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第三十二篇:有效地利用蒸汽:蒸汽冷却——不同蒸汽使用方法的比较

 
    蒸汽润湿器是一个完整的集成式部件,可以在13bar/400℃的条件下将蒸汽压力降低到2.6bar,以240kg/h的速度生成饱和蒸汽。
 
     过热蒸汽是驱动某些机械(蒸汽轮机)做功的理想介质,但是对于另一些进行热交换的设备却不是理想的介质。因此,在这种情况下冷却式过热蒸汽转换器成了一种非常经济高效的设备。本文介绍了几种现代常见的冷却式过热蒸汽转换器,并对各自的优缺点逐一进行了介绍。
蒸汽设备不仅仅可以高效地利用燃烧的能源,而且在流程生产工程中有着极好地调节、控制性能。与其他能源载体相比,锅炉中的饱和水蒸汽有着很高的热传导能力。尤其是它能在不改变蒸汽温度的情况下传递很高的热能。因此,饱和水蒸汽是各种热交换装置最理想的加热介质,例如为不同容器、压力罐、蒸汽压缩机和轧机等设备提供动力。

     许多情况下,所使用的蒸汽往往不是饱和蒸汽,是过热蒸汽。一般来讲,在对锅炉进行减压和在过热输出时出现过热蒸汽。这种过热蒸汽是理想的机械做功(例如蒸汽轮机)的介质,而在许多利用热交换进行工作的热能设备中则不希望出现过热蒸汽;否则,则要求热交换器有着很大的冷凝面积。除此以外,过热蒸汽的温度也往往与负载的大小有关。在这种情况下,冷却式过热蒸汽转换器就成了这种用热能设备理想的、经济高效的热交换装置了,因为它有着下列的优点:
■ 可调节的、稳定的生产过程加热能力;
■ 由于温度分布均匀,因此流程设备生产的产品质量很高;
■ 由于加热面积小因而节省能源;
■ 管道材料要求低,可以节省设备材料费用。

      蒸汽主要是通过添加水来进行冷却的。当在蒸汽中加入水后,水分将会蒸发,并吸收热量,从而使蒸汽的温度降低。通过对温度下降度数的控制,可以非常有效地生成所需的蒸汽(蒸汽的焓差相当于添加的水所蒸发的焓)。这样一来就不会出现能量的损失,换句话说:在后续的过程中可以节约能源。在可能的情况下,应始终利用蒸馏水或者软化水作为蒸汽降温介质,否则可能对蒸发器(或者说是:冷却喷水器)产生重要的影响。蒸汽理想的工作温度范围为70~110℃,因此利用冷水可以方便地调节蒸汽的温度。

     表1中给出了常用的蒸汽冷却方法。在蒸汽冷却时所采用的方法往往与蒸汽的压力、所使用的冷却器有着密切的关系。该表可以在您选择蒸汽冷却方式时给您以帮助。
蒸汽冷却方法概述

      蒸汽冷却方法选择时的一些重要因素参见表1。其他选择注意事项和选择标准可以根据设备的参数和使用说明书确定,使您选择最合适的和最必要的蒸汽冷却方法。



蒸汽润湿器
 
     在需要的时候,通常都是首先将过热蒸汽的压力调节到所需要的压强。在一些特定的情况下,蒸汽润湿器的详细计算也可用于后续流程中减压计算。

     最后,过热蒸汽被送到水浴罐处,水幕的面积应尽可能的大。在这一过程中,蒸汽的流量控制器对产品质量有着极为重要的影响,因为它包含了很高的科技成分。蒸汽的流量控制有着多种多样的方法,最简单的可以是桶形滤汽网,也可以利用复杂的不同生产厂家生产的、专用蒸汽滤器。穿过水幕的未饱和过热蒸汽吸收了一定的水分,使自己达到了完全饱和状态。这样的结果是:高质量的、符合压力要求的饱和蒸汽。蒸汽饱和水平的调整也为持续的冷凝水补给提供了方便。在采用了特殊的安装方式之后,蒸汽润湿器也可以提供合格的过热蒸汽(不仅仅是湿润蒸汽)。这种方法的优点是:
■ 坚实牢固(无喷嘴和运动零部件);
■ 温度过高时有着很高的安全可靠性;
■ 最好的连续工作性能;
■ 可在0~100%之间进行调节。

    这种蒸汽润湿器的缺点:蒸汽流量受限,一般约为20t/h(与压力有关)。

    带固定喷嘴的冷却喷水器

     通过一个或者几个固定的喷嘴将水沿着蒸汽流动的方向喷出。由于水的汽化蒸发而吸收过热蒸汽中的部分能量,使得过热蒸汽冷却下来。这种系统的缺点是:调节范围受限。当它利用最少的喷嘴进行工作时,例如此时的雾化压力为1bar,雾化冷却效果最好;而当利用喷水量增加5倍时,所需的雾化压力则上升到了25bar。

可调喷嘴的冷却喷水器

     这种装置使用的冷却水喷水量是可以调节的。各个喷嘴通过电子或者气动的控制冷却水喷射量的多少,它省略了用于控制排水量的专用控制阀。电子和气动调节的两种冷却水量控制方式都可以将过热蒸汽的温度降下约5~10K,要想得到饱和蒸汽则必须采取特殊的措施。这种方法非常适合于不减压的冷却式过热蒸汽转换器。如果需要对过热蒸汽进行减压时,一般来讲需要一个雾化蒸汽喷嘴。这种过热蒸汽冷却装置的优点是:
■ 零部件数量少;
■ 处理大量过热蒸汽的理想方法;
■ 设备占地面积小(不含输出管道部分)。

     这种设备的输出部件是它的弱点。另外,可以在不采取其他措施的情况下将过热蒸汽转换为饱和蒸汽。

      在喷水量较小的情况下,冷却喷水器需要的喷嘴也非常小。根据冷却水准备状况,更换喷嘴时需要占有一定的时间。没有很好的办法缩短更换喷嘴的时间,更换时间的长短受工作状况的影响很大。此时,最好的解决办法是选用蒸汽润湿器。

雾化蒸汽喷嘴

     如果在过热蒸汽冷却的同时还希望降低蒸汽的压力,则经常选择雾化蒸汽喷嘴(有时也常常被称为双材料喷嘴)的方式处理过热蒸汽。与固定喷嘴的冷却喷水器类似,泼洒到过热蒸汽中的冷却水也是通过固定喷嘴喷出的。一般来讲,人们使用的是减压前的高压蒸汽,并将总流量分发成两部分使用。这种总流量的分配可通过另一个附加喷嘴来实现自动的冷却水泼洒。利用这种方法可以将固定喷嘴的蒸汽冷却调节范围增大。这种装置的优缺点与冷却喷水器类似,但是输出部分的尺寸较少。

蒸汽转换器

     如果需要在减压阀中将蒸汽的压力减少一半(经验估计值)以上时,则会遇到音速这一瓶颈问题。在流程企业中也常常称之为极限流量问题。就像是在阀中急速流动的水一样,在理想情况下应该是一滴不剩的全部流出。为了解决瓶颈问题,在阀的锥体中利用喷嘴喷入冷却水。对于压力差要求较大时,常常采用多级减压的方法,但此时必须考虑蒸汽体积增大的问题。当负载范围较小时,可采用带有后续扩容功能的单级减压的方法,这是一种效果很好的廉价设备方案。另一种方法是将蒸汽转换器雾化喷嘴结合起来使用的复式减压法,它可以实现大范围的蒸汽减压调节。

减压的冷却水喷嘴
     这是一种特殊的蒸汽转换方式,这种控制阀可以实现大幅度的蒸汽减压,但应用范围不够广泛。
小结:最常用的方法是符合流程设备工作参数、符合流程设备工作方式和其他详细数据的方法。
 
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