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減溫減壓裝置工作原理和應用
發布時間:2016-5-18 11:56:36                  點擊次數:1033

      目前,我國政府提倡在保證經濟在穩步增長的同時,要求走可持續發展的道路,國家在能源使用及環保政策方面不斷提出越來越高的要求。蒸汽是發電和其他現代工業生產制程不可缺少的重要動力和熱源。為了提高能源的綜合利用率和滿足環保要求,熱電聯產、集中供熱已成為國家政策鼓勵的發展方向。在我國各地的工業開發區也因此越來越多的采用熱電聯產的方式為開發區內的企業提供蒸汽動力。即利用熱電聯產的發電過程中部分已做過功的過熱蒸汽作為下游各種工藝制程和蒸汽使用設備的蒸汽源。因此熱電廠提供給開發區熱網的是壓力和溫度較高的過熱蒸汽,而一般工廠的工藝制程和用汽設備,如各種換熱器、蒸煮濃縮等加熱裝置,以及空調制冷等絕大部分均要求使用飽和蒸汽,這就要求應用減溫器以實現過熱蒸汽到飽和蒸汽的轉換。

      一、減溫減壓裝置的工作原理

      當熱電廠供應的高溫高壓過熱蒸汽輸送到各用汽點后,必須先進入減壓減溫裝置,將過熱蒸汽的壓力和溫度降至接近所要求的飽和狀態(一般為接近飽和溫度3-5℃)后,再送到折成換熱設備使用。

      有兩種最基本的減溫器形式。

      1.非接觸式

      冷卻蒸汽的介質不和被冷卻的過熱蒸汽直接接觸。較冷的液體、氣體和蒸汽均可以用作冷卻介質。周圍空氣也可以用作冷卻介質。這種類型的減溫器如同殼管式換熱器。過熱蒸汽進入換熱器的一側,冷卻介質進入換熱器的另一側。當過熱蒸汽的溫度進行控制,可以調節:進口過熱蒸汽的流量,或者冷卻介質的流量。

      2.直接接觸式

      用來冷卻蒸汽的介質(通常為水)直接和過熱蒸汽混合,如下圖的文丘利和直接噴射型減溫減壓系統。

      過熱蒸汽首先減壓后進入減壓器。冷卻水直接與過熱蒸汽混合,吸收過熱蒸汽的熱量并蒸發成蒸汽。而過熱蒸汽則被冷卻。一定量的冷卻水通過減溫器內部的霧化和混合裝置被加入。加入冷卻水量的控制是通過測量減溫器下游的蒸汽溫度來實現的。所以能產生干燥的蒸汽。這樣就可以避免下有管道和設備的損壞及沖蝕。

      所有的直接接觸式減溫器都必須將進入的水打碎成小水滴,以增加水的表面積/體積比。水的表面積/體積比越大,水滴的蒸發速度越快,蒸汽降溫越快。產生小水滴的過程通常稱為"霧化"。噴入減溫水的霧化質量的好壞,將直接影響減溫系統的控制性能,不同類型的減溫器采用不同的減溫水霧化方法。

      值得引起注意的是物化的水滴與蒸汽混合,水滴蒸發(同時蒸汽冷卻)是一個需要時間的過程,不會瞬間完成。因此,大部分的減溫過程不是發生在減溫器內部,而是在減溫器出口的下游管道內。所以,對一個良好的見聞起來說,安裝其下游的管道設計也是至關重要的。

      以上所述我們不難理解為什么冷卻水滴和過熱蒸汽需要一段混合良好的時間。如果混合不良,水分不能從過熱蒸汽中有效吸收熱量,水滴的蒸發過程就不徹底,造成減溫器下游有水滴溢出,減溫器出口溫度無法控制。因此,水滴應該盡可能長時間的懸浮在下游管道中。為了確保這一點,下游管道應該保持相對高的流動速度以維持下游管道足夠的湍流。該速度要高于一般的蒸汽分配系統的蒸汽流速。這就是為什么減溫器和相應的管道通常(并非所有)要比蒸汽分配系統管道小。

      用于冷卻的水源通常選擇:鍋爐補給水、脫礦水、去離子水、凝結水。

      城市用自來水或制程用水也可能使用,但取決于給水的硬度。水垢可能會積聚在減溫器冷卻水噴口內部和減溫器下游管道的內壁表面。

      通常,冷卻水溫度越高越好,這是因為熱水滴比冷水滴吸收較少的熱量達到蒸發溫度,因此蒸發快,從而產生更加高效的減溫效果。使用熱水也減少水跌落到管道內壁的量。因此應該對給水管道進行保溫。通過水控制閥需要壓力降。我們前面說過水應該盡可能的熱,但應避免通過控制閥產生閃蒸。

      為了噴入冷卻水,減溫器噴嘴處的壓力必須等于或大于管道內操作蒸汽的壓力。不同類型減溫器對壓力的要求不同但通常最小的壓力值如下:

      噴射性減溫器蒸汽壓力+0.5bar

      文丘利型減溫器蒸汽壓力+0.1bar

      蒸汽霧化型減溫器和蒸汽壓力相同

      對于噴射型和文丘利型減溫器,在最大水流量時需要最大的壓力。值得注意,水流量與冷卻水和蒸汽的壓差的平方根成正比。因此如果水流量增加4倍,則差壓要增加42=16。

      如果使用了一個獨立或者增壓泵,則需要一個回流系統確保一直有水通過泵。

      冷卻水耗量計算

      必須加入足夠的水來冷卻蒸汽至所需的溫度;如果水量不足蒸汽不能充分的冷卻,相反如果水量過多可能會產生濕飽和蒸汽.從而導致下游管道和設備的沖蝕。使用以下的焓平衡方程,可以方便、快速計算所需的冷卻水量:

      Ms x(hi-hd)=Mw x(hd-hw)

      Mw=[Ms X(hi-hd)]/(hd-hw)

      其中

      Mw=冷卻液的量kg/h Ms=過熱蒸汽量kg/h hi=過熱狀態蒸汽的焓kJ,kg hd=減溫狀態后的蒸汽焓kJ/kg hw=冷卻液的焓kJ/kg

      二、減溫器的結構和類型

      減溫器應對環境條件的變化、蒸汽溫度或流量的變化進行有效的調節補償。其選擇取決于以下列因素:

      u操作壓力

      u操作溫度

      u蒸汽流量

      u減溫前后的過熱度

      u所需要的調節比

      u可以提供的水壓(如果沒有足夠的壓力可能需要一個增壓泵)

      u最終溫度的所需控制精度

      斯派莎克公司可提供3種不同類型的減溫器,每個減溫器均根據現場的過程數據設計以滿足其特定的過程需要:

      (1)噴射型減溫器,(2)文丘利型減溫器,(3)蒸汽霧化型減溫器。

      以下將介紹不同類型的減溫器的結構和特點。

      1.文丘利型減溫器

      文丘利型減溫器利用節流產生高速區和湍流來幫助實現蒸汽和冷卻水的完全接觸,從而達到最大的減溫效果。減溫過程通過三個階段來完成:

      第一階段的減溫發生在內部擴散器內。部分蒸汽在內噴嘴內加速并對噴入的水進行霧化。減溫的第二階段是來自內部擴散器的飽和狀霧和剩余的蒸汽在主擴散器內混合。主擴散器本身通過對蒸汽限流產生高速,因此在該區域產生強烈的湍流,完成第二階段的減溫。第三階段,也是最后的減溫階段發生在減溫器的出口下游管道內.在該階段中懸浮在蒸汽中的剩余水滴蒸發.這樣在減溫器的下游某一點達到最終要求的溫度。

      本裝置將冷卻水和管道內壁接觸的可能性降低到最小.具有最小的管道沖蝕和最大的減溫效果。文丘利減溫器的高速混合效果最大。蒸汽流量調節比根據實際的工況變化而變化,對水平安裝的減溫器其調節比一般為4:1,對垂直安裝的減溫器其調節比可以達到超過5:1。在和設計良好的減壓站一起使用,其蒸汽流量調節比能改進并超過5:1。

      如果蒸汽流量的調節比超出單個減溫器的能力范圍,則可以使用兩個減溫器并聯使用,并根據蒸汽流量的變化,實現自動切換。

      文丘利型減溢器特點

      調節比一般能滿足大部分的工廠應用,對大多數應用,壓力比較低。

      操作簡單.沒有運動部件。

      控制精確,通常可以達到飽和溫度TsAT+3℃。

      適用于穩定或變蒸汽條件的應用。

      2.完整的噴射型減溫器

      一個完整的噴射型減溫器安裝方便.它包括噴射噴嘴組件、熱套管和法蘭連接的殼套。

      這是最簡單的一種減溫器,冷卻液通過一個或多個霧化噴嘴噴入蒸汽流中。霧化噴嘴位于減溫器的中心軸上,冷卻液以和蒸汽相同的方向噴入蒸汽。

      該減溫器中包括一個熱套管.過熱蒸汽可以通過熱套管和管殼內徑之間的環形面。熱套管提供了一個熱表面,它可以使噴射液快速蒸發,同時可以保護減溫器的管殼免受沖蝕。熱套管的工作可以使減溫器在系統處于低負荷一噴嘴的霧化不是最有效時,確保系統的有效操作。

      噴射型減溫器特點

      操作簡單。沒有運動部件。

      費用低。

      零蒸汽壓力降。

      低的流量調節比能力

      接近飽和蒸汽溫度的能力低(一般最好為TsAT+5℃)。

      容易引起蒸汽管道內壁的沖蝕。使用內部熱套管可以克服該問題.同時也有助于水分的蒸發。

      應用:比較穩定的蒸汽負荷,比較穩定的蒸汽溫度,比較穩定的冷卻水溫度

      3,蒸汽霧化型減溫器

      本類型減溫器使用輔助的高壓蒸汽在減溫器的擴散器內對進入的冷卻水進行霧化。輔助蒸汽的壓力至少是減溫器進口蒸汽壓力(表壓)的1.5倍.其最小壓力要求為3 barg。一般,霧化蒸汽的流量為主蒸汽流量的2%一5%。減溫過程分兩個階段完成。

      第1過程在擴散器內完成,冷卻水被高速的霧化蒸汽霧化。在減溫的第2階段,來自擴散器的飽和狀霧和主管道內的蒸汽混合。蒸發過程發生在減溫器出口的管道內.在出口管道內殘留的水分懸浮在蒸汽中并逐漸蒸發,這樣在減溫器下游的某一點達到最終要求的溫度。

      蒸汽霧化型減溫器特點

      冷卻液由主蒸汽流的中心引入。

      冷卻液沿蒸汽流方向噴八蒸汽。

      良好的調節比。蒸汽流量的調節比最大可能達到50:1.但最有效的操作和控制的調節比大約為20:1。對冷卻液的調節比,數據相同。

      結構非常緊湊,在所有的減溫器中其長度最短。

      壓力降可以忽略

      適用于蒸汽流量變化很大,需要高的調節比的應用

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