_15.2 基本的减温器类型

第 15 章 减温 基本的减温器类型 章节 15.2 15.27 基本的减温器类型 蒸汽和冷凝水系统手册 15.2.1

第 15 章 减温 基本的减温器类型 章节 15.2 减温器 没有保温的光管是最简单的减温器,热量通过辐射传递给环境,蒸汽减温。

很显然,这种减温器除了 热表面光管可能对人体造成伤害以外,还存在昂贵的能量浪费,同时也无法对环境条件的变化、蒸汽温度 或流量的变化进行有效的调节补偿。

图 15.2.1 典型的多喷嘴喷射型减温器 15.2.2 蒸汽和冷凝水系统手册

第 15 章 减温 基本的减温器类型 章节 15.2 有多种不同形式的减温器可供选择,当我们为一个特定的应用选择合适的减温器时应根据以下来选 择: 调节比 - 该减温器工作时可以处理的流量变化范围,如公式 4.2.1 所示。

调节比 = 最大流量 最小流量 公式 4.2.1 这是一个重要的参数,任何进口压力、温度或流量的变化会引起需要冷却液的变化。

通常,一个特定 的减温器有两个调节比值: 蒸汽调节比 - 该数据反映了减温器能有效工作的蒸汽流量范围。

冷却水调节比 - 该数据反映了冷却水的变化范围。

虽然该数据直接影响蒸汽的调节比,但它们的关 系取决于过热蒸汽的温度、冷却水的温度和需要达到的减温状态。

公式 15.1.1 是质量/热量平衡公式 mcw = 式中: mcw = 冷却水的质量流量 (kg / h); ms hi hd hcw = 过热蒸汽的质量流量 (kg/h); = 过热状态的焓 (kJ/kg); = 减温后状态的焓 (kJ/kg); = 冷却水在进口状态下的焓 (kJ/kg)。

ms (hi-h d) (hd-h cw ) 公式 15.1.1 应该注意到蒸汽和水的流量有直接的比例关系,比例常数 K 取决于过热蒸汽的焓、冷却水的焓和需要 达到的蒸汽状态的焓。

算术表达为:mcw∝kms 。

式中: K = (hi - hd ) (hd - hcw ) 如果使用一个减温器不能满足调节比的要求,则需要并联安装两个减温器,根据蒸汽的量两个减温器 之间互相转换或一起工作。

我们同时应认识到,减温器只是减温站的一部分,为了正确工作必须包括必要的控制系统。

工作压力和温度; 蒸汽和水流量; 进口蒸汽过热度,制程需要的减温后的蒸汽量; 可供的水压(可能需要增压泵) ; 最终温度的精度要求; 对于在线式减温器,蒸汽完成完全减温所需要的距离也是一个重要的考虑因素,这段距离也称为吸收 距离。

接下来的章节对常见的减温器作了介绍,包括各种减温器的使用限制和典型应用。

非直接接触式减温器 管束式减温器 这种减温器 (见图 15.2.2)包括一个换热器,通常为壳管式,过热蒸汽在一侧,冷却介质在另一侧。

第一段换热器的壳(冷却水侧)两端封闭,而在出口侧,仅底部封闭,顶部打开。

浮动头使壳的两侧 压力平衡。

冷却液是处于饱和温度和压力下的水。

过热蒸汽依次进入第一组 、第二组管侧,放出热量给水,部分 水吸收热量后汽化。

汽化的水通过浮动头然后积聚在壳的外侧,然后通过壳末端的开口处和减温后的蒸汽 混合。

蒸汽和冷凝水系统手册 15.2.3

第 15 章 减温 基本的减温器类型 章节 15.2 压力和温度感应器 过热蒸汽 浮动头 安全阀 饱和蒸汽 正常水位 浮球式疏水阀作为溢流 水位 控制 系统 冷却水供给 如果压力不够则需要增压泵 饱和温度和 压力下的 冷却水 排放 浮球式疏水阀 图 15.2.2 管束式减温器 优点: 1. 调节比只受到所安装的控制系统的限制。

2. 该设计可以产生高于饱和蒸汽温度 5℃以内的蒸汽。

3. 最大工作温度和压力高,可以达到 60 bar 和 450℃。

4. 反应快。

缺点: 1. 体积大 - 与现在的许多减温器相比体积庞大,现大部分已经被替代了。

2. 费用高。

3. 需要关注的是这种减温器的换热器效率。

换热器表面的污垢和空气膜能产生很大的传热热阻。

应用: 负荷波动大的场合适用。

直接接触式减温器 水浴式减温器 这是一种最简单的减温器(见图 15.2.3)。

过热蒸汽直接喷入水浴室,多余的热量使水表面产生饱和蒸 汽,用压力控制器维持容器内压力恒定,因此下游可以得到饱和温度和压力下的蒸汽。

15.2.4 蒸汽和冷凝水系统手册

第 15 章 减温 基本的减温器类型 章节 15.2 饱和蒸汽 压力控制器 压力探头 蒸汽 出口 安全阀 压力表 过热 蒸汽 压力控制阀 浮球式疏水阀 作为溢流 止回阀 蒸汽干燥空间 水位控 制系统 水浴 带给水泵的 冷却水供水 排放 图 15.2.3 水浴式减温器系统图 因为过热蒸汽含有的热量比饱和蒸汽多,因此产生的饱和蒸汽比实际的过热蒸汽多。

水位会下降,必 须补充水使液位保持恒定。

通常需要一个和锅炉给水泵相类似的泵以克服压力容器的压力。

必须安装一个良好的止回阀以避免在过热蒸汽压力下降时水从浴室返回到减温器系统。

优点: 1. 简单。

2. 在饱和温度下产生蒸汽。

3. 蒸汽干度可以达到 0.98。

4. 调节比只受到所安装的控制系统限制。

缺点: 1. 体积大。

2. 不适用于高温系统。

应用: 1. 流量变化大。

2. 不允许有任何的过热度存在。

水喷雾式减温器 这种形式的减温器使用最为广泛。

在水喷雾式减温器中,过热蒸汽通过装有一个或多个喷嘴的管道。

喷嘴将很细的冷却水雾喷入过热蒸汽,水转化成蒸汽,蒸汽的过热度随之下降。

冷却水有不同的方法被引入蒸汽,因此有很多不同类型的水喷雾减温器。

除此以外,大多数水喷雾式减温器受以下因素影响: 蒸汽和冷凝水系统手册 15.2.5

第 15 章 减温 基本的减温器类型 章节 15.2 水滴尺寸 - 水滴尺寸越小,水的面积质量比越大,传热率越高。

当水被直接喷入流动的过热蒸汽中 时,水滴越小,换热需要的距离越短。

水可以通过机械装置(使用变化的或固定的孔板)或蒸汽雾化的方法被打成很小的水滴。

湍流 - 管道内的流动越处于湍流状态,单个水粒在减温器中的滞留时间越长,换热越充分。

另外, 湍流能加剧冷却水和过热蒸汽的混合。

加剧的湍流能缩短减温完成的距离。

有两种方法可以产生湍流。

通过喷嘴的压力降 - 使冷却水产生更高的压力降可以增加流速和产生更剧烈的湍流。

速度 - 增加水和蒸汽混合的整体速度,也可以加剧湍流的产生。

为了增加速度,通过对蒸汽进行节 Area of ,这种方法 of 流获得Coefficient由于涡街的产生 进(C) 步加剧湍流。

the vena contracta contraction 一 = Area of the orifice 关于高速 - 如果管道设计不良,过热蒸汽的速度从理论上可以接近马赫数 1,在如此高速下可能产生 很多问题(包括冲击波的产生) 。

事实上,如果管道设计良好,速度要远远的低,蒸汽进入减温器的速度 通常在 40~60 m/s。

冷却水流量 - 冷却水能被加入过热蒸汽的流率取决于很多因素,它们的关系如公式 4.2.11: c qv = C A 2 g h 式中: q v = 冷却水体积流量 (m3 /s); C = 喷嘴排放系数; A = 喷嘴面积(m2 ); g = 重力加速度常数 (9.81 m/s 2 ); h = 通过喷嘴的压力降 (m)。

记住 C 和 g 是常数,公式 4.2.11 显示只有两个因素改变冷却水的流率 qv: 改变通过孔板(喷嘴)的压力降 h - 流率和压力降的关系可表示为: V∝ 公式 4.2.11 公式表示,如果流率增加 5 倍,压力降必须增加 52 = 25。

这种关系严重限制了减温器的调节比。

对于冷却水流率的影响,当确定冷却水压力时必须考虑另外两个因素: 1. 冷却水压力必须大于喷射点处的蒸汽压力。

2. 通过喷嘴的压力降越大,雾化的效果越好。

改变孔板的面积 A - 流率和孔板面积的关系可表示为: V∝ A 这种直接的关系表示,如果流率增加 5 倍,面积也必须增加 5 倍。

这种变化可以通过使用具有变面积能 力的孔板来完成(见图 15.2.4), 或改变冷却液流通过的孔板个数来完成。

冷却水流向 阀头移动方向 阀座 喷嘴环 阀头 图 15.2.4 变面积孔板 15.2.6 蒸汽和冷凝水系统手册

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