斯派莎克工程（中国）有限公司 上海市 201114
摘要：本文简述了蒸汽蓄热器的分类及工作原理，并着重对蒸汽蓄热器失效现象及原因进行了分析，并列举了合理应用案例。
关键词：蒸汽蓄热器；失效原因；合理应用
自60年代初期，蒸汽蓄热器技术被引进我国，广泛应用于炼钢、制糖、酿酒、化学、印染等行业，并取得了可喜的成绩，但是蓄热器使用过程中也暴露出了许多问题，使得某些企业的蓄热器使用效果大打折扣，甚至出现了蓄热器没有起到蓄热作用，使用失效的案例。本文就具体失效原因进行分析，并提出蓄热器设计和使用中的一些合理化建议。
1 蒸汽蓄热器的分类及其在蒸汽供热系统中的安装位置
蒸汽蓄热器是以水为载热体间接储蓄蒸汽的蓄热装置，在供热系统中主要用于调节在一定的用汽周期内供汽量和耗汽量之间的不平衡。
蒸汽供热系统中，根据安装位置的不同，可将蒸汽蓄热器分为集中蓄热器和局部蓄热器。集中蓄热器安装在热源或热网干线上，用来稳定运行工况下锅筒的压力和供汽压力。对于用户负荷随时间波动较大的热网系统，用蒸汽蓄热器可调节供热系统负荷的波动。一方面，使锅炉始终在最佳工况条件下稳定运行，蒸汽出力和压力保持不变，使其热效率趋近热平衡试验效率；另一方面，相当于增加了热源的容量和提高了调节能力，当部分用户用汽量波动时，减小对其他用户的影响。从而获得节能、生产和环保等方面的综合经济效益。但是集中蓄热器可调节的用户范围大，当用户负荷不稳定时，不能满足个别用户的用汽参数。
局部蓄热器直接安装在支线上、一个或几个用户处。对某些对供汽压力要求严格的用户，可采用这种蓄热器，该用户热负荷的波动依靠局部蓄热器的调节能力来补偿，不受其他用汽用户的干扰。局部蓄热器的调节范围较小，但对稳定一些重要用户或特殊用户的用汽要求有较好的效果。
2 蒸汽蓄热器的工作原理和工作过程
蒸汽蓄热器的工作原理是在向密封紧闭的压力容器中灌满水，当用汽负荷量变小时，将剩余的蒸汽压入封闭容器中的水中，并确保使蒸汽与水充分接触，使其维持有充足的热量能源，然后还要让密封容器中的水尽量匀速、渐渐地重复着这个过程，这样在饱和压力下热水的热量能源就能被存储起来了。当锅炉内产气量不足以维持使用时，先前存储的热能会对其进行补充，缓解负荷变化。蒸汽蓄热器工作过程包括充热过程和放热过程。即使我们不对蓄热器进行外部加热，蓄热器也能有效应对，并产生充足的蒸汽。用汽负荷与蓄热器压力呈反比例关系，当负荷增加时，蓄热器中的压力下降，随之蓄热器就会因为容器中热水蒸发而产生蒸汽。充热过程就是当蒸汽引入容器的水中时，压力升高的现象。反之，蒸汽被抽出后，压力则会下降，就是蓄热器放热过程。与压力低时相比，当压力较高时，对应于此饱和压力下的水的热焓更大，再次就产生了一个差值。此差值与蒸汽数量呈正比例关系，也就是说差值变大的话，是充热压力与放热压力之间的差值越大，也就能够产生更大的蒸汽量。
3 蓄热器失效现象及原因分析
3.1 设计不合理，没有起到加热循环的作用
现象：在使用中出现蓄热器根本没有充热的现象，蓄热器筒体内的水温较低，但蓄热器压力已经达到充热压力。
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分析：循环筒或喷嘴设计不合理，无法加热蓄热器水空间，来自锅炉的高压蒸汽经蒸汽总管进入充汽管，再经过喷头上的喷嘴将蒸汽喷入循环筒。蒸汽经过喷嘴时被加速喷出，与循环筒内的低温水混合，水被迅速加热，同时喷出的蒸汽被冷凝成水。由于蒸汽向上喷出和冷热水存在重度差，使得循环筒内的热水上升，循环筒外的冷水及时从筒底下开口流入补充，产生一个水循环。蒸汽不断从喷嘴喷出，被加热的热水通过循环筒在蓄热器的筒体内扩散，最终使整个筒体的冷水被逐渐加热成蒸汽压力下的饱和水，蒸汽的热量被储存在水里。充热装置在这一过程中负担着如何高效、快捷地把蒸汽热量传递给水的使命。整个充满过程，主要是蒸汽与水的传热、传质过程。而这个过程和充热装置的各部分结构尺寸密切相关，如循环筒直径、长度、喷嘴大小、形式、数量、喷嘴在水中的深度等等。随着蓄热器体积的增大、压力的提高，有些企业在蓄热器设计中出现循环筒和喷嘴设计不合理的问题，使得喷嘴喷出的蒸汽不能在水中大部分凝结便溢出到蓄热器汽空间中，或者循环筒布置不合理，不能在循环筒中形成有效的加热循环。
3.2 蓄热能力大大降低，无法满足负荷变化
现象：在使用过程中蓄热器的蓄热能力降低。
分析：有些企业为了提高出口蒸汽的过热度，试图提高蓄热器放热压力，通过节流的方式来实现过热，但结果是显著降低了蓄热器的蓄热能力，且对于提高蓄热器出口蒸汽过热度效果甚微。有些企业为了保证锅炉的安全运行，降低锅炉汽包出口的工作压力，也即降低了蓄热器充热压力，这样也会导致蓄热器蓄热能力显著降低。在充热压力一定的情况下，随着放热压力的升高，蓄热器的单位蓄热能力随之降低；同样蓄热器放热压力一定，随着充热压力的降低，蓄热器的单位蓄热能力也会随之降低。这也就说明了上述企业蓄热器蓄热能力降低的原因。
3.3 出口蒸汽带水严重
现象：蓄热器使用中的另外一个问题是出口蒸汽带水严重。由于出口蒸汽带水，使得蓄热器出口蒸汽不能用到ＲH抽真空，也不能直接输入汽轮机进行发电。
分析：对蒸汽湿度的研究得出以下两条结论：如果蒸汽蓄热器没有限流装置及充分的汽水分离，会使出口带水非常严重，可以高达 16%，即使放汽20min后，蓄热器出口蒸汽湿度也在8%以上；蓄热器在充水系数较高的情况下，出口蒸汽湿度较大，即带水较为严重，即使蓄热器充水系数达到 0.6，也就是说基本达到半水位时，蓄热器出口蒸汽带水也在3%～4%。因此蓄热器出口设置汽水分离装置和限流装置是非常必要的。
4合理应用实例
例如某用汽单位，生产工艺流程对入口蒸汽的温度和压力有非常严格的要求，其生产线一旦启动，进口蒸汽压力不能低于0.8MPa，入口温度波动范围在±2℃内，蒸汽压力和温度的波动将导致其生产线在4秒钟）内全部自动停止运行，生产线上设备重新处理到启动状态，所有产品重新进行加工，造成重大损失。基于上述问题，2000年该热力中心在锅炉房主蒸汽管道出口安装了一台容积为300m3的集中蓄热器。该蓄热器的安装，减少了锅炉的频繁调度，使锅炉始终在最佳工况条件下稳定运行，改善了蒸汽供热系统的运行效果，获得了一定的经济效益。但是由于该蓄热器只能调节热源负荷，不能满足用户对蒸汽的特殊要求，问题并没有从根本上得到解决。2004年，该用汽单位扩大生产规模，进一步提高了对蒸汽用量和压力的要求。针对这个问题，借鉴以往众多蓄热器的控制方案，结合用汽单位的实际情况，热力中心在该用汽单位蒸汽引入口安装了一台容积为60m3 局部蓄热器，有效的保证了用户用汽，取得了预期的效果。
结束语：
总之，蓄热器的充放热压力差对蓄热器的蓄热能力影响很大，不能为了保护锅炉，让锅炉的最高工作压力远低于设计压力或提高蓄热器的出口放热压力，这样会显著降低蓄热器的蓄热能力，从而造成蓄热器工作失效。同时为了保证蓄热器出口蒸汽的湿度，建议蓄热器设计多级汽水分离装置，同时安装蒸汽限流装置。
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[4]蒸汽蓄热器充热喷嘴型式探讨[J]. 董茂林，刘旭. 钢铁技术. 2013（04）
论文作者:李煊赫
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/11
标签：蓄热论文; 蒸汽论文; 压力论文; 喷嘴论文; 负荷论文; 锅炉论文; 用户论文; 《基层建设》2017年第25期论文;