蒸汽蓄熱技術(shù)在渭南工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用

張巖

摘要：文章主要論述了蒸汽蓄熱技術(shù)的原理、使用條件及其容積的計(jì)算方法，并闡述了該技術(shù)在金堆城鉬業(yè)業(yè)集團(tuán)有限公司公司渭南工業(yè)園區(qū)投入應(yīng)用的情況和項(xiàng)目所帶來的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益，最終應(yīng)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(dòng)時(shí)具有良好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：供熱能力;汽化潛熱;供熱負(fù)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(yè)集團(tuán)有限公司渭南工業(yè)園區(qū)（以下簡稱“園區(qū)”）有三臺(tái)蒸汽鍋爐，總噸位為26噸，供應(yīng)園區(qū)及公司居民小區(qū)生產(chǎn)、生活用汽。目前，園區(qū)生產(chǎn)用汽量峰谷波動(dòng)較大，經(jīng)常造成短時(shí)間內(nèi)供汽壓力急劇變化影響正常生產(chǎn)，另有新建項(xiàng)目投產(chǎn)，用汽負(fù)荷將加大，現(xiàn)有鍋爐蒸汽生產(chǎn)能力將不能滿足園區(qū)用汽需求。按擴(kuò)建后用汽峰值初步計(jì)算，園區(qū)還需新增一臺(tái)10噸蒸汽鍋爐。因考慮到新建項(xiàng)目用汽峰值出現(xiàn)的時(shí)間較為短暫，約為2-3小時(shí)。如果按短期峰值負(fù)荷設(shè)計(jì)鍋爐房供應(yīng)能力，勢必造成基建投資浪費(fèi)，也不利于運(yùn)行管理。

為了均衡鍋爐負(fù)荷并滿足高峰用汽，必須在鍋爐之外的供熱系統(tǒng)中儲(chǔ)有蒸汽，以耗汽的低谷來補(bǔ)給耗汽的高峰，使用汽負(fù)荷的波動(dòng)不影響鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷。為此，可在園區(qū)新增蒸汽蓄熱設(shè)備，其基本原理是高壓飽和水中蘊(yùn)含的汽化潛熱隨著壓力變化而儲(chǔ)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(chǔ)存式壓力容器，其進(jìn)汽管和出汽管各通過一只自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥與鍋爐供汽主管相連。當(dāng)生產(chǎn)用汽負(fù)荷小于鍋爐的供汽量時(shí)，鍋爐供汽主管中的壓力將升高，蒸汽蓄熱器進(jìn)汽口前的自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥自動(dòng)開啟，多余的蒸汽由蓄熱器中沖汽主管均勻擴(kuò)散到各個(gè)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(shí)蒸汽凝結(jié)為水，將汽化熱儲(chǔ)藏于水中。隨著蒸汽的不斷噴入，蒸汽蓄熱器內(nèi)的水位、水溫和壓力逐漸上升，水的熱焓增加，完成整個(gè)沖熱過程。此時(shí)，蒸汽蓄熱器內(nèi)儲(chǔ)存著高壓飽和水及與其壓力相當(dāng)?shù)臒崃?。反之，供汽主管中的蒸汽壓力下降，蓄熱器?nèi)的高壓飽和熱水迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入供汽主管，以補(bǔ)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(jìn)行的，當(dāng)蓄熱器的容積一定時(shí)，蓄熱量由容器內(nèi)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(tǒng)設(shè)置蒸汽蓄熱器必須具備以下條件：

（1）生產(chǎn)用汽量有較大幅度的頻繁波動(dòng);

（2）鍋爐的容量可以小于最大生產(chǎn)用汽量，但必須大于平均生產(chǎn)用汽量;

（3）鍋爐蒸汽壓力必須高于生產(chǎn)用汽壓力，且壓差要求≥0.13MPa。

經(jīng)測量計(jì)算，園區(qū)供熱現(xiàn)狀滿足如上要求。

3、蒸汽蓄熱器的容積計(jì)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(gè)重要參數(shù)。在一定的供熱系統(tǒng)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(jì)算：

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

γ1—沖熱壓力時(shí)飽和水的密度，kg/m3

蓄熱器的容積V 按下式計(jì)算：

式中 G—平衡供熱系統(tǒng)負(fù)荷所必須的蓄熱量

φ—蓄熱器的沖水系數(shù)，通常取0.7～0.9

η—蓄熱器的熱效率，一般可取0.98～0.99

經(jīng)計(jì)算，滿足渭南工業(yè)園區(qū)的蒸汽蓄熱器其容積為100 m3。

4、蒸汽蓄熱器的經(jīng)濟(jì)效益

以園區(qū)為例，蒸汽蓄熱器項(xiàng)目實(shí)施后所帶來的的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益主要分如下幾個(gè)方面：

1）節(jié)約鍋爐燃料。

增加蓄熱器后，可以消除因負(fù)荷波動(dòng)對鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生的各種不利影響，提高鍋爐熱效率，減少煤耗。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，園區(qū)每年節(jié)煤900噸（約 424噸標(biāo)煤），根據(jù)當(dāng)時(shí)原煤的市場價(jià)格（700元/噸）計(jì)算，潛在經(jīng)濟(jì)效益為63萬元。

2）增大鍋爐供氣能力，節(jié)省基建投資。

對于負(fù)荷波動(dòng)大且頻繁的供熱系統(tǒng)，如不配用蒸汽蓄熱器時(shí)，須按小時(shí)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(fù)荷配備，因此園區(qū)節(jié)約新增鍋爐一次性投資60萬元（注：新增一臺(tái)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(shí)，鍋爐隨劇烈波動(dòng)的熱負(fù)荷時(shí)時(shí)改變?nèi)紵r，變化較大，易使?fàn)t壁上結(jié)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(fù)荷運(yùn)行，燃燒穩(wěn)定，鍋爐故障大大減少，節(jié)省了維修費(fèi)用。

4）保持供汽壓力穩(wěn)定，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

對劇烈波動(dòng)的熱負(fù)荷，如有蒸汽蓄熱器配合鍋爐供汽，就可避免在高峰負(fù)荷時(shí)供汽壓力下降和汽包水位劇烈波動(dòng)后蒸汽帶水量增多，以致影響生產(chǎn)工藝，從而保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

5）有利于保護(hù)環(huán)境。

鍋爐對急劇波動(dòng)的熱負(fù)荷的供汽，在未用蒸汽蓄熱器時(shí)鍋爐燃燒式?jīng)r很不穩(wěn)定，當(dāng)空氣量不足時(shí)，會(huì)發(fā)生不完全燃燒而產(chǎn)生黑煙;當(dāng)空氣量過多時(shí)，燃燒溫度越高后所產(chǎn)生廢氣中氮的氧化物越多，污染大氣環(huán)境。加裝蒸汽蓄熱器后，使鍋爐穩(wěn)定在最佳工況上運(yùn)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(hù)了環(huán)境。

6）具有應(yīng)急的蒸汽儲(chǔ)備。

在供熱系統(tǒng)中裝用蒸汽蓄熱器后，如鍋爐機(jī)組在運(yùn)行中突然故障或臨時(shí)停電而停止運(yùn)行進(jìn)行搶修時(shí)，蓄熱器能繼續(xù)供汽一段時(shí)間，保持供汽給必須連續(xù)用汽的設(shè)備，同時(shí)對鍋爐機(jī)組可獲得搶修或采取應(yīng)急措施的時(shí)間，由此可減少或避免生產(chǎn)上的損失。

5、結(jié)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(dòng)時(shí)具有良好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔海亭 楊鋒 蓄熱技術(shù)及其應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)出版社 2004（8）

[2]薛建設(shè) 蒸汽蓄熱器的節(jié)能效果及熱工計(jì)算

[3]李少泉 龐峰 蒸汽蓄熱器原理及應(yīng)用