蒸汽蓄熱技術在渭南工業園區的應用

張巖

摘要：文章主要論述了蒸汽蓄熱技術的原理、使用條件及其容積的計算方法，并闡述了該技術在金堆城鉬業業集團有限公司公司渭南工業園區投入應用的情況和項目所帶來的節能和經濟效益，最終應用情況表明蒸汽蓄熱器在鍋爐出力不足且汽量有較大幅度的頻繁波動時具有良好的實用性和經濟效益。

關鍵詞：供熱能力;汽化潛熱;供熱負荷

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

金堆城鉬業集團有限公司渭南工業園區（以下簡稱“園區”）有三臺蒸汽鍋爐，總噸位為26噸，供應園區及公司居民小區生產、生活用汽。目前，園區生產用汽量峰谷波動較大，經常造成短時間內供汽壓力急劇變化影響正常生產，另有新建項目投產，用汽負荷將加大，現有鍋爐蒸汽生產能力將不能滿足園區用汽需求。按擴建后用汽峰值初步計算，園區還需新增一臺10噸蒸汽鍋爐。因考慮到新建項目用汽峰值出現的時間較為短暫，約為2-3小時。如果按短期峰值負荷設計鍋爐房供應能力，勢必造成基建投資浪費，也不利于運行管理。

為了均衡鍋爐負荷并滿足高峰用汽，必須在鍋爐之外的供熱系統中儲有蒸汽，以耗汽的低谷來補給耗汽的高峰，使用汽負荷的波動不影響鍋爐的運行負荷。為此，可在園區新增蒸汽蓄熱設備，其基本原理是高壓飽和水中蘊含的汽化潛熱隨著壓力變化而儲蓄或放出熱量。

1、蒸汽蓄熱器的工作原理

蒸汽蓄熱器是一種典型的儲存式壓力容器，其進汽管和出汽管各通過一只自動壓力調節閥與鍋爐供汽主管相連。當生產用汽負荷小于鍋爐的供汽量時，鍋爐供汽主管中的壓力將升高，蒸汽蓄熱器進汽口前的自動壓力調節閥自動開啟，多余的蒸汽由蓄熱器中沖汽主管均勻擴散到各個支管，再由支管上的噴嘴將蒸汽均勻地噴入蒸汽蓄熱器的水中，此時蒸汽凝結為水，將汽化熱儲藏于水中。隨著蒸汽的不斷噴入，蒸汽蓄熱器內的水位、水溫和壓力逐漸上升，水的熱焓增加，完成整個沖熱過程。此時，蒸汽蓄熱器內儲存著高壓飽和水及與其壓力相當的熱量。反之，供汽主管中的蒸汽壓力下降，蓄熱器內的高壓飽和熱水迅速蒸發，產生的蒸汽進入供汽主管，以補充鍋爐的供汽不足，此過程為蓄熱器的放熱過程。

2、蒸汽蓄熱器的使用條件

蒸汽蓄熱器的蓄熱和放熱是依靠其工作壓力的變化而進行的，當蓄熱器的容積一定時，蓄熱量由容器內的最高壓力和放熱壓力之差決定，壓差越大，蓄熱量也越大，因此供汽系統設置蒸汽蓄熱器必須具備以下條件：

（1）生產用汽量有較大幅度的頻繁波動;

（2）鍋爐的容量可以小于最大生產用汽量，但必須大于平均生產用汽量;

（3）鍋爐蒸汽壓力必須高于生產用汽壓力，且壓差要求≥0.13MPa。

經測量計算，園區供熱現狀滿足如上要求。

3、蒸汽蓄熱器的容積計算

蒸汽蓄熱器的單位容積蓄熱量q及蓄熱器容積V是衡量蓄熱器能力的兩個重要參數。在一定的供熱系統中沖熱壓力、放熱壓力分別受到鍋爐和蒸汽用量的限制，單位容積蓄熱量q取決于沖熱壓力和放熱壓力的壓差，其值可近似地按下式計算：

式中 i1、i2、i1′、i2′—沖熱壓力和放熱壓力時飽和水/蒸汽的焓，kJ/kg

γ1—沖熱壓力時飽和水的密度，kg/m3

蓄熱器的容積V 按下式計算：

式中 G—平衡供熱系統負荷所必須的蓄熱量

φ—蓄熱器的沖水系數，通常取0.7～0.9

η—蓄熱器的熱效率，一般可取0.98～0.99

經計算，滿足渭南工業園區的蒸汽蓄熱器其容積為100 m3。

4、蒸汽蓄熱器的經濟效益

以園區為例，蒸汽蓄熱器項目實施后所帶來的的節能、經濟效益主要分如下幾個方面：

1）節約鍋爐燃料。

增加蓄熱器后，可以消除因負荷波動對鍋爐運行產生的各種不利影響，提高鍋爐熱效率，減少煤耗。經統計，園區每年節煤900噸（約 424噸標煤），根據當時原煤的市場價格（700元/噸）計算，潛在經濟效益為63萬元。

2）增大鍋爐供氣能力，節省基建投資。

對于負荷波動大且頻繁的供熱系統，如不配用蒸汽蓄熱器時，須按小時最大用汽量配備鍋爐，如用蒸汽蓄熱器則只需按照平均熱負荷配備，因此園區節約新增鍋爐一次性投資60萬元（注：新增一臺10噸鍋爐約需150萬元）。

3）減少鍋爐故障，延長鍋爐使用壽命。

在未安裝蒸汽蓄熱器時，鍋爐隨劇烈波動的熱負荷時時改變燃燒工況，變化較大，易使爐壁上結焦、爐管彎曲變形、爐墻開裂等事故。安裝蒸汽蓄熱器后，鍋爐按平均負荷運行，燃燒穩定，鍋爐故障大大減少，節省了維修費用。

4）保持供汽壓力穩定，保證產品質量。

對劇烈波動的熱負荷，如有蒸汽蓄熱器配合鍋爐供汽，就可避免在高峰負荷時供汽壓力下降和汽包水位劇烈波動后蒸汽帶水量增多，以致影響生產工藝，從而保證產品的產量和質量。

5）有利于保護環境。

鍋爐對急劇波動的熱負荷的供汽，在未用蒸汽蓄熱器時鍋爐燃燒式況很不穩定，當空氣量不足時，會發生不完全燃燒而產生黑煙;當空氣量過多時，燃燒溫度越高后所產生廢氣中氮的氧化物越多，污染大氣環境。加裝蒸汽蓄熱器后，使鍋爐穩定在最佳工況上運行，燃燒更加充分和完全，降低了爐渣中的含碳量及煙氣中氫氧化物的含量和塵含量，從而消除了污染，保護了環境。

6）具有應急的蒸汽儲備。

在供熱系統中裝用蒸汽蓄熱器后，如鍋爐機組在運行中突然故障或臨時停電而停止運行進行搶修時，蓄熱器能繼續供汽一段時間，保持供汽給必須連續用汽的設備，同時對鍋爐機組可獲得搶修或采取應急措施的時間，由此可減少或避免生產上的損失。

5、結論

蒸汽蓄熱器在鍋爐出力不足且汽量有較大幅度的頻繁波動時具有良好的實用性和經濟效益。

參考文獻：

[1]崔海亭 楊鋒 蓄熱技術及其應用 化學工業出版社 2004（8）

[2]薛建設 蒸汽蓄熱器的節能效果及熱工計算

[3]李少泉 龐峰 蒸汽蓄熱器原理及應用