào)節(jié);(7)鍋爐燃燒穩(wěn)定,有益于環(huán)境保護。3)蒸汽蓄熱器應用領(lǐng)域廣泛,適用于:造紙、化纖、印染、煙草、制糖、食品、釀造、化工、制藥、煤氣、化肥、建材、塑料、鋼鐵、機械等行業(yè);蓄熱器在集中供熱、熱電冷聯(lián)產(chǎn)和太陽能新能源應用中有很大的發(fā)展前景。2.蓄熱器的充熱過程蒸汽蓄熱器使用時內(nèi)部充有90%以下的飽和熱水,水面以上為蒸汽空間,水空間裝有充熱裝置。蒸汽蓄熱器一般安裝于鍋爐與用汽設備之間,平衡用汽設備的波動負荷。當用汽設備負荷減小,鍋爐生產(chǎn)的多余蒸汽儲存于蓄熱器內(nèi);當用汽設備負荷增大超過鍋爐供汽量時,蓄熱器進行放熱,補充鍋爐供汽不足,滿足設備用汽。蒸汽蓄熱器的蓄熱和放熱是通過內(nèi)部熱水間接實現(xiàn)的。其熱交換過程是:當用汽設備負荷小于鍋爐產(chǎn)汽量時,鍋爐供汽管中壓力升高,蒸汽通過蓄熱器內(nèi)部充熱裝置噴入熱水中,加熱熱水,提高熱水溫度,相應的使蓄熱器汽空間的飽和蒸汽壓力升高,這是蓄熱器的充熱過程;當用汽設備負荷高于鍋爐供汽量時,鍋爐供汽管中壓力將會降低,一直降到低于蓄熱器汽空間飽和壓力時,蓄熱器中飽和熱水成為過熱水,從而進行沸騰放熱,產(chǎn)生蒸汽以補充供給設備用汽,這是蓄熱器的放熱過程。蓄熱器充熱過程是飽和水溫和飽和汽壓升高的過程;蓄熱器放熱過程是飽和汽壓和飽和水溫降低的過程。蓄熱器工作時,內(nèi)部壓力是在變化的,因此這種蒸汽蓄熱器又稱為變壓式蒸汽蓄熱器。蓄熱器依靠蒸汽壓力的變化進行充熱和放熱。由于蓄熱和放熱是通過內(nèi)部熱水實現(xiàn)的,故又稱為濕式變壓式蒸汽蓄熱器。蒸汽蓄熱器的充熱裝置是由蒸汽分配管和若干噴嘴組組成,每組噴嘴有一只循環(huán)筒和一組噴嘴。充熱時蒸汽在噴嘴中將壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽車娙胨信c水混合提高水溫,由于循環(huán)筒作用,低溫熱水由循環(huán)筒下部進入,被加熱的熱水從循環(huán)筒上流出,水在每組加熱噴嘴周圍流動,擾動水空間,使水均勻加熱。3按負荷波動的規(guī)律分析燃燒效率1)裝設蒸汽蓄熱器是均衡波動負荷的有效措施一般工廠企業(yè)的用汽負荷都是波動的,高峰負荷時用汽量很大,低谷負荷時用汽量很小。由于各類熱負荷的特性往往不同,出現(xiàn)高峰負荷的頻率也不一樣,有的以分、秒計,有的以小時計。例如機械工廠的鍛錘、水壓機,制塑行業(yè)的模壓機等,負荷變化甚為急驟。由于工作班制的不同,晝夜負荷變化差別也很大。用汽負荷波動對供熱鍋爐房的設計和運行操作帶來很大的不利因素。一般鍋爐房鍋爐容量均按最大用汽負荷設計;司爐工跟隨用汽負荷進行調(diào)整操作,致使司爐工完全處于被動狀態(tài),疲于奔命沒有余力來調(diào)整其他影響燃燒工況的因素。如不設法加以解決,勢必造成如下的弊害:(1)由于負荷波動頻繁,鍋爐時而趕火,時而壓火,造成燃燒不完全,大大影響鍋爐效率;(2)致使增大鍋爐房裝機容量,提高基建投資費用;(3)影響工藝生產(chǎn);(4)降低鍋爐使用壽命;(5)增加司爐工人員及勞動強度。裝設蒸汽蓄熱器是應付用汽負荷波動,克服上述弊害的有效措施。2)蒸汽蓄熱器節(jié)能效果分析(1)鍋爐的效率曲線一般鍋爐設計時,額定工況下的熱效率最高,低負荷和超負荷時熱效率均要降低,鍋爐的熱效率曲線呈拋物線形狀,如圖1所示。曲線形狀與鍋爐類型、燃料種類等有關(guān),燃煤工業(yè)鍋爐曲線較陡。因此鍋爐在低負荷和超負荷運行時,鍋爐熱效率均會降低。(2)負荷波動對鍋爐燃燒效率的影響由于負荷波動頻繁,如前面所述,造成燃燒不完全,過?？諝庀禂?shù)α過大,降低鍋爐運行效率。以某鏈條爐排鍋爐(老的國產(chǎn)CT型鍋爐)為例:當負荷波動±25%,鍋爐效率降低3.52%;負荷波動±50%時,效率降低8.6%。(3)減少鍋爐運行臺數(shù),節(jié)約鍋爐散熱損失在2臺以上的(多臺)鍋爐房,裝設蓄熱器平衡負荷后,可減少一臺鍋爐運行。新設計時可少裝一臺鍋爐,從而可減少一臺鍋爐散熱損失2%~3%。(4)節(jié)約鍋爐輔機電耗鍋爐機組的輔機均按鍋爐額定蒸發(fā)量匹配,穩(wěn)定鍋爐燃燒后,可降低鍋爐輔機電耗。(5)總的節(jié)能效果裝設蓄熱器后,總的節(jié)能效果,應按上述分析,根據(jù)工程具體情況計算確定。4電廠蒸汽廠汽封機1)上海某藥業(yè)有限公司蒸汽蓄熱器上海某藥業(yè)有限公司熱電車間安裝3臺SHL20-25/400型燃煤鍋爐、2套B1-24/9.5/6型抽汽背壓式汽輪發(fā)電機組。在抽汽背壓供汽系統(tǒng)設置2臺100m3、1.27MPa臥式蒸汽蓄熱器。實施熱電冷聯(lián)產(chǎn),并在對外某公司供汽系統(tǒng)中增設1臺100m3立式高壓蒸汽蓄汽器,設計壓力2.4MPa,供汽壓力1.2MPa。該公司節(jié)能措施具全,實施了熱電冷聯(lián)產(chǎn)、蒸汽蓄熱器臥式和立式均有,多年來蓄熱器使用情況良好。2)上海某熱力公司熱水蓄熱器上海某熱力公司是上海市桃浦工業(yè)區(qū)唯一的集中供熱企業(yè),設有兩個供熱站。1號站安裝SHL20-2.45/250-A型20t/h燃煤鍋爐4臺;2號站安裝YG35/3.82-M6型35t/h燃煤鍋爐2臺。該公司二個站冬季供汽不夠,需擴建鍋爐。經(jīng)上海市節(jié)能服務中心采用蓄熱器技術(shù)可行性報告分析,1號站內(nèi)新增2臺450m3立式給水蓄熱器;2號站內(nèi)增設450m3給水蓄熱器1臺。共增設給水蓄熱器3臺(直徑8000nm,高9000mm)。給水蓄熱器的連接系統(tǒng)并聯(lián)在除氧器進出水系統(tǒng),利用夜間低負荷供汽時,加熱除氧水,從除氧器溢流貯存在給水蓄熱器內(nèi)。當白天高峰供汽時,停止除氧進水加熱,采用給水蓄熱器內(nèi)的熱水用泵抽至除氧器加熱,減少除氧器加熱蒸汽量。3)上海某機器廠高壓蒸汽蓄熱器上海某機器廠鍋爐房現(xiàn)有蒸汽鍋爐5臺,其中4臺10t/h,1臺20t/h,總裝機容量為60t/h,鍋爐設計壓力2.5MPa,飽和溫度。鍋爐房供汽系統(tǒng)主要供生產(chǎn)用汽,為冶煉車間2臺真空脫氣設備蒸汽噴射真空泵抽真空噴射用汽,這是周期性間斷高峰用汽,平均用汽量12~15t/h,瞬間負荷變動甚大,供汽不足會影響冶煉時間和鋼水質(zhì)量。設置蒸汽蓄熱器的目的:滿足2臺真空泵同時用汽高峰負荷,保證安全供汽;停運1臺10t/h低效率鍋爐,節(jié)約能源。設計采用2臺150m3,2.4MPa高壓蒸汽蓄熱器,并聯(lián)運行。蓄熱器的工作壓力為2.2MPa-1.2MPa,蓄熱器直徑為3200mm,長度為20300mm。4)上海某有限公司蒸壓釜余汽回收蓄熱器上海某有限公司是一家建材行業(yè),現(xiàn)有兩條生產(chǎn)流水線,共安裝蒸壓釜13臺,其尾汽用11.5Bar低壓蓄熱器進行回收,蓄熱器容積100m3及80m3各一臺,其系統(tǒng)由德國XELLA公司設計,年回收蒸汽量約10000t,加熱鍋爐除氧器給水,年節(jié)煤約1785t,目前已投入使用,情況良好。5)上海某釀酒有限公司鍋爐房配套蓄熱器上海某釀酒有限公司新廠鍋爐房共有鍋爐4臺,其中2臺DZL6-1.25-AⅡ型組裝鍋爐,2臺DZL5-1.25-AⅢ型臥式快裝鍋爐,額定蒸發(fā)量22t/h,用汽負荷波動。上午高峰用汽瞬間最大負荷為22t/h,晚上只是少量保溫用汽,平均用汽量約為0.53t/h,設計配套1臺150m3低壓蒸汽蓄熱器,平衡上午高峰負荷,減少1臺鍋爐運行。蒸汽蓄熱器設計壓力1.27MPa,容積150m3、直徑3200mm、長度20.3m。布置在擴建鍋爐東側(cè)室外,完善鍋爐房節(jié)能改造,成為節(jié)能型鍋爐房標準設計示范樣板。6)宜昌某國際化妝品公司鍋爐房蒸汽蓄熱器宜昌某國際化妝品公司鍋爐房安裝油氣兩用2t/h蒸汽鍋爐一臺和0.47t/h電蒸汽鍋爐一臺(預留一臺發(fā)展位置),鍋爐額定蒸汽壓力為1.25MPa,供氣系統(tǒng)配套1.27MPa50m3蒸汽蓄熱器一臺。該公司工藝生產(chǎn)用汽負荷波動,早上工藝生產(chǎn)夾套鍋加熱用汽量很大,一臺2t/h油汽爐不能滿足用汽要求,但高峰用汽時間較短,因此設置50m3蒸汽蓄熱器,晚上利用電鍋爐低谷電產(chǎn)汽,貯存在蒸汽蓄熱器內(nèi)。早晨上班用汽高峰時,蓄熱器放熱滿足高峰用汽,蓄熱器進氣壓力為1.25MPa,蓄熱器的放熱壓力為0.3MPa,裝設蓄熱器后,可減少燃氣鍋爐裝機容量,達到節(jié)能目的。采用電蒸汽鍋爐目的:利用宜昌水力發(fā)電夜間低谷廉價電,降低油汽爐運行成本。該鍋爐房配置是一種創(chuàng)新型的優(yōu)化設計,由上海中國海誠工程科技股份有限公司設計。由上6個企業(yè)的工程實例,基本上全面反映蒸汽蓄熱器應用內(nèi)涵:有蒸汽蓄熱器和給水(熱水)蓄熱器;有高壓蒸汽蓄熱器和低壓蒸汽蓄熱器;有新蒸汽應用蒸汽蓄熱器和余汽回收蓄熱器;有立式蓄熱器和臥式蓄熱器;應用領(lǐng)域有機械、醫(yī)藥、輕工和建材等行業(yè),具有代表性。5鍋爐低能耗冷水機電技術(shù)應注意的問題1)蒸汽蓄熱技術(shù)是一項成熟的節(jié)能技術(shù),應用于波動負荷的供汽系統(tǒng),具有均衡蒸汽負荷,穩(wěn)定鍋爐燃燒,提高鍋爐房供熱效率,達到節(jié)能目的。對清潔能源替代工作具有重大意義,應大力推廣應用。2)蒸汽蓄熱器應用性價比,一般投資回收期為2~3年,是合理可行的。3)蒸汽蓄熱器放熱機理,是沸騰蒸發(fā)放熱,負荷調(diào)節(jié)適應性最好,無級調(diào)節(jié),在鍋爐機組節(jié)能技術(shù)改造措施中優(yōu)于變