節能裝置—蓄熱器

朱改新，楊 曉，周長國

（河南南陽市油田機械制造有限公司，河南南陽473132）

現代鍋爐由于其蓄水量較小，對負荷變化有較好的適應性，但如果負荷變化劇烈而頻繁時，則難于調整運行參數，致使供汽不穩定、燃料供應波動大，導致效率降低、水位波動大，易使鍋爐處于不安全、不經濟的運行狀態。

應當設想可以采用一種平衡負荷的裝置來參與，使裝置隨負荷變化來調節鍋爐供汽量，以達到鍋爐產汽量穩定，利于安全經濟運行。工業窯爐及其他熱源也不同程度地存在著一些生產調節之外的能源浪費。對于用汽量、汽壓不太大的生產單位，或者是由于一些地區晝夜溫差大，生產中的余熱、余汽，也應當設想可以采用一種蓄能裝置，使負荷調節過程中多余的余熱、余汽集中貯存起來，在生產、供暖需用的時候，作為補充能源進行有效利用，以達到節能降耗的目的。

蓄熱器便是這種理想的貯能設備。綜合多年來總結貯能裝置的類型，將蓄熱器分類為變壓式（蒸汽蓄熱器）和定壓式（給水蓄熱器）兩種，這里僅對蒸汽式蓄熱器加以討論，不周之處，祈望同行指正。

1 工作原理

蒸汽式蓄熱器工作原理圖如圖1所示。

圖1 蒸汽式蓄熱器工作原理

熱源的高壓側供汽干管A及低壓側用汽干管B與蒸汽蓄熱器相連接，當高壓側供汽干管熱負荷降低時，蒸汽供過于求，高壓側供汽干管A管內汽壓升高，通過壓力信號控制閥1，使閥1自動開啟，一部分蒸汽通入蓄熱器水中加熱熱水，這一過程叫充熱過程。充熱過程可一直進行到蓄熱器內的飽和水、汽壓力接近高壓側供汽干管內壓力為止，閥1閉合；當低壓側用汽干管B負荷升高時，低壓側蒸汽供不應求，低壓側用汽干管B管內汽壓隨之降低，此時蓄熱器中蒸汽汽壓高于低壓側用汽干管B管內汽壓，通過壓力信號控制閥2，使閥2自動開啟，蓄熱器中飽和水通過壓降變為過熱水立即沸騰汽化產生蒸汽，協助熱用戶供汽，這一過程叫放熱過程。同時也可以將熱能暫存于蓄熱器中，待需用時進行輸送。

并聯式蓄熱器多用于低壓側用汽干管壓力不足的情況，用以補充降溫、降壓在一定范圍內的低壓側用汽干管蒸汽。串聯式蓄熱器多用于用汽質量不高的飽和濕蒸汽場合。

2 應用范圍

蓄熱器的應用范圍，取決于用汽負荷波動幅度及頻率的大小及其他一些要求，簡述如下：

（1）用汽負荷波動具有一定的周期性。若沒有周期性影響，蓄熱器向蓄熱器熱用戶供能，這時要考慮配套加熱措施。

（2）蓄熱器熱用戶用汽壓力小于鍋爐供汽壓力，一般差值在3×105Pa以上，否則也應考慮再加熱措施。

（3）熱源穩定地供汽，熱源供汽量略大于平均耗汽量。

（4）應充分考慮近期、長期的經濟利益。

3 實現自動調節的基本方式

圖2 自動調節工藝流程

假定某一瞬間，壓力信號控制閥V1接收到高壓蒸汽干管有過壓現象，V1閥自動開啟，蒸汽通過止回閥H1經蒸汽分配噴嘴進入盛水容器中進行熱量釋放，使水得到加熱，直到下一個瞬間。低壓熱用戶系統用汽量增加，低壓側壓力信號控制閥V2自動開啟，蓄熱容器中的飽和濕蒸汽有一定壓力頂開止回閥H2，飽和濕蒸汽進入低壓側用汽系統。

3.1 V1閥的作用

V1閥是蓄熱器高壓側的控制閥門，具有以下功能：

（1）溢流閥的作用。使鍋爐在一定壓力下，產生定量蒸汽，起到蒸汽流量調節閥的作用。

（2）安全閥的作用。當蓄熱器內的壓力達到最高使用壓力時，閥自動關閉，切斷流進蓄熱器的蒸汽，使蓄熱器保持一定的壓力，不至于超壓使用。

（3）下限閥的作用。當蓄熱器壓力減少到接近低壓用汽部位的最低工作壓力時，V1閥處于開啟狀態，鍋爐蒸汽直接經過V2閥供給用汽部門，起這優先供應低壓用汽部位的作用，防止壓力下降。

3.2 V2閥的作用

V2閥是蓄熱器蒸汽輸出的一種高性能減壓閥，不論蒸汽流量大小，均要保持閥后的蒸汽壓力一定。因為蓄熱器的壓力不斷變化，閥前側壓力的變化幅度很大，其后側由于用汽負荷變化大，蒸汽流量變化也很大，所以要求該閥能正確進行一次減壓，同時也要求該閥的流量調節范圍也要大。

總之，V1閥只讓高壓側瞬間多余蒸汽通過，而V2閥讓低壓側蒸汽保持一定的壓力。兩閥都需靈敏啟閉。

4 簡易計算

4.1 蓄熱量

（1）設9.806 65 N（1 kgf）壓力為P1的飽和水降低到壓力為P2時產生的蒸汽量為G kg，據熱力學熱平衡原理：

降壓前的飽和水的熱量＝降壓后釋放出蒸汽的熱量＋降壓后剩余水的熱量，則

所以

其中，

h1'，h2'是 P1，P2壓力下的飽和水熱焓（kJ/kg）；

h1"，h2"是 P1，P2壓力下的飽和蒸汽熱焓的平均值（kJ/kg）。

（2）單位容積的蓄熱量gd。

其中r1'是P1壓力下的飽和水重度。

4.2 必需蓄熱量Q0

可根據用戶的熱負荷曲線及鍋爐房實際生產能力分析計算。

4.3 熱效率

（1）蓄熱器的散熱損失。

其中，F是蓄熱器保溫層外表面積（m2）；

α是蓄熱器保溫層外表面空氣放熱系數（kJ/m2h℃）；

t1是蓄熱器保溫層外表面溫度（℃）；

t2是大氣溫度（℃）。

（2）蓄熱器的散熱損失系數qs。

其中，τ0是蓄熱器在一個充熱、放熱周期所需的時間（h）。

（3）蓄熱器的熱效率為η。

由上式可知，蓄熱器在單位時間內充熱、放熱頻度越高，則τ0值就越小，而η值就越大。也就是說，蓄熱器的熱效率與其利用程度有密切關系。

4.4 容積V計算

蓄熱器的金屬部分和汽空間部分的蓄熱能力，遠小于容水部分，故忽略該部分蓄熱量。因此，蓄熱器的容積可近似計算為：

其中，φ為充水系數，取0.8～0.9，是水容積和蓄熱器溶劑的幾何比值。

4.5 利用曲線圖表法計算

有關采用過熱蒸汽及飽和蒸汽充熱時，蓄熱器原水位降低及升高而采用相對應的補水及放水措施，補水及放水量的計算，可參考有關熱力學書籍。

5 結束語

蓄熱器在平衡鍋爐負荷，改善鍋爐運行工況，提高鍋爐熱效率，有效利用各種余熱，提高熱能綜合利用價值有巨大的推廣價值，對改善人民的物質生活，促進能源利用和經濟建設的平衡發展有很大的發展潛力。

[1]楊玉恒.發電廠熱電聯合生產及供熱[Z].北京:水力電力出版社（東北電力學院編高等學校教材），1992.