(云南省節(jié)能監(jiān)察中心，昆明 650041)

0 引 言

蒸汽蓄熱器技術(shù)最早起源于美國，從第一臺(tái)蒸汽蓄熱器誕生至今已有140多年的歷史。40年代我國東三省就有應(yīng)用，80年代以后在我國部分省份開始運(yùn)用，該技術(shù)被原國家經(jīng)貿(mào)委列為重點(diǎn)推廣的節(jié)能技術(shù)，列入了《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱》。目前蒸汽蓄熱器技術(shù)已十分成熟，是消除或緩解蒸汽系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)的最有效措施。對(duì)穩(wěn)定供汽壓力和生產(chǎn)，提高鍋爐的運(yùn)行熱效率，節(jié)約能源，起到十分明顯的作用，在化工、煙草、鋼鐵、造紙、食品、制藥等多個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用。

云南省節(jié)能中心從1985年開始引進(jìn)蒸汽蓄熱器技術(shù)，已在省內(nèi)外設(shè)計(jì)、制造、推廣應(yīng)用了40多臺(tái)(套)，涉及化工、煙草、鋼鐵、造紙、食品等行業(yè)，從50～135 m3形成了系列化容積，取得了良好的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益。在30多年的蓄熱器技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐過程中，進(jìn)行了深入研究，理論與實(shí)踐結(jié)合，對(duì)內(nèi)部導(dǎo)流、噴頭、噴嘴重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，完成了充熱循環(huán)系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)出了“導(dǎo)流筒充熱噴頭裝置”專有技術(shù)。

1 蒸汽蓄熱器的概念及工作原理

實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存蒸汽的獨(dú)立裝置現(xiàn)常用有兩種，變壓式蓄汽器和變壓式蒸汽蓄熱器，變壓式蓄汽器也叫干汽包，屬于干式定容蓄熱器，它直接儲(chǔ)存蒸汽，不僅能儲(chǔ)存飽和蒸汽，也能儲(chǔ)存過熱蒸汽，但由于蒸汽比容較大，如果需要儲(chǔ)存的蒸汽量很多時(shí)，所需容積較大。變壓式蒸汽蓄熱器簡稱蒸汽蓄熱器，屬于濕式定容變壓式蓄熱器，它以水為載體，將蒸汽的熱能蓄存在高壓飽和水中，利用飽和水降壓后發(fā)生閃蒸的原理產(chǎn)生蒸汽，故只能提供飽和蒸汽。在相同容積下，變壓式蒸汽蓄熱器是變壓式蓄汽器蓄熱量的數(shù)十倍或近百倍，目前，主要應(yīng)用的是變壓式蒸汽蓄熱器。

蓄熱器正常運(yùn)行時(shí)，充水系數(shù)為0.80～0.9，蓄熱器內(nèi)的水處于相應(yīng)壓力下的飽和溫度，當(dāng)鍋爐供汽量大于用汽量時(shí)，多余蒸汽充入飽和水中，蓄熱器壓力、溫度、液位上升實(shí)現(xiàn)充熱過程，充熱終止時(shí)蓄熱器內(nèi)的最高壓力稱為充熱壓力(P1)。當(dāng)鍋爐供汽量小于用汽量時(shí)，用汽壓力降低，蓄熱器壓力隨之降低，飽和水變?yōu)檫^熱水，閃蒸產(chǎn)生蒸汽，以補(bǔ)充鍋爐供汽的不足，蓄熱器壓力、溫度、液位下降，實(shí)現(xiàn)放熱過程。放熱終止時(shí)的最低壓力稱為放熱壓力(P2)。容積一定的蓄熱器內(nèi)所產(chǎn)生的蓄熱量取決于蓄熱器筒體內(nèi)充熱壓力和放熱壓力的差值，這種差值稱作蓄熱器的變壓范圍。

2 蒸汽蓄熱器主要作用及適用范圍

蒸汽蓄熱器在供熱系統(tǒng)中，是一個(gè)熱能的儲(chǔ)存與釋放裝置。主要用于調(diào)節(jié)在一定的蒸汽負(fù)荷周期內(nèi)供氣量和耗氣量之間的不平衡，發(fā)揮在供熱過程中的平衡調(diào)節(jié)作用，起到“削峰填谷”的作用，消除用汽負(fù)荷波動(dòng)對(duì)供汽鍋爐運(yùn)行的不利影響，穩(wěn)定供汽鍋爐的燃燒工況，使鍋爐在相對(duì)穩(wěn)定的負(fù)荷下運(yùn)行，從而保證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。

蒸汽蓄熱器適用于所有蒸汽熱力系統(tǒng)，對(duì)于用汽負(fù)荷波動(dòng)較大、或瞬時(shí)耗氣量極大的蒸汽熱力系統(tǒng)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性尤佳；對(duì)于間斷供汽的汽源(如轉(zhuǎn)爐煉鋼余熱蒸汽)，通過蒸汽蓄熱器可以實(shí)現(xiàn)余熱回收并連續(xù)供汽；還可應(yīng)用于需要貯存蒸汽隨時(shí)需用的場合。

3 蒸汽蓄熱器系統(tǒng)構(gòu)成

蒸汽蓄熱器系統(tǒng)主要由汽源、蓄熱器本體、連接管路及附件、自動(dòng)控制系統(tǒng)等構(gòu)成。蓄熱器本體作為壓力容器由筒體、充熱裝置、放熱裝置、附屬裝置等組成。自動(dòng)控制系統(tǒng)由現(xiàn)場儀表、調(diào)節(jié)閥等器件組成。蓄熱器筒體分為臥式與立式之分，臥式蓄熱器筒體蒸發(fā)面積大、高度低、安裝檢修方便，故被廣泛地采用。筒體內(nèi)件由蒸汽分配管、充汽管、充汽噴頭、導(dǎo)流筒、汽水分離裝置等構(gòu)成。設(shè)備管口依據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)，一般有蒸汽進(jìn)口和出口、加水口、排污口、蒸汽放散口、安全閥口能及其它安全和控制、監(jiān)測口等。安全和監(jiān)測附件有安全閥、壓力計(jì)、溫度計(jì)、液位計(jì)等。

4 蒸汽蓄熱器技術(shù)在某煙草企業(yè)中的應(yīng)用

4.1 企業(yè)生產(chǎn)用汽狀況及存在問題

云南某煙葉復(fù)烤廠生產(chǎn)規(guī)模為2×12 000 kg打葉復(fù)烤生產(chǎn)線，年產(chǎn)烤煙約60萬擔(dān)，生產(chǎn)及生活用汽由2臺(tái)35 t/h，1.57 MPa飽和蒸汽鍋爐供給，一用一備。打葉復(fù)烤烤季為每年8月份到第二年的2至3月份，無真空回潮機(jī)時(shí)打葉復(fù)烤車間生產(chǎn)穩(wěn)定，供汽量一般在9 t/h左右，用汽負(fù)荷基本穩(wěn)定。煙包回潮車間目前共有兩臺(tái)真空回潮機(jī)，型號(hào)為：WZ178K80噴射式真空回潮機(jī)，額定生產(chǎn)能力6 000 kg/h，飽和蒸汽平均耗量2 000 kg/h，蒸汽壓力0.8～1.0 MPa。兩臺(tái)真空回潮機(jī)的運(yùn)行，原則上為交替運(yùn)行，但實(shí)際生產(chǎn)中并未完全執(zhí)行。正常情況下，鍋爐平均負(fù)荷約14 t/h，其中打葉復(fù)烤車間用汽量約9 t/h；根據(jù)鍋爐歷史記錄，真空回潮機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，鍋爐最大負(fù)荷超過22 t/h。真空回潮機(jī)為間斷運(yùn)行方式，單臺(tái)從進(jìn)料到出料(運(yùn)行周期)時(shí)間為12～18分鐘，其中抽真空時(shí)間約為6分鐘，抽真空時(shí)蒸汽壓力下降0.2～0.4 MPa；蒸濕過程約3分鐘，而蒸濕過程蒸汽壓力下降較大，約0.3～0.6 MPa。

由于真空回潮機(jī)的間斷性用汽，造成正常生產(chǎn)時(shí)供用汽系統(tǒng)負(fù)荷大幅波動(dòng)。另外打葉復(fù)烤車間兩班倒，每天早上系統(tǒng)重新開車時(shí)，工人習(xí)慣將所有用汽設(shè)備先手動(dòng)排水、暖機(jī)升溫，也造成蒸汽負(fù)荷的較大波動(dòng)，對(duì)熱力系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊。這時(shí)司爐工只有靠鍋爐趕火，短時(shí)間增加負(fù)荷來解決。負(fù)荷波動(dòng)大、運(yùn)行不穩(wěn)定、能源消耗高，造成司爐人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，鍋爐使用壽命也受到影響，必然帶來增加鍋爐運(yùn)行成本和勞動(dòng)強(qiáng)度等一系列問題。同時(shí)導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，并可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2 蒸汽蓄熱器系統(tǒng)連接方式及應(yīng)用原理

蒸汽蓄熱器在蒸汽供熱系統(tǒng)中的功能和作用，決定其聯(lián)接方式。該企業(yè)的鍋爐為飽和蒸汽鍋爐，采用蒸汽蓄熱器技術(shù)主要是為了解決鍋爐負(fù)荷的較大波動(dòng)，蓄熱器直接補(bǔ)償，所以，蒸汽蓄熱器系統(tǒng)與鍋爐采用并連連接方式。連接方式如圖1所示。

圖1 鍋爐與蓄熱器并聯(lián)流程示意圖

當(dāng)鍋爐供汽量大于用汽量時(shí)，富余蒸汽自動(dòng)充入蒸汽蓄熱器，對(duì)蓄熱器進(jìn)行充熱，充熱過程使蓄熱器內(nèi)壓力、溫度和水位上升。蓄熱器的最大充熱壓力(最高工作壓力)按鍋爐額定壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)，蓄熱器達(dá)到此充熱壓力時(shí)，為蓄熱器最大有效容積，此時(shí)的充水系數(shù)為最大值(一般不超過90%)；當(dāng)用汽側(cè)蒸汽負(fù)荷增大時(shí)，鍋爐供汽量小于用用汽量時(shí)，蒸汽蓄熱器內(nèi)壓力下降，閃蒸出蒸汽以補(bǔ)充鍋爐供汽的不足。放熱壓力越低，充熱壓力與放熱壓力的壓差越大，蓄熱量相對(duì)越大，反之則越小。所以，在滿足工藝用汽壓力的前提下，應(yīng)盡可能調(diào)低放熱壓力；當(dāng)鍋爐供汽量等于用汽量時(shí)，鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽直接供給用戶，蓄熱器處于平衡狀態(tài)。

4.3 蒸汽蓄熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.3.1 工藝設(shè)計(jì)

系統(tǒng)工藝流程、外形尺寸、管口配置，內(nèi)件數(shù)量及布置等由云南節(jié)能中心進(jìn)行設(shè)計(jì)。

蓄熱器系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)和蓄熱器外形尺寸設(shè)計(jì)，是蓄熱器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。合理的工藝流程和蓄熱器外形尺寸設(shè)計(jì)，能夠保證蓄熱器蓄熱功能，實(shí)現(xiàn)最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

充熱裝置的設(shè)計(jì)是蓄熱器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。蒸汽充入水中時(shí)，蒸汽從汽態(tài)變成液態(tài)，比容急劇減小。充熱裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先是安全保障，消除由于介質(zhì)發(fā)生相變帶來的動(dòng)力學(xué)影響，避免充熱過程發(fā)生振動(dòng)和噪聲，同時(shí)對(duì)蓄熱器內(nèi)介質(zhì)充分充熱，保證蓄熱器內(nèi)溫度場均勻，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3.2 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筒體結(jié)構(gòu)、管口補(bǔ)強(qiáng)、人孔、安全部件等由具有D1、D2級(jí)以上壓力容器設(shè)計(jì)、制造許可證的專業(yè)制造廠進(jìn)行設(shè)計(jì)，并由該廠負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備的制造。

4.4 蒸汽蓄熱器容積設(shè)計(jì)

蓄熱器容積根據(jù)蒸汽熱力系統(tǒng)所需的蒸汽補(bǔ)償量(蓄熱器蓄熱量)確定，影響蓄熱器蓄熱量的因素較多，首先是充熱壓力(P1)和放熱壓力(P2)，其決定了(飽和水的)單位蓄熱量，其次需考慮蒸汽波動(dòng)周期以及周期內(nèi)峰谷平衡，同時(shí)還應(yīng)考慮蓄熱器制造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

4.4.1 蒸汽蓄熱器工作壓力

一定容積條件下，蒸汽蓄熱器的蓄熱量和充熱放熱的壓差成正比，擴(kuò)大充熱和放熱的壓差(ΔP=P1-P2)可以增加蓄熱量。在相同的壓差下，蓄熱量隨著放熱壓力的提高而降低。放熱壓力越低，單位蓄熱量越大。但充熱壓力受到供汽鍋爐工作壓力和飽和水比熱容的限制，當(dāng)充熱壓力達(dá)到一定程度后，進(jìn)一步提高充熱壓力時(shí)，蓄熱量的增加并不明顯。

圖2是放熱壓力與單位飽和水蒸發(fā)量(即單位蓄熱量)關(guān)系圖，當(dāng)放熱壓力超過1.5 MPa以后，曲線趨于平緩，放熱壓力越低則產(chǎn)生的蒸汽量越多。

圖2 放熱壓力和單位飽和水蒸發(fā)量關(guān)系圖

工程實(shí)際中，充熱壓力和放熱壓力取決于汽源和蒸汽用戶。通常以汽源(如鍋爐)的最高工

作壓力和蒸汽用戶的最低工作壓力確定蓄熱器的充、放熱壓力，最大限度擴(kuò)大充熱和放熱的壓差，提高單位蓄熱量。

該企業(yè)鍋爐額定壓力1.57 MPa，復(fù)烤線入機(jī)蒸汽壓力0.6 MPa，真空回潮機(jī)入機(jī)壓力不低于0.8 MPa。根據(jù)鍋爐狀況和運(yùn)行情況，考慮一定的裕量和管損，充熱壓力P1和放熱壓力P2分別取1.4、1.0 MPa。

4.4.2 蒸汽蓄熱器蓄熱量及容積計(jì)算

為提高蒸汽蓄熱器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，蓄熱量需根據(jù)蒸汽負(fù)荷的波動(dòng)情況確定，統(tǒng)籌考慮峰谷平衡和一定周期(如一個(gè)班次)的負(fù)荷。

圖3為該廠某中班(14∶05至22∶45)時(shí)段正常生產(chǎn)的鍋爐負(fù)荷(瞬時(shí)流量)曲線。根據(jù)負(fù)荷波動(dòng)情況，我們將其分為A-B、B-C、C-D、D-E、E-F、F-G六個(gè)時(shí)段，其中：A-B、F-G段分別為生產(chǎn)準(zhǔn)備階段和結(jié)束清理階段。圖中，蒸汽平均流量按瞬時(shí)值平均(13.39 t/h)，時(shí)段平均按積分平均(累計(jì)平均)。其中17∶00和19∶59前后，鍋爐負(fù)荷波動(dòng)最為劇烈，最大波動(dòng)量從9.33 t/h增至21.73 t/h，時(shí)間僅為6分鐘。通過調(diào)研，其原因是兩臺(tái)真空回潮機(jī)先后投運(yùn)。

圖3 典型鍋爐負(fù)荷曲線(瞬時(shí)流量及分段平均)

經(jīng)過近一個(gè)月的現(xiàn)場調(diào)研，真空回潮機(jī)運(yùn)行時(shí)，鍋爐負(fù)荷曲線相似；真空回潮機(jī)停運(yùn)時(shí)，鍋爐負(fù)荷的波動(dòng)頻率和劇烈程度(波動(dòng)量)相對(duì)較低，尖峰負(fù)荷不超過17 t/h。

圖4是按鍋爐累計(jì)負(fù)荷(流量)和運(yùn)行時(shí)間計(jì)算平均流量以及與劃分的各時(shí)段平均流量變化情況。

(1)按瞬時(shí)平均考查所需蓄熱量

圖4 典型鍋爐負(fù)荷曲線(累計(jì)平均與分段平均)

根據(jù)該班鍋爐運(yùn)行記錄，班平均流量13.39 t/h，除生產(chǎn)準(zhǔn)備和結(jié)束清理時(shí)段，B-C、C-D、D-E、F-G時(shí)段平流量均高于整班平均流量，僅E-F段(13.31 t/h)略低。所以，應(yīng)以一個(gè)班次正常生產(chǎn)的時(shí)段作為一個(gè)周期考慮蓄熱器的蓄熱量，即3.67t(-3.81+0.139),見表1。

表1 按瞬時(shí)流量分段平均與同期平均流量之差

注：(1)“—”表示積分段平均流量大于日平均流量；

(2)A-B、G-H分別為生產(chǎn)準(zhǔn)備和(班)結(jié)束清理階段。

(2)按累計(jì)平均流量考查所需蓄熱量

按累計(jì)平均流量核算，班平均流量13.69 t/h，各段累計(jì)平均與班平均之差后的累計(jì)流量見表2，相應(yīng)B-C、D-E、F-G段的累計(jì)量約2.77 t?？紤]E-F段，蓄熱器所需蓄熱量為2.11 t(-2.77+0.659)。

表2 按累計(jì)分段平均與周期平均流量之差

注：“—”表示積分段平均流量大于日平均流量。

以上看出，瞬時(shí)流量可以明顯反映出蒸汽負(fù)荷的波動(dòng)劇烈程度(如圖3所示)。按瞬時(shí)流量和累計(jì)流量計(jì)算出的所需蓄熱量，存在較大差異，其主要原因是由于鍋爐瞬時(shí)流量未實(shí)現(xiàn)連續(xù)記錄，數(shù)據(jù)離散性大。實(shí)際上，我們通過對(duì)多班次的瞬時(shí)流量進(jìn)行考查計(jì)算，同樣的兩臺(tái)真空回潮機(jī)運(yùn)行，有的計(jì)算結(jié)果僅約1.84 t的蓄熱量。按累計(jì)流量考查時(shí)，正常情況下，所需蓄熱量約為2.63～2.91 t?？紤]波峰時(shí)段負(fù)荷沖擊和生產(chǎn)負(fù)荷的不平衡特點(diǎn)，綜合瞬時(shí)平均與累計(jì)平均，所需蓄熱量按兩者平均值2.89 t進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

(3)蓄熱器容積計(jì)算

蓄熱器容積根據(jù)所需蓄熱量和單位飽和水蓄熱量、充水系數(shù)計(jì)算。單位飽和水蓄熱量取決于充熱壓力(P1)和放熱壓力(P2)。根據(jù)該廠鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，P1、P2分別取1.4 MPa和1.0 MPa，則，單位飽和水蓄熱量約為25.4 kg汽/m3水，充水系數(shù)取0.85，蓄熱器容積為：

蓄熱器的結(jié)構(gòu)須有合理的長徑比，綜合考慮制造等技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，蓄熱器容積確定為135 m3，尺寸：Φ3400×15632(mm)。

4.5 蒸汽蓄熱器自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蓄熱器自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是要求在保障可靠性的前提下，同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和易用性。自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用分散采集，集中控制的原則，即蓄熱器系統(tǒng)的工藝過程信號(hào)通過現(xiàn)場安裝的檢測儀表將4～20 mA信號(hào)送入安裝在鍋爐控制室內(nèi)的DCS控制系統(tǒng)，經(jīng)過控制器的比較運(yùn)算，輸出控制信號(hào)控制工藝管道上的閥門開度或電動(dòng)閥的開關(guān)狀態(tài)，使被控參數(shù)滿足工藝要求。在蓄熱器現(xiàn)場將安裝溫度、壓力顯示和液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，遠(yuǎn)傳顯示蓄熱器的溫度、壓力、液位并通過液位信號(hào)控制排水調(diào)節(jié)閥，使蓄熱器的水位保持在設(shè)定范圍內(nèi)。為保證蓄熱器的運(yùn)行安全，還應(yīng)設(shè)置壓力報(bào)警及高、低水位報(bào)警，整個(gè)自控系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行。

另外，蓄熱器作為能源動(dòng)力系統(tǒng)中一個(gè)緩沖環(huán)節(jié)，除了要控制好常態(tài)壓力和常態(tài)水位，做好應(yīng)對(duì)負(fù)荷急劇變化的準(zhǔn)備預(yù)案外，還可以與鍋爐燃燒控制系統(tǒng)密切配合，組成一個(gè)聯(lián)動(dòng)的多回路復(fù)合控制系統(tǒng)，采用優(yōu)化調(diào)度算法，根據(jù)爐膛燃燒狀況，以允許的速率釋放蒸汽或貯存蒸汽，在負(fù)荷急劇變化時(shí)，既維持用戶蒸汽壓力恒定，又保證燃燒工況的平緩變化，最大程度地支持節(jié)能減排。在這樣的解決思路下，可以同鍋爐DCS系統(tǒng)廠家共同制定出蓄熱器的優(yōu)化控制方案。

4.6 蒸汽蓄熱器工程分項(xiàng)實(shí)施說明

(1)安裝基礎(chǔ)和筒體支座

蓄熱器運(yùn)行時(shí)內(nèi)盛有蓄熱介質(zhì)(飽和水)，重量較大，必須有足夠堅(jiān)固的基礎(chǔ)。蓄熱器基礎(chǔ)需根據(jù)載荷，由具備相應(yīng)土建設(shè)計(jì)、施工資質(zhì)的單位進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，避免不規(guī)則沉降，保障蓄熱器縱-橫水平要求。另外，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)蓄熱介質(zhì)溫度變化所引起的筒體熱脹或冷縮，支座必須考慮能吸收不同方向的伸縮。為此，蓄熱器除有固定支座外，還必須考慮允許它向不同方向自由伸縮的活動(dòng)支座。

(2)操作平臺(tái)

可根據(jù)要求，設(shè)置簡易平臺(tái)或整體性平臺(tái)。平臺(tái)采用鋼架結(jié)構(gòu)，可根據(jù)現(xiàn)場制作安裝。

(3)連接

蓄熱器的連接管選用GB/T 3086的無縫鋼管；法蘭、密封墊等管道附件執(zhí)行HG 20593標(biāo)準(zhǔn)；蓄熱囂充、放熱接口采用煨彎彎頭，管道及附件均需保溫，并適當(dāng)提高保溫等級(jí)。

(4)運(yùn)輸

135 m3蓄熱器屬于超高、超寬、超重的貨物，可采用大型平板運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸，運(yùn)輸前需到運(yùn)管部門提前辦理相關(guān)手續(xù)。

5 蒸汽蓄熱器工程設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

蒸汽蓄熱器不是“標(biāo)準(zhǔn)”設(shè)備，壓力等級(jí)、蓄熱量、充熱放熱壓力需根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況確定。作為蒸汽的“儲(chǔ)存”設(shè)備，其輸出的蒸汽必須保證相應(yīng)的品質(zhì)，以滿足用戶要求，在保障安全和用戶蒸汽品質(zhì)要求的前提下，提高蓄熱器制造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

5.1 校核保證蒸汽質(zhì)量的條件

蒸汽蓄熱器輸出的蒸汽均為飽和蒸汽。對(duì)于蒸汽質(zhì)量(含水率)，則必須由蓄熱器內(nèi)部設(shè)計(jì)來進(jìn)行保證。而蒸汽質(zhì)量的最大影響因素是蒸汽蒸發(fā)空間高度。

(1)蒸發(fā)空間高度

根據(jù)對(duì)蓄熱器技術(shù)研究和長期工程實(shí)踐，蒸汽蒸發(fā)空間高度與蒸汽濕度的關(guān)系如圖5所示。

圖5 蒸汽濕度與蒸汽空間高度之關(guān)系圖

當(dāng)蒸汽空間高度低于0.5 m時(shí)，隨著蒸發(fā)空間高度的減小，蒸汽濕度快速增加。而當(dāng)蒸汽空間高度高于0.5 m時(shí)，隨著蒸發(fā)空間高度的增加，蒸汽濕度的下降已不明顯。因此，一般可將蒸汽空間高度控制在0.5 m即可。

(2)液面蒸發(fā)負(fù)荷

單位面積水面在單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)蒸汽量稱為液面蒸發(fā)負(fù)荷。液面蒸發(fā)負(fù)荷應(yīng)控制在合適的范圍，其值與蓄熱器內(nèi)壓力(充熱壓力)有關(guān)，如圖6所示。

圖6 蓄熱器液面蒸發(fā)允許負(fù)荷圖

對(duì)于臥式蓄熱器，蒸發(fā)面積較大，正常情況下液面蒸發(fā)負(fù)荷基本不會(huì)超出圖6的允許負(fù)荷。對(duì)于球形、立式等蒸發(fā)面積較小的蒸汽蓄熱器，則需按放熱壓力進(jìn)行液面蒸發(fā)負(fù)荷校核。

(3)蒸汽空間容積負(fù)荷

蒸汽空間容積負(fù)荷按下式計(jì)算：

式中,Rv為容積蒸發(fā)強(qiáng)度，m3/(h·m3)；D為蒸發(fā)量(kg/h)；V為飽和蒸汽比容(m3/kg)；Vg為蒸發(fā)空間容積(m3)。

計(jì)算結(jié)果滿足表3，說明蒸汽空間容積負(fù)荷合理。

5.2 蓄熱器內(nèi)部裝置設(shè)計(jì)

(1)充熱裝置

蓄熱器噴嘴數(shù)量的配置是否合適，對(duì)其是否能正常運(yùn)行至關(guān)重要。 蓄熱器工程設(shè)計(jì)中，不能認(rèn)為蓄熱器容積確定后，設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)就完成了，還必須進(jìn)行確定噴嘴數(shù)量的設(shè)計(jì)。首先確定最大充汽量。根據(jù)最佳充汽流速確定所需噴嘴面積。根據(jù)每個(gè)噴嘴的截面積計(jì)算所需噴嘴量。一般每組充汽管設(shè)兩個(gè)噴頭，根據(jù)噴嘴量計(jì)算出所需噴頭數(shù)量，即可計(jì)算出充汽管的組數(shù)。進(jìn)行充汽管布置設(shè)計(jì)。若布置受限，可對(duì)噴嘴面積-亦即噴孔尺寸重新設(shè)計(jì)，一般是需要增大噴孔直徑。

表3 蓄熱器壓力與允許容積負(fù)荷

(2)均汽板設(shè)計(jì)

均汽板的設(shè)置，是為了使蓄熱汽的蒸發(fā)蒸汽能夠按層流方式均勻地向上流動(dòng)，進(jìn)入均汽板上部空間后，再折流至蒸汽出口，這樣會(huì)同時(shí)具備較好的水分離作用。蒸汽穿過均汽板的速度要低于其進(jìn)入出口管道的流速。均汽板的長度不得低于直管段的三分之二。

設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)設(shè)備制造圖認(rèn)真檢查，切不可忽略這類看似簡單的細(xì)節(jié)。

5.3 設(shè)備制造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

蒸汽蓄熱器的造價(jià)一般可以認(rèn)為正比于其容積V與設(shè)計(jì)壓力P的乘積，單位V×P的造價(jià)低限為50 m3，小于50 m3時(shí)單位容積的造價(jià)較快上升。受制造條件和運(yùn)輸條件的影響，一般單臺(tái)蓄熱器的容積不宜大于150 m3。

6 結(jié)束語

該企業(yè)使用蒸汽蓄熱器技術(shù)后有效地緩解用汽負(fù)荷的劇烈波動(dòng)對(duì)鍋爐供熱系統(tǒng)所產(chǎn)生的沖擊，不僅提高了鍋爐的運(yùn)行熱效率，降低燃料消耗，而且由于蒸汽品質(zhì)的提高穩(wěn)定了生產(chǎn)過程，避免由于蒸汽負(fù)荷的劇烈波動(dòng)對(duì)生產(chǎn)和設(shè)備所帶來的不利影響，有效保證了煙葉質(zhì)量。鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，減少了鍋爐發(fā)生故障的頻率，延長了鍋爐使用的壽命，降低了鍋爐操控難度，減輕了司爐工的勞動(dòng)強(qiáng)度，還使得鍋爐燃燒后廢氣中氮氧化物等有害物質(zhì)減少，煙氣含塵量降低，有利于當(dāng)前生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和綠色發(fā)展的需要。在目前能源緊張時(shí)期，蒸汽蓄熱器技術(shù)已日益顯出其重要性，其在眾多領(lǐng)域中有廣泛推廣應(yīng)用的前途。