蒸汽蓄热器的设计和应用带目录

蒸汽蓄热器的应用和设计

目 录

目 录 ....................................................................................................................................... 1 第一章 蒸汽蓄热器的应用 ........................................................................................................... 4

一 锅护负荷的波动和消除波动的方法 ................................................................................. 4 二 蒸汽蓄热器的原理和结构 ................................................................................................. 5 三 蒸汽蓄热器在供热系统中的应用原理 ............................................................................. 7 四 蒸汽蓄热器的适用技术条件和领域 ................................................................................. 9

1．应用于用汽负荷波动较大的供热系统 ................................................................... 10 2．应用于瞬时耗汽量极大的供热系统 ....................................................................... 10 3．应用于汽源间断供汽的或流量波动的供热系统 ................................................... 11 4．应用于需要蓄存蒸汽供随时需用的场合 ............................................................... 11 五 在锅炉供热系统装用蒸汽蓄热器后的效益 ................................................................... 12

1．节省锅炉燃料 ........................................................................................................... 12 2．增大锅炉供汽能力，节省建设投资 ....................................................................... 15 3．减少锅炉故障，延长锅炉使用寿命 ....................................................................... 16 4．保持供汽压力稳定，可提高产品的产量和(或)质量 ............................................ 17 5．有利于保护环境 ....................................................................................................... 17 6．减轻司炉的劳动强度 ............................................................................................... 17 7．具有应急的蒸汽储备 ............................................................................................... 18 8．节省劳动力 ............................................................................................................... 18

第二章 蒸汽蓄热器的结构设计和热工计算 ............................................................................. 19

一 变压式蒸汽蓄热器的设计 ............................................................................................... 19

1．蓄热器筒体 ............................................................................................................... 19 2．充热装置和排汽装置 ............................................................................................... 25 3．附属装里 ................................................................................................................... 30 4．保温装置 ................................................................................................................... 31 5．自动调节装置 ........................................................................................................... 32 二 典型变压式蒸汽蓄热器 ................................................................................................... 32 三 蒸汽蓄热器的热工计算 ................................................................................................... 34

1．基本概念 ................................................................................................................... 34 2．单位蓄热量的计算 ................................................................................................... 36 3．最大允许蒸发量 ....................................................................................................... 42 4．充水系数和放热后的水位高度 ............................................................................... 43 5．工作压力和蓄热量的关系 ....................................................................................... 45 6．热效率 ....................................................................................................................... 46 四 供热系统中锅炉的蓄热量 ............................................................................................... 47 第三章 蒸汽蓄热器的工程设计 ................................................................................................. 47

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一 工程设计的步骤 ............................................................................................................... 47 二 蒸汽蓄热器工程的供热系统设计 ................................................................................... 49

1．蒸汽蓄热器在供热系统中的联结方式 ................................................................... 49 2．蒸汽蓄热器对波动负荷的直接平衡和间接平衡 ................................................... 50 三 需要的蓄热量和蓄热器的容积计算 ............................................................................... 54

1．波动负荷的特性分析 ............................................................................................... 55 2．蓄热量的计算原则和方法 ....................................................................................... 56 3．蓄热器的容积计算- ................................................................................................. 67 四 蒸汽蓄热器的自动调节 ................................................................................................... 69

1．压力自动调节 ........................................................................................................... 70 2．流量自动调节 ........................................................................................................... 71 五 蒸汽蓄热器及其管道仪表的设计和安装 ..................................................................... 72 六 工程的技术经济 ............................................................................................................... 74

1．装设蒸汽蓄热器后的主要经济效益 ....................................................................... 75 2．蒸汽蓄热器的造价和工程投资分析 ....................................................................... 76 七 节能工程的经济评价 ..................................................................................................... 78 第四章 蒸汽蓄热器的应用实例 ................................................................................................. 79

一 应用于用汽负荷波动幅度大、频率高的供热系统 ....................................................... 79

1．制桨造纸厂 ............................................................................................................... 79 2．橡胶轮胎厂 ............................................................................................................... 83 3．酿酒厂 ....................................................................................................................... 84 4．纺织印染厂 ............................................................................................................... 5．糖厂 ........................................................................................................................... 93 6．医院 ........................................................................................................................... 98 7．宾馆和大楼 ............................................................................................................. 101 8．煤气厂 ..................................................................................................................... 102 二 应用于瞬时耗汽量极大的供热系统 ............................................................................. 103

1．钢厂真空处理工艺 ................................................................................................. 103 2．空间技术试验室 ..................................................................................................... 106 三 应用于汽源间断供汽或流量波动的供热系统 ............................................................. 109

1．在钢厂配合废热锅炉 ............................................................................................. 110 2．垃圾焚烧场 ............................................................................................................. 111 3．太阳能电站 ............................................................................................................. 113 4．配合电热锅炉 ......................................................................................................... 116 四 应用于储存一定数量的蒸汽供随时发生的紧急用汽 ................................................. 117 第五章 蒸汽蓄热器的安装和运行 ........................................................................................... 119

一 蒸汽蓄热器的安装 ......................................................................................................... 119

1．地基和围栏 ............................................................................................................. 119 2．安装 ......................................................................................................................... 119 二 蒸汽蓄热器的起动 ......................................................................................................... 119

1．起动前的准备工作 ................................................................................................. 119 2．蒸汽蓄热器的充热 ................................................................................................. 120 3．蒸汽蓄热器的放热 ................................................................................................. 121 三 蒸汽蓄热器的正常运行操作 ....................................................................................... 122

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1．典型供热系统中蓄热器的运行 ............................................................................. 122 2．监视蒸汽蓄热器的水位 ......................................................................................... 125 3．监视蒸汽蓄热器的压力和水温 ............................................................................. 126 4．经常检查止回阀和自动调节阀的工作情况 ......................................................... 127 四 蒸汽蓄热器的常见故障和处理 ................................................................................... 127

1．进汽止回阀或排汽止回阀发生泄漏 ..................................................................... 127 2．自动调节阀 ............................................................................................................. 130 五 蒸汽蓄热器的维护保养 ............................................................................................... 131

1．维护保养要点 ......................................................................................................... 131 2．常用的保养方法 ..................................................................................................... 131 六 蒸汽蓄热器蓄热量的简易测定法 ............................................................................. 132 第六章 蓄热器的技术发展概况和分类 ................................................................................... 132

一 蒸汽蓄热器的技术发展概况 ....................................................................................... 132 二 预应力结构蒸汽蓄热器和过热蒸汽蓄热器 ............................................................... 139 三 蓄热器的基本结构原理 ............................................................................................... 141

1．储蓄显热于饱和流体中 ......................................................................................... 141 2 . 储蓄显热于加压(过冷)液体中 .............................................................................. 142 四 蓄热器的典型型式和分类 ........................................................................................... 143

1．基瑟式锅炉给水蓄热器 ................................................................................. 143 2．墨科勒式锅炉给水蓄热器 ..................................................................................... 144 3．膨胀式蒸汽蓄热器 ................................................................................................. 146 4．变压式蓄热和恒压式蓄热的联合系统 ................................................................. 147 5．蓄热器的分类 ......................................................................................................... 149

附 录 ..................................................................................................................................... 152

附录一 碟形封头圆柱形蓄热器容积计算(不完全充满水时) ........................................ 152 附录二 椭圆形封头圆柱形蓄热器容积计算 ................................................................... 153 附录三 蒸汽蓄热器标准规格(日本光辉蓄热器公司) .................................................... 153 附录四 特大型蒸汽蓄热器标准规格(日本光辉蓄热器公司) ........................................ 154 附录五 蒸汽蓄热器标准规格(日本奥巴尔机器公司) .................................................... 155

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第一章 蒸汽蓄热器的应用

一 锅护负荷的波动和消除波动的方法

在制浆造纸、化学纤维制造、纺织印染、制糖、制药、橡胶制品、食品、酿酒、化工原料、城市煤气、小氮肥造气、冶金及火力发电等厂的生产过程中，全厂用汽设备在运行中虽在一定限度内可以调整用汽时间以降低用汽峰值，但往往用汽负荷仍不均衡，出现较大的波动，迫使供汽锅炉的负荷也随之变动。由于一般锅炉的蓄热量有限，当外界用汽负荷达到高峰或低谷时，锅炉的供汽压力往往时降时升，锅炉的燃烧工况很不稳定，运行热效率下降，因此使司炉操作紧张，劳功强度高；燃料燃烧不完全，排出黑烟，污染环境；又因供汽压力波动，往往使产品的产量和质量下降。

为消除供汽锅炉负荷的较大波动，稳定供汽压力，提高锅炉的运行热效率，可在供汽系统中设置蓄热(蒸汽)的装置，亦即热能的吞吐仓库，使锅炉连续地按满负荷或某一稳定的负荷运行。当外界用汽负荷低锅炉供汽有多余时，就将热能储蓄于蓄热装置；在发生高峰负荷锅炉供汽不足时，蓄热装置就释放出所蓄热能以补不足。这样就使锅炉负荷不必跟随用汽负荷的波动而变动，在稳定的燃烧工况下达到最佳的运行热效率。

近代冶金厂等工厂为节约能源回收余热而采用余热锅炉(或称废热锅炉)，但由于有些冶金炉的生产有周期性，一个在产周期中有加料、冶炼、成品和出炉等过程，然后重复这些生产过程，因此排出的烟气余热是间断的、周期性的，使余热锅炉只能间断地产生蒸汽，蒸汽流量和压力都有波动。为使这间断供汽的汽源变为连续稳定的汽源以利于用户应用，可以在供汽系统中设置储存余热锅炉间断产生的蒸汽的蓄热装置。

实现储蓄蒸汽的装置现在常用的有两种：即变压式蓄汽器和变压式蒸汽蓄热器.

变压式蓄汽器俗称储汽包或干汽包，属干式定容变压式蓄热器，一般为外壁包有保温层的钢制圆柱形压力容器，它直接储蓄蒸汽。在容器蓄存或释放蒸汽时器内压力随之升高或降低。它的特点是结构简单，能储存过热蒸汽。因为蒸汽的比容大，

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如果需要储蓄的蒸汽量很多时，就需要体积非常庞大的压力容器。

变压式蒸汽蓄热器简称蒸汽蓄热器，是湿式定容变压式蓄热器，它与上述干汽包的蓄热原理和结构均不相同。它以.水为载热体，蓄存蒸汽的热能于高压饱和水中，然后利用饱和水降压后发生闪蒸(或称自蒸发)的原理再产生蒸汽，在相同容积下，它的蓄热量数十倍(或近百倍)于干汽包.

二 蒸汽蓄热器的原理和结构

蒸汽蓄热器的工作原理是在压力容器中贮存水，将蒸汽通入这水中加热水，即传输热能于水，使容器内水的温度和压力升高，形成具有一定压力的饱和水；然后在容器内压力下降的条件下，饱和水成为过热水，立即沸腾而自蒸发，产生蒸汽。这是以水为载热体间接储蓄蒸汽的蓄热装置。容器中的水既是蒸汽和水进行热交换的传热介质，又是蓄存热能的载热体。

常见的卧式蒸汽蓄热器的外形和结构如图1-1和1-2所示。它是钢制圆柱形压力容器，外壁敷有保温层。容器内部装有充蒸汽的分配总管和支管，支管末端装有蒸汽喷头，喷头外围装有水流循环筒(或称换流管)，容器壁上有蒸汽入口和出口、人孔、进水口，其底部有排水口和定位支座。此外，装有压力计、水位计等检测控制仪表，并可根据不同工程的要求，装设蒸汽流量计、远传式压力计等。

一般采用卧式的蒸汽蓄热器较多，也有立式的，均可安装在室外，通常装在锅炉房的附近。

变压式蒸汽蓄热器在运行时容器内贮有约占总容积80-90%的热水，如图1-2所示，水面以上为蒸汽空间。在供汽锅炉按一定的蒸发量稳定地运行中，如用汽负荷小于锅炉蒸发量时，多余的蒸汽(饱和的或过热的)便经充热蒸汽入口止回阀、截止阀而进入蒸汽蓄热器中的蒸汽分配总管和支管，最后通过蒸汽喷嘴而向上扩散在水中并凝结为水，同时释放出热量以加热水，这是伴随着相变的混合式热交换过程，也是传热和传质的热力过程。这时，容器内的压力和水温均升高，水位由于流入的蒸汽凝结为水而升高，水的焓值提高到与容器内压力相对应的饱和水焓值，这就是蓄热器的充热过程。

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充热终止时蓄热器内的最高压力(P1)称为充热压力，即蓄热器变压范围的上限。 蓄热器内的蒸汽分配总管和支管、蒸汽喷头以及循环筒总称为加热装置。循环筒的作用是当蒸汽通过喷嘴连续喷入水中时，使筒内的水和汽向上流出筒的上口后扩散，这时因筒内上部汽水混合物流出后局部压力下降，使筒下口外的水流入筒内。如此不断循环对流，使容器内上下各部位的水温趋于接近。

当用汽负荷大于锅炉蒸发量时，蒸汽蓄热器的送汽母管中汽压下降，蓄热器内压力大于供汽母管中的压力，于是蓄热器汽空间中的蒸汽立即顶开排汽止回阀而流往送汽母管。同时，器内饱和水的压力立即下降，致水温高于降压后的相应饱和温度而成为过热水，形成剩余热量。过热水就迅速自蒸发，产生饱和蒸汽流出蓄热器送往热用户，补充该时锅炉直接供汽的不足，直到规定的放热压力(最低送汽压力)为止。这时容器内压力和水温下降，水位下降，水的焓值降低，这就是蒸汽蓄热器的放热过程。

放热终止时的最低压力(P2)称为放热压力，即蓄热器变压范围的下限。 实验表明放热过程中过热水的蒸发从数量上来衡量是以水体的连续沸腾蒸发为主，伴随着水的表面蒸发。

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这种蓄热器依靠容器内饱和水(热介质)压力的升降变化，使容器内饱和水的焓值相应地变化，从而蓄存或释放热能(蒸汽)，称为变压式(或降压式)蒸汽蓄热器。

变压式蓄热器中的水在经蒸汽充热提高温度和压力以后，只有在当蓄热器内压力下降时才形成过热水而发生自蒸发，所产生的蒸汽为饱和蒸汽，其压力必定低于充热压力。因此过热蒸汽或饱和蒸汽充入变压式蓄热器蓄存以后再释放出的蒸汽存在着压力比原充入蒸汽压力低和过热度消失(如用过热蒸汽充热)的热力损失，亦即能质有所降低。

三 蒸汽蓄热器在供热系统中的应用原理

图1-3a)表示一台蒸汽蓄热器与供汽锅炉并联的供热系统。在供汽母管上装有自动调节阀V1、V2，锅炉额定蒸发量为10t/h，压力1.37MPa(14kgf/cm2)。当低压热用户的用汽量为10t/h、压力0.29MPa(3kgf/cm2)时，锅炉供汽量与热用户用汽量基本平衡，在蒸汽蓄热器内蒸汽无进出。

图1—3b)表示用汽量下降到5t/h，因锅炉仍按10t/h蒸发量运行，多余约5t/h蒸汽便流入蒸汽蓄热器蓄存。

图1-3c)表示用汽量增加到15t/h，单由锅炉供汽已不够，供汽母管中压力下降，于是蒸汽蓄热器内的高压热水迅速蒸发，输出蒸汽以补充锅炉供汽的不足。

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在上述图1-3 b)、c)中，蒸汽蓄热器发挥了在供热过程中的调节作用，消除了用汽负荷波动对锅炉运行的各种不利影响，使锅炉能在稳定的负荷下运行，同时保持供汽压力稳定，有利于生产工艺的顺利进行。

图1-4a)、b)中为有高压(1.37MPa)和低压(0.29Mpa)两种用汽压的波动用汽负荷的供热系统。在图l-4a)中锅炉按10t/h蒸发量稳定运行，当高压用汽量增至5t/h、低压用汽量增至10t/h时，单由锅护供低压用汽不够，于是由蒸汽蓄热器将蓄存的蒸汽补充供给低压用户，以满足其用汽量。在图1-4b)中高压、低压用汽量分别降到2t/h、5t/h，多余蒸气约3t/h便流入蒸汽蓄热器蓄存备用。

图l-5为工厂中热电合产的自备火力发电站热力系统中装设蒸汽蓄热器的示意图。其中低压蒸汽负荷是波动的，当低压用汽量大于背压式汽轮机的排汽量时，就

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由蒸汽蓄热器补充供汽，这样就可使锅炉负荷和发电机组的发电量保持稳定，避免发生波动。

图1-6表示一台小容量的锅炉配用容量较大的蒸汽蓄热器后可供汽给一次性瞬时耗汽量极大的用户或间断用汽的耗汽量较多的用户。图中示出一台1t/h小锅炉配用了蒸汽蓄热器后可供间断耗汽量达10t/h的用户。由于应用了蒸汽蓄热器，可使供汽锅炉容量大为减小。

图1—7所示的废热锅炉只能间歇地产生蒸汽。为使能连续供汽给热用户起见，装用蒸汽蓄热器以汇集间歇地产生的蒸汽，使间断供汽的汽源变为连续供汽的汽源。

以上列举了蒸汽蓄热器的几种典型的应用

四 蒸汽蓄热器的适用技术条件和领域

蒸汽蓄热器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

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间的不平衡。目前主要用于下列四种情况。

1．应用于用汽负荷波动较大的供热系统

在工厂等用汽负荷波动较大的供热系统中设置蒸汽蓄热器的主要目的是平衡对波动负荷的供汽，从而稳定供汽锅炉的燃烧工况、供汽压力和供汽品质，提高锅炉运行热效率，节约燃料。

按不同行业来分，适合装用蓄热器的有制浆造纸厂、化学纤维(浆粕)厂、纺织印染厂、制糖厂、橡胶制品厂、啤酒厂、乳品厂、油脂厂，食品厂、化工原料厂、塑料厂、日用化学品厂、人造板厂、城市煤气厂、中小氮肥厂、机械制造厂等，在这类工厂的生产过程中，用汽负荷都有较大幅度的波动，又有不同周期的频繁性，并且大多数为昼夜连续生产。应用蒸汽蓄热器以后，可使锅炉在一定的蒸发量下稳定运行，不仅使锅炉达到较好的运行热效率，而且因供汽压力稳定，保证蒸汽干度，使生产工艺顺利进行，产品的质量有保证，产量有增长。

在有背压式或抽汽式汽轮发电机组的情况下，如汽轮机前后的用汽负荷有较大波动时，就影响到发电量的稳定。若要求发电量不变，可装设蒸汽蓄热器。装设蒸汽蓄热器后，波动负荷由蓄热器调节，可保持汽轮发电机组发电量稳定，又能避免有时因用不完汽轮机的排汽而放空的热损失。

2．应用于瞬时耗汽量极大的供热系统

对瞬时耗汽量极大的供汽，如果采用容量不大的锅炉配以足够容量的蒸汽蓄热器蓄存大量蒸汽，就可节省初次投资，保证供汽。

瞬时耗气量极大的场合如下：

炼钢车间在钢液真空脱气处理工艺中，现在一般采用蒸汽喷射泵抽气以获得真空。这些蒸汽喷射泵在极短的时间内耗用大量蒸汽。

在近代空间技术的实验中，需在地面上体积很大的实验室里模拟高空的真空环境以供设备作试验，现在一般采用蒸汽喷射泵抽气以获得真空环境。该蒸汽喷射泵也在极短时间内耗用大量蒸汽。

在肮空母舰上有飞机起飞时用的蒸汽弹射器，也在短时间内耗用大量蒸汽。

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3．应用于汽源间断供汽或流量波动的供热系统

在汽源供汽不连续或流量波动大的供热系统，装用蒸汽蓄热器后可以使汽源转变为能连续供汽的汽源。例如在转炉炼钢生产中，余热随着工艺过程间歇地产生，因此汽化冷却装置间歇地产生蒸汽。为使这些蒸汽的用户能连续地使用，可装设蒸汽蓄热器汇集间歇产生的蒸汽，连续供汽给用户。

在城市垃圾焚化炉中，由于废物的发热量差异很大，所产蒸汽量有波动，为保证供汽量稳定，可装用蒸汽蓄热汇集后供出。

在太阳能发电站中，考虑到白天可能发生阴雨或云层遮挡阳光，因而不能产生蒸汽驱动汽轮发电机组发电，为此须有短时间的备用汽源以继续供汽给汽轮机。日本第一座1000KW太阳能电站中装有可供汽轮发电机组运行三小时用汽量的蒸汽蓄热器。在美国则有供汽轮发电机组运行六小时用汽量的蓄热器。

在核电站中，保持额定功率运行，才能充分发挥核电在经济上的优越性。因核反应堆在运行中如功率发生变动就将失去经济性和合理性，所以为了平衡外界用电负荷的波动，一般装用蒸汽蓄热器。

4．应用于需要蓄存蒸汽供随时需用的场合

蒸汽蓄热器可作为一种在任何时候在它的容量限度内储存或供应任意数量蒸汽的热力设备。它可以对热用户遇到正常供汽中断时供紧急用汽，或者相反，它可以随时把暂时用不完的多余的蒸汽储存起来。

例如在火力发电厂中，在遇到事故时须立即紧急起动备用汽轮发电机组，但即使是快速起动的电站锅炉，从紧急起动达到满负荷供汽也须十五分钟。如装用蒸汽蓄热器蓄存定量蒸汽后，即可随时紧急供汽给汽轮发电机组运行，直到紧急起动锅炉能满负荷供汽。这样可使输电网络电压不致下降。

又如在蒸汽机车修理车间中，驶入修理车间待维修的机车锅炉中尚有大量热水和部分蒸汽。为回收这部分热能，可藉压力将该部分热水和蒸汽输入蓄热器蓄存。在机车维修完毕后，机车锅炉可先不必在车间内生火，先用蓄热器中的蒸汽预热机车锅炉，然后将蓄热器蓄存的热水输入机车锅炉中，再由锅炉房中的锅炉给机车锅炉串汽增压，机车就可立即起动，驶离修理车间，这种方法称为机车无火始动工艺。

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又如在医院、宾馆等单位，在深夜用汽量很少。如装用蒸汽蓄热器后，就可将白天多余的蒸汽蓄存以供深夜使用。这样可以减少锅炉值班运行的时间。

蒸汽蓄热器可以在新建或已建的工程中采用。在前述各行业的老厂中一般均可添装。特别是在老厂生产发展后，用汽负荷发生变化，依靠调度已有锅炉机组不能满足用汽需要或者不能达到经济地供汽时，就可采取不增加或少增加锅炉机组和司炉人员，以装用蒸汽蓄热器来达到节能的目标。

在研究装用蒸汽蓄热器时，必须注意下列的基本技术条件:

(1)用汽负荷有频繁的较大幅度的波动，这种波动具有一定的周期性或呈现交变出现的一定的最大峰值与最低负荷；

(2)汽源压力必须高于部分或全部用汽设备所需的汽压，这种压差越大，蓄存一定蒸汽量的蒸汽蓄热器的容积就越小，一般要求有0.29MPa(3kgf/cm2)以上的压差；

(3)汽源的供汽能力必须略大于一昼夜的平均用汽负荷； (4)具有装设蒸汽蓄热器的场地。

五 在锅炉供热系统装用蒸汽蓄热器后的效益

在有剧烈且频繁波动的热负荷的锅炉供热系统中，装用蒸汽蓄热器能显著地获得经济效益和环境保护效益。它不仅能提高锅炉的运行热效率，直接节省锅炉燃料，而且由于使所供蒸汽的压力和品质稳定而相应地稳定了生产工艺过程，间接地产生保证产品质量和(或)增加产量的效果。此外，可以避免锅炉经常出现燃烧不良及排出含尘量高和氮的氧化物浓度高的烟气，减少锅炉的故障，减轻司炉的劳动强度等。因此，它的综合效益显著而可观，现分述如下：

1．节省锅炉燃料

锅炉的运行热效率随锅炉负荷的变动而异，一般按额定蒸发量稳定地连续运行时效率最高，锅炉负荷急剧、频繁波动时效率较低。图1—8示出水管锅炉在一定负荷下和波动负荷时锅炉运行热效率的变化。图中最上面的实线表示锅炉负荷无波动时在各种蒸发率下的热效率，其中蒸发率在15一25kg/(m2·h)的范围内热效率最高。虚线表示负荷波动时的热效率，可以看到负荷变动幅度越大(±50%)，热效率越低。

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锅炉运行热效率高，亦即生产单位蒸汽量的煤耗少，反之则多。例如某煤种的低位发热量为21一25MJ/Kg(5000~6000kcal/kg)，该煤一吨用于工业锅炉所产的蒸汽估算如下：

锅炉负荷如随用汽负荷的波动而也急剧波动时，锅炉燃料与所需燃烧空气量难以迅速调节达到平衡。当空气量过多时排烟热损失增加，当空气量不充足时燃烧不完全的热损失增多。两者都造成热损失，使锅炉热效率降低。至于热损失的多寡和锅炉性能、燃料特性以及操作水平等有关。

为保持锅炉能连续稳定地按一定负荷运行以保持较高的热效率，对剧烈波动的用汽负荷可采用蒸汽蓄热器。在采用蒸汽蓄热器后，当外界用汽负荷较低时，多余蒸汽将蓄入蓄热器中。在用汽高峰时，蓄热器所蓄蒸汽迅速输出，补充该时锅炉供汽的不足，以满足高峰用汽的需要。这样，用汽负荷的波动由蓄热器调节平衡，就可保持锅炉能连续稳定地按一定负荷运行。

图1—9表示未用蒸汽蓄热器时锅炉负荷随用汽负荷波动于6～19t/h之间。图1一10表示装用蓄热器后锅炉负荷基本稳定在13.5t/h左右。图1—11中的峰谷线为

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用汽负荷曲线，中间水平的黑线为锅炉蒸发量曲线。此线之下有黑点的面积(山谷)为蓄入蓄热器的蒸汽量，此线之上有斜线的面识(山蜂)为由蓄热器放出的蒸汽量。由图可知在一个蓄热、放热循环中，斜线的面积与黑点的面识基本上相等，即蓄热器的放热量与蓄热量相等。

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由此可知在有剧烈波动用汽负荷的供热系统中，供汽锅炉配用蒸汽蓄热器后锅炉就不再追随波动负荷而变动蒸发量，基本上保持连续稳定的运行工况。这就避免了燃烧工况变动时的各种热损失。虽然蒸汽蓄热器本体有散热损失，但一般在有良好的保温层条件下这热损失很微小。

虽然负荷波动使锅炉燃烧工况急剧变化所引起的燃料损失随锅炉机组的型式、容量规模、机动性能和所用燃料品种及操作维修水平等的不同而有较大变化，但许多装用蒸汽蓄热器后的实际测试资料表明，一般可节省燃料5%--10%，有时超过15%。

在热电合产的工厂自备电站中，一般要求汽轮发电机组的发电量保持不变。但如使用汽轮机抽汽或排汽的热用户负荷波动很大时，就导致机组发电量波动很大，甚至使汽轮机不能正常地安全运行。如在汽轮机的抽汽或排汽侧装用蒸汽蓄热器，平衡用汽负荷的波动，就可使汽轮发电机组按一定的发电量安全稳定地运行，达到节约能源的目的。

2．增大锅炉供汽能力，节省建设投资

锅炉有了适当容量的蒸汽蓄热器配合供汽以后，就能应付剧烈而又频繁波动的

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用汽负荷，满足高峰用汽量大于锅炉额定蒸发量时的需要。所以，在锅炉房设计中，锅炉容量的确定不必按最大用汽量计算，可按平均用汽量计算。这样，锅炉机组的总容量就能减少，除了需另行计算配用适当容量的蒸汽蓄热器外，在一定范围内可减少建设投资。例如在图1一11中，总容量为13.5t/h的锅炉机组可供19.5t/h的高峰用汽。特别在已建锅炉房的条件下，当高峰用汽负荷随生产的发展而增加时，只要已有锅炉的蒸发量大于平均用汽量，锅炉工作压力大于用户用汽压力，配用适当容量的蒸汽蓄热器后就可应付自如。这与增设锅炉机组相比，除可以节省建设投资之外，一般可以节省人员、能源和运行费用。

在通常情况下，设置蒸汽蓄热器的投资常低于装设等量的锅炉机组(包括辅助设备、电力设施等)及所需房屋建筑的投资。蒸汽蓄热器常装设在室外，只需简单的基础，场地面积有限时，可适当升高蓄热器支座，只占用空间。在进行投资的分析对比时，除考虑设置蓄热器和锅炉机组两种方案的初次投资之外，还须比较常年运行维修费用。蒸汽蓄热器使用寿命长，维修保养工作少，几乎无须修理，可以长期保持正常工作状态，这是相当重要的一个方面，对比于锅炉，炉膛内的管子、炉排等常常出现一些故障必须检修，则蓄热器的维护费用几乎可以忽视。

设置蒸汽蓄热器的投资是否小于设置相应的锅炉机组的投资，这个技术经济界线主要视蓄热器的放热时间长短而定。一般放热时间愈长，蓄热器容量愈大，蓄热器所需的投资也愈多。据联邦德国古特司登按西方的情况分析比较：对于工业锅炉供汽，如蒸汽蓄热器的连续放热时间在四小时以内，在此时期内高峰负荷正常，负荷曲线接近三角形，则蒸汽蓄热器的工程投资少于设置锅炉机组的投资。此外，与蓄热系统的合理程度也有关，至于电站，据新近的分析研究，甚至连续放热时间达到六小时，可能还是合算的。

3．减少锅炉故障，延长锅炉使用寿命

未用蒸汽蓄热器时，供汽锅炉的燃烧强度随剧烈波动的用汽负荷而多变：有时赶火，猛加燃料，炉膛内燃烧剧烈，使炉壁过热；有时压火，炉膛内燃烧缓慢，炉膛温度下降，这样易使炉墙耐火砌体开裂、炉管弯曲变形或水冷壁上结渣。如炉内燃烧不尽，火焰延伸，可使蒸汽过热器或对流管束的金属超温，易生故障。

装用蒸汽蓄热器后，锅炉负荷稳定，燃烧工况稳定，汽压稳定，可以避免发生

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上述不良现象。因此，锅炉检修工作量减少，维修费用也减少，锅炉的使用寿命延长，这些都是短时间内不易确切计算的经济效益。

4．保持供汽压力稳定，可提高产品的产量和(或)质量

有些产品的产量和(或)质量受生产过程中所供的蒸汽压力是否稳定、品质是否达到要求的明显的影响。例如，糖厂中糖的结晶和粒度的优劣和供给结晶罐的蒸汽压力是否稳定有关。又如，纺织印染厂中供给染槽的蒸汽干度和压力如不稳定，则染液浓度发生变化后就会影响印染的质量，使次品率上升。

对上述类型用汽负荷有较大波动的热用户，如锅炉蓄热量有限，遇高峰用汽时供汽压力下降、蒸汽严重带水，就会影响生产工艺，影响产品的产量和质量。如配用蒸汽蓄热器，就可保持高峰用汽时蒸汽压力稳定和干度合格，使生产工艺顺利进行，就能提高产品的产最和质量。一般对制桨造纸厂、染织厂、制糖厂可增产5%以上。

5．有利于保护环境

锅炉对急剧波动用汽负荷的供汽，在未用蒸汽蓄热器时锅炉蒸发量随用汽负荷的波动而变动，锅炉的燃烧很不稳定，燃料的燃烧与所需的空气量时常失去平衡。当空气量不足时，将发生不完全燃烧而产生黑烟。当空气量过多时，则燃烧温度越高时燃烧所产生的废气中氮的氧化物(NOx )就越增多。

锅炉配用蒸汽蓄热器后，锅炉按一定的负荷稳定地运行，燃烧工况稳定后就容易实现低氧燃烧，废气中氮的氧化物减少，烟气含尘量低，有利于环境卫生。

6．减轻司炉的劳动强度

当锅炉容量有限，供汽给负荷波动剧烈而又频繁的热用户时，司炉必须付出很大注意力于经常频繁紧张地追随外部用汽负荷的波动而调节燃烧，劳动强度高。.这种长时间的紧张心情和劳动易使人劳累。如果装用适当的蒸汽蓄热器，锅炉基本上可按一定的负荷稳定运行，这就解除了司炉原来时刻紧张的心情和劳动。操作时只须监视仪表，做到基本上有规律地运行，司炉的注意力可集中于达到效率最佳的

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运行工况。

7．具有应急的蒸汽储备

在供汽系统中装设蒸汽蓄热器后，如锅炉机组突然发生故障或停电，锅炉停止运行或立即进行抢修时，蒸汽蓄热器可以继续供汽一段时间，维持必须连续供汽的生产工艺，例如在橡胶轮胎厂的硫化罐及某些实验恒温室等。这时，锅炉设备就有一段抢修或采取应急措施的时间，同时可减少或避免生产上的损失。又如在日本东京，当某一市区的大气中光化学烟雾超限后，环境监察站立即发出警报，该区内有关工厂的锅炉必须立即临时降低负荷，减少锅炉排烟量直到再次得到监察站的通知。在这段降负荷运行时间内，蒸汽蓄热器可以应急供汽，可以避免或减少生产上的损失。

8．节省劳动力

在锅炉供汽系统中装用蒸汽蓄热器后，对用汽量很少的一段时间可以停用锅炉，由蓄热器单独供汽。例如：

(1)医院等在夜间只需要少量蒸汽；

(2)工厂在休假日个别部门仍需用少量蒸汽。

这时，锅炉可以停止运行，该时的值班管理人员可以减少或取消。

综上所述，装用蒸汽蓄热器后能取得经济效益(包括节能效益)，环保效益和锅炉运行方面的效益。其中有可以正确计算出的效益，也有难以金钱计算的无形的效益，例如增大供汽的可靠性后对于生产方面所带来的有利影响等等。在当前能源紧张时期，蒸汽蓄热器已日益显出其重要性而被列为节能设备。但实际上它所能产生的效益超过单纯的节能，所以在部分工业领域中有广泛推广应用的前途。蓄热器成为国家重点推广的节能设备，是国家计委重点推广的4成熟推广的节约资源措施中的第6项。

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第二章 蒸汽蓄热器的结构设计和热工计算

一 变压式蒸汽蓄热器的设计

变压式蒸汽蓄热器由以下五个部分组成： 1．蓄热器筒体； 2．充热装置和排汽装置； 3．附属装置； 4．保温装置； 5．自动调节装置。 分别说明如后。

1．蓄热器筒体

蒸汽蓄热器的筒体是贮存热水和蒸汽进行蓄热或放热的压力容器，在运行时容器的下部为水容积，上部为汽空间，内部装有充热放热装置，其设计要求为：

l)在强度上能耐受设计的工作压力；

2)在给定的容积、压力条件下，力求制造简单、容易； 3)在给定的容积、压力条件下，力求用料少、重量轻； 4)在给定的容积、压力条件下，占地面积越小越好；

5)为使散热损失达到最小，对给定容积的筒体，其表面积越小越好，即对单位容积的表面积力求最小；

6)蓄热效率好，制造费用低。

蓄热器筒体的设计应按上述要求考虑。据此，从有利于压力容器的强度来看，筒体的断面应为圆形，所以一般选用圆筒形为基本形伏，其两端则采用半球形、椭圆形或碟形封头，有时也可用球形的筒体。半球形封头在制造上难度稍大，且受钢板尺寸的。如由数量过多的球面形钢板拼焊，则制作较难；对筒体直径不太大的容器，常采用五块拼成。如直径过大，势必需用较厚的钢板，但壁厚超过一定数值(见钢制焊接压力容器技术条件)后必须对局部器壁或整体进行退火，这样制造费用会相当多地增加，所以中小型蓄热器的直径一般宜在2~3m间。

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根据安装场地的条件，蓄热器可制成立式或卧式。立式占地面积较小，但抗地震的性能不及卧式好。卧式的内部装置较简单，蒸发表面积较大。图2-1示出卧式的外形。

(1)、筒体的容积和表面积 如图2一l所示，如 D=筒体的直径(m)； L=筒体的总长度(m)； F=筒体的全部表面积(m2)， . V=筒体的容积(m3)

F。=筒体的安装占地面积〔m2)， 则当封头为半球形时的容积

图2一2表示上式的计算结果。利用图2—2的曲线，可以直接求得筒体容积。例如蓄热器筒体长15m，直径3m，求它的容积。从纵轴(长度)上找出15m的点，过

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此点引水平直线向右交直径3m的斜线于一点，由此引平行于纵轴的直线交横轴于98m3处，即它的容积。

碟形封头的筒体容积计算公式见附录一。

用t=L/D的值可示出蓄热器筒体的体形.。t值可由图2—2中查得。如L=D时t=1，即筒体为球形。利用图2—2可在给定的容积和直径下求得长度。

为尽量减少热损失和节省材料起见，在给定的容积下对所选蓄热器筒体的表面积要力求最小。为此，须求取筒体容积V和表面积F的最佳值关系，这个表面和容积之比F/V称为表面积率。半球形封头的圆柱形蓄热器的表面积F见下式：

图2—3即按上式关系计算的表面积和单位容积表面积率对容积的曲线图，如上例D=3m，L=15m时V=98m3。t=L/D=5,在图2—3中横轴上取98m3的一点，平行于纵轴向上作直线与t=5曲线相交于一点，由此点向左在横轴上可查得表面积140m2。

由图2一3可知：

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1)当t(=L/D)一定时，随着筒体容积的增大，其表面积率变小(见图中五条虚线)； 2)当容积一定时，t值越小(筒体短而胖)，其表面积率越小。t的最小值为1，t=1时筒体呈球形，这时表面积率最小。球的表面积虽然最小，但实际上制造钢制球形蓄热器将因其制造费用的增加而抵消重量轻的得益。一般考虑到制造方便、费用低，常采用圆筒形。

钢制蓄热器的t优化值在3.5~5之间。碟形封头的立式压力容器宜取t≈4，卧式的取t>4，对预应力铸铁结构蓄热器则约近于6。此外，考虑到陆上运输的方便，容积在50一150m3的蓄热器直径的上限为3m。

蓄热器的长度和直径比(t=L/D)是对造价有相当影响的一个因素。直径愈大则筒壁随之加厚，长度愈长则表面积增大，两者均影响到容器的重量，亦即造价。表面积如增大则保温层费用相应增多。粗略估计，一般可以认为容器的重量正比于压力和容积之积，这样消除了直径的因素。

(2)、安装占地面积

立式蒸汽蓄热器的安装占地面积小于卧式的。随着t值的增大，两者占地面积的差数变大。t值愈接近1时，两者占地面积的差数愈小。t=1时(球形)，两者相等。此外，即使在t值相等而容积增大时，两者占地面积的差数也变大。图2—4为t=4

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时立式与卧式蒸汽蓄热器占地面积的变化曲线。由该图可知容积为100m3的蓄热器，当它为立式时占地面积约为10m2，卧式时约为43m2，后者比前者多33m2。

(3)、筒体强度。

蒸汽蓄热器筒体的强度计算公式根据各国的工业标准而定。日本采用：

式中 t—筒体最小壁厚(mm)； P—设计工作压力(kgf/cm2).， D—筒体内壁直径(mm)， a1—抗拉强度(kgf/mm2)；

x一容许抗拉应力对钢材抗拉强度之比，取1/4(焊接条件时1/4.25)； η一纵向焊缝系数。

1kgf/cm2=0.01kgf/mm2=0.0980665MPa

蓄热器在反复的充热和放热过程中筒内水温不断变化，装在室外时受气候影响较大，因此在设计选用容器材质时须十分往意，在加工制造和安装时须有相当的精度。

(4)、筒体结构

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蒸汽蓄热器的圆柱形筒体和普通的锅炉锅筒相同，制作时先将二、三块钢板拼接成圆环，然后将这些圆环拼接成长的圆筒。半球形封头通常约用五块钢板拼合。如图2一5所示，卧式蓄热器球形封头由球冠8和四块扇形钢板9拼成的球台组成。筒体中部有集汽室，在此设有蒸汽出口2，安全阀座6，空气阀座7。1为蒸汽入口，3为排水阀座，4、5为人孔。近来也有因受筒体运输高度等原因而取消集汽室的。

立式蓄热器在筒体基本结构方面除无集汽室外，其余和卧式的相同。必须注意到立式蓄热器在高度上比卧式的高得多，因此须考虑到筒体内由于水位高度对筒体下部所形成的压头，所以筒体下部所用钢板厚于上部。如果筒体高度为20m，则在筒体上部与下部所受水的静压压差为0.20MPa(2kgf/cm2)。此外，因蓄热器安装于室外，对立式的须考虑能抗风压。

(5)、安装基础和筒体支座

蒸汽蓄热器在运行时内盛热水，其总重量达数十吨至上百吨，对立式的还须考虑抗风压的平衡力矩，所以它必须有足够坚固的基础。

在设计和安装蓄热器支座时必须考虑到蓄热器内热水温度变化所引起的筒体热涨冷缩，因此对立式和卧式蓄热器的支座均须考虑能吸收不同方向的伸缩。

例如蓄热器的工作压力为1.47MPa (15kgf/cm2)时的蒸汽温度约为200℃，按钢的线膨胀系数为2.5mm/m计算，如蓄热器两支座的间距为17m，则其纵向伸长量为42 .5mm。因此，如无允许自由伸缩的装置，将会产生很大的推力。

为此，蓄热器除有固定支座外，必须考虑允许它向不同方向自由伸缩的活动支座。如图2一6所示，可以装设分别按伸缩方向布置的滚动支座和兼有防止摆动作

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用及允许斜方向伸缩的铰接支座。图中箭头所指的方向即蓄热器的膨胀方向。图中所示卧式蓄热器除装有固定支座外，另采用滚动支座使筒体能自由伸缩，又为防止摇摆而采用有挡板的滚动支座。(钢制卧式容器用的鞍式支座标准见机械部和燃化部部颁标准)上图中最右面的是和一般不同的立式蓄热器安装形式，全部压载在一个环形支座上，其纵向则可自由伸缩。

2．充热装置和排汽装置

在蒸汽蓄热器中，蓄热时采用蒸汽对蓄热器充热，器内以水为蓄热介质蓄热。在释放热能时，部分饱和水自蒸发产生蒸汽携带热能输往用户。在蒸汽进人蓄热器加热水时，蒸汽冷凝为水，器内水温、压力和水位随之升高，这就是充热。正确的充热过程要力求充热时器内水温迅速地达到均匀，压力损失小。为此，一般蓄热器的水容积深而充热放热的压差不大时，需要保证贮水有良好的对流循环的充热装置。装置的形式随蓄热条件而定，现在常用蒸汽喷头和循环套管。

图2—7表示卧式蒸汽蓄热器内充热装置的布置，有双排(上图)和单排(下图)。通常由一根主蒸汽管接入蓄热器筒体内后沿水平方向分成左右两根配汽总管，并在总管上接出若干垂直的蒸汽支管，支管末端接装蒸汽喷头。在蒸汽支管外套装直径

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较大的水流循环管，组合成加热换流装置，如图2—8所示，其中右图适用于以低压蒸汽如0.2MPa(2kgf/cm2)充热的低压蒸汽蓄热器。加热换流装置竖立在筒体水容积中。循环管的上端和下端分别以支撑固定于蒸汽支管和筒体底壁上、它使水在加热时有良好的对流循环，水容积中的水温较均匀。

常用循环管的形状有圆柱形和渐缩渐扩的喇叭形，图2—8中所示下端成喇叭形，有的在上端也做成倒置喇叭形，如图2—9所示蒸汽喷头的作用为使蒸汽分成小股高速喷入水中，形成比重较轻的汽水混合物而引起水的对流。这就使蒸汽在水中迅速有效地均匀扩散后与水混合，放出汽化潜热加热全部水。喷头与喷嘴的构造和充热蒸汽压力、加热逮率、噪声与振动的控制有关。图2一9中所示为常用的葫芦形喷头，它分上下两层。喷嘴位于喷头的肩部，有一定的斜度。有的是在喷孔上接装一小段渐扩形或渐缩形喷嘴。

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在充热时，蒸汽从喷嘴喷入水中，于是循环管内的水先受热而水温升高，以致比重减小，部分水为汽泡所置换而成为比重稍轻的汽水混合物，并扩散上升。又由于喷出汽柱的位能以及循环管外存在着水柱压力的作用，使循环管下口的水向上流入压力略低的循环管。如此不断循环，筒体内各部位的水温就较快地趋向均匀。必须避免在蓄热器筒体下部水容积中发生水温差异较大的冷水区，以防金属筒壁膨胀不均而导致开裂。图2一9示出了加热换流管的水循环路线。

蓄热器充热进汽管和筒体内蒸汽分配管管径的选用必须考虑力求减少压力损失，因为充热蒸汽压力的降低意味着单位水容积蓄热量的减少。

(1)、喷头和喷嘴

蒸汽喷孔的大小和数量应根据要求的充热速率和喷嘴特性进行计算。在蓄热器筒体尺寸定型化的条件下，每种尺寸的筒体内安装的喷头数量可以根据不同工程要求的不同充热速率而确定。

在整个充热过程中，蓄热器内压力和充热速率是变化的，所以喷嘴的蒸汽流速也是变化的，一般最大流速采用50m/s，喷嘴数量可按最大充热速率计算。

通常喷嘴的孔径为10mm。例如，一个喷头有40个喷嘴，如喷嘴的流量系数取0.5，则将有16cm2的有效开口面积，若喷嘴的蒸汽流速为50m/s，充热压力为

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1.37MPa(14kgf/cm2)，则每只喷头喷出的蒸汽量约为1.8t/h。

低压蒸汽喷头用于低压蒸汽蓄热器。这类蓄热器的充热蒸汽压力较低，例如0.2MPa(2kgf/cm2),一般为动力机械中已经使用过的蒸汽，所以也称废汽蓄热器。例如，用于贮存汽轮机抽汽或排汽等低压汽源的蓄热器。由于低压蒸汽进入蓄热器喷头的压力已较低，必须尽量减少其压力损失，所以低压喷头的入水深度宜浅，但又要保持一定深度，以使筒体内的水能较好地上下对流。如果喷嘴入水的深度过浅，就只能加热上层的水，在水容积的中下层将形成深厚的冷水带。水的上下层温差大，就会严重影响蓄热器的性能。图2—8中右图为带有循环管的一种低压蒸汽喷头，这种形式最早用于法国人拉托教授创制的汽轮机废汽蓄热器。

立式蒸汽蓄热器的喷头与卧式的完全不同。因沿筒体高度方向不能装设粗大的蒸汽管子，所以只能在由上引下的进汽主管上从筒体上端算起约1/3高度处分接出几个喷头，如图2—10中的1。也不能象卧式蓄热器在每只喷头外围装一根循环管，仅能装用一根大直径的长达近筒底处的循环总管，如图2—10中的2。

为提高立式蒸汽蓄热器在放热时的蒸发率，如图2一10所示在循环管2外侧的管子3的上端装设叠置的圆锥形套管。

充热过程是个复杂的传热传质动力热力过程。原来蓄热器内压力较低，蒸汽流

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入器内后先提高器内压力。由于充热开始时器内压力低，所以流入的蒸汽汽泡首先被过热，这部分热能在开始冷凝时先传给周围的水。在充热开始时，离开喷嘴的蒸汽并不冷凝而有经过水层后上升到汽空间的趋向。这样便使器内压力升高，并使以后流入的蒸汽的压力上升到略高于相应的饱和温度，这个饱和温度高于该时的水温。由于存在着这个温差，就引起了器内蒸汽汽泡的冷凝而将热传给水。然后，在器内自动产生一个稳定状态，即小部分蒸汽总是流到汽空间以增高压力，其余大部分蒸汽则在水中上升的过程中冷凝为水而释放出热能，并加热了水。因为在喷头截面处的蒸汽和水的热交换不能将全部蒸汽的热能传给水，所以部分蒸汽将在水中扩散。蒸汽在扩散过程中与水进行热交换，水容积内存在水汽混合物，它的比容瞬时增大很多，因此这时蓄热器的水位表上所示的水位常出现上下波动。

在充热过程中实际上存在一定的热损失，使蓄热器内上部汽空间的温度与水容积内上层的水温存在着温差，引起了水容积内水温的分层性不均匀。随着水深的增加，水温和相应的饱和温度的温差愈大，因此蓄热器内各点有不同的温差，这个温差以平均小于4℃为较好。实践证明，蒸汽喷头的入水深度对蓄热器内各部位的温差有重要的影响，即和蒸汽喷出时的压头(水柱高度)、汽泡上升时间等有关，所以喷头入水深度应按蓄热器的工作压力和充热速率来决定，力求减少总的温度损失。

(2)、集汽装置和汽水分离装置

蒸汽蓄热器的排汽装置包括集汽装置、限流装置和汽水分离装置。

在蒸汽蓄热器的设计中，已经控制了筒体内的蒸发强度和留有足够的汽水分离空间高度，使之具有产生干饱和蒸汽的基本条件。但为了获得质量更好的蒸汽，可以在卧式蓄热器筒体顶部排汽口上设置集汽室。

传统的集汽室为钟罩形(俗称将军帽)，但近来有改用一段卧式圆柱形筒体的方案，它可以用法兰连接于蓄热器的排汽口。

汽水分离装置的形式较多，其安装位置也随形式而异，有的装在集汽室中，有的装在卧式蓄热器筒体内的顶部。通常在集汽室中装置渐缩渐扩形限流喷嘴(即拉伐尔限流喷嘴)。在送汽管内汽压急剧下降时，这个限流喷嘴将限止自蓄热器中流出的蒸汽流最于某一最高值，以防止蓄热器内急剧蒸发后蒸汽带水很多。又由于这个喷嘴的节流作用，将使蒸汽中的水滴再次蒸发。

从蒸汽蓄热器中蒸发出的蒸汽经过上述汽水分离装置后，在流经出口止回阀和

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自动调节阀时发生节流绝热膨胀，致使原来的干饱和蒸汽成为具有十多度(℃)过热度的微过热蒸汽。

3．附属装置

(l)、止回阀

为使蒸汽蓄热器按照负荷变化的需要自动进行充热和放热，除了在供汽母管上装设自动调节阀之外，对与锅炉并联连接的蒸汽蓄热器，必须在其进汽口排汽口各装设一只止回阀。对串联连接的蓄热器，则必须在其进汽口装设一只止回阀。

蓄热器进汽口的止回阀可以防止蓄热器放热时热水倒流而引起水击和蒸汽带水。排汽口如无止回阀则蒸汽可经排汽口倒流入蓄热器的汽空间，该处压力立即上升，但筒体内的水不能很快加热以完成正常的蓄热效果。此外可在紧靠蓄热器进汽和排汽止回阀的前面或后面各装设一只截止阀以利于止回阀的检修。

(2)、压力计

为监视蒸汽蓄热器内的压力，须在蓄热器筒体的汽空间开孔接装蒸汽压力计。如要检测和连续记录蓄热器在运行过程中充热和放热时的汽压变化情况，可装用有自动记录的压力计。

(3)、液位计

为监视蒸汽蓄热器在运行过程中的水位以及控制初次投运时加水的水位，必须在筒体上装设适当的液位计。液位计的极限量程应大于充热终了时的高水位和小于放热终了时的低水位。

蒸汽蓄热器的充热和放热状况，反映于蓄热器内的压力(或温度)和水位高度，所以水位也是重要的检测目标。一般可采用自动连续记录的仪表，并远传到锅炉房控制台一并监视，或装在蓄热器旁边的小亭内。

(4)、安全阀

安全阀根据有关的安全监察规程进行设计。安全阀安装的位置，当有集汽室时安装在集汽室上，无集汽室时安装在蓄热器筒体顶部汽空间的范围内。

(5)、排水阀和给水阀

蒸汽蓄热器在运行过程中，为保持一定的汽空间高度和水量而必须定时调整水量，需要装设排水阀和给水阀。在维修时要放出贮水，为此须在蓄热器筒体底部最

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低点处装设排水阀。排水阀和排水管的直径根据蓄热器容积而定。排水管可接到锅炉给水箱，以回收排出的热水及其热能。

蒸汽蓄热器在初次运行时要先加入软水。此外，如用过热蒸汽充热时在运行中须补充软水，为此在邻近卧式蒸汽蓄热器筒体的水平中心线高度处向筒体内水容积区间接入进水管，在进水管上装设给水阀和止回阀各一只。

(6)、空气阀

蒸汽蓄热器在初次投运时须为加水而排出筒体内的空气，在维修时又须为放出贮水而将空气引入筒体内，以避免筒体内造成真空。为此，在筒体的顶部高点处需装设一只空气阀。

4．保温装置

由于蒸汽蓄热器内贮存的水和蒸汽的温度较高，筒体表面温度与周围空气温度的温差较大，为减少热能由筒壁传给大气的损失，必须在筒体外壁敷设良好的保温层。

蒸汽蓄热器一般安装在室外，所以在保温层的外表面须敷设能防雨水侵入的防水层。

保温层厚度的计算方法通常有两种：一种是按技术经济原则计算保温层的经济厚度；另一种是控制单位面积热损失，并按最大允许散热量计算必要的保温层厚度，最大允许散热量取决于各国的能源而有所不同，日本现定为335kj/m2·h(80kcal/m2·h), 一般可取不大于420 kj/m2·h(100kcal/m2·h)的值。

蓄热器筒体每小时的散热损失可按下式计算：

式中Qa—筒体的散热损失(kJ/h)； F—筒体的表面积(m2)；

λ—保温材料的导热系数(kj/m2·h·℃)； t1—蓄热器内充热和放热时的介质平均温度(℃)， ta—蓄热器周围大气温度(℃)。

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5．自动调节装置

自动调节装置是蒸汽蓄热器的一个重要组成部分。因为蓄热器在运行中一般充热和放热较频繁和迅速，所以必须配有自动调节装置来实现运行自动化。只有极少数情况下可用人工控制。

充热和放热的自动调节可分为压力自动调节和流量自动调节，根据用汽设备的需要而选用，详见本书第三章.

二 典型变压式蒸汽蓄热器

常见的湿式变压式蒸汽蓄热器为鲁茨式，有卧式和立式两种。图2一11示出卧式蒸汽蓄热器。该蓄热器采用球形封头，筒体外表敷有保温层，筒体上部有钟罩形集汽器。集汽器中装有拉伐尔限流管，筒体内装有单排布置的充热换流管。

立式蒸汽蓄热器原先用在场地面积有限而蓄热器尺寸较大的场合，如电厂等。图2一12示出立式鲁茨蓄热器。由于立式的关系，其蒸发水面积与卧式的相比要小得多。筒体内部结构也与卧式的不同。为增大水面的蒸发率，并改善在放热送汽时器内水的循环，在筒体内装一根有圆锥形上端的大口径管子，并在其上面叠置若干圆锥形短管。在放热送汽时汽泡趋集于管子的锥形段内，以使由汽泡取代的水在管内多于管外。因管内水的比重减小，就使全部水容积中的水均匀地得到连续的循环。充热装置为一根共用的总循环管，其上部集装若干蒸汽喷嘴。

图2一13示出一种结构简单的小型立式蒸汽蓄热器。

图2一14为拉托设计的拉托式蒸汽蓄热器，原用于蓄存来自蒸汽动力机、蒸汽

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锻锤等流量波动的废汽(废汽压力在0.2MPa以下)，然后以稳定连续的低压蒸汽汽源供给热用户。

拉托式蓄热器的筒体为圆柱形，卧式安装，以水平隔板把筒体平均地分隔成上下两个相连的蓄热器筒体。在上下两筒体中沿水平方向各装设断面为扁平形的蒸汽

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充热配汽管4、5，在配汽管上部钻有为数众多的斜向喷孔，充热蒸汽由此喷出并使贮水循环流动。

蒸汽经由左侧的进汽管6分别流入上下两个蓄热器。进汽管有一支管与上层蓄汽器汽空间相通，为均压管7，这个均压管转角处装有止回阀以防蒸汽倒流。

在放热时，下层蓄热器所产蒸汽通过八根垂直穿过上层蓄热器水容积而与其汽空间相通的联通管，汇流到上层蓄热器的汽空间，从右侧集汽室2流出。

图中8为废汽中的油污收捕器，3为上层蓄热器的溢水管，l为安全阀，无自动调节装置。

图2—15为兰开夏锅炉改造的卧式蒸汽蓄热器。兰开夏锅炉的水容积较大，稍加改造可成为相当容量的蒸汽蓄热器。

改造的基本方法为将火管圆筒的两端开口处用钢板作盖板焊住、堵死。在水平的火管各节垂直地开凿上下贯通的孔，使火管与原锅炉水容积部分相通而能贮水，以扩大水容积，增多蓄热量。

除此之外，还须在筒体内加装充热装置等。

三 蒸汽蓄热器的热工计算

1．基本概念

蒸汽蓄热器采用水作为热介质蓄热，在一定压力下对应的饱和温度的水当压力下降后，水的焓值就降低到与下降后的压力相对应的焓值。这样，多余的热能就使部分水自行蒸发为汽，即过热水的蒸汽。蓄热器在充热时器内水的压力、温度、水

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位均上升，在放热时器内水的压力，温度、水位均下降，所以又称降压式蓄热器，对于已定的蓄热器热力系统，蓄热器的工作压力在设定范围内变化，这个工作压力的上限称为蓄热器的充热压力(P1)，即充热过程终止时的最高压力。这个工作压力的下限称为蓄热器的放热压力(P2)，即放热终止时的最低压力。

一定容积的蒸汽蓄热器，当充热的蒸汽参数一定时，它的蓄热量或蒸汽发生量取决于充热压力和放热压力的压差的大小和放热压力值的高低。

蓄热器的蓄热量是指蓄热器从充热压力降到放热压力状态时产生的蒸汽量或热量，单位为kg(蒸汽)或J(或kJ)。

单位蓄热量(或比蓄热量)是蓄热器内1m3热介质(水)从完全放热到完全充热两种状态之间所蓄存的蒸汽量或热量，其单位为kg/m3或J(或kJ)/m3。

充热速率是指蒸汽(热)流入蓄热器的速率，常以kg/ h(或t/h)计量。 放热速率是指蒸汽(热)流出蓄热器的速率，常以kg/h或(t/h)计量。

蓄热器充水系数是指蓄热器在充热终了时器内水体积占容器总容积的百分率。 在一定压力下，1kg蒸汽的焓值比相同压力下1kg饱和水的焓值大，但水的比重远远大于蒸汽的比重，因此在相同容积下水的含热量显著地大于蒸汽的含热量。例如，在0.49MPa(5kgf/cm2)绝对压力下：

饱和蒸汽的焓值为2.75×106J/kg，密度为2.82kg/m3； 饱和水的焓值为0.×106J/kg，密度为917.43 kg/m3； 因此，1m3饱和蒸汽的含热量为2.75×106×2.62=7.2×106 J； 1m3饱和水的含热量为0.×106×917.43=584.4×106 J；

即等容积的饱和水和蒸汽的含热比为584.4/7.2=81.2，亦即饱和水的含热量约为蒸汽的八十一倍多。因此，湿式蒸汽蓄热器并不以蒸汽的形态蓄存，而用蒸汽将水加热后以热水形态蓄热。其优点是贮存相同的热量时，与干汽包相比较，容器的容积大为减小，但它放热时的供汽压力低于原充热蒸汽的压力。

根据水的物理特性，饱和水的焓是随着压力的提高而减少，因此在充热和放热的压差相等的条纷下，水的蓄热能力随放热压力的提高而降低。图2一16表示在不同压力下每lm3饱和水当压力下降1kgf/cm2时能发生的蒸汽量。由图可看出放热压力愈高则产生的蒸汽量愈少。如图中曲线的右侧10~25kgf/cm2一段曲线比较平坦。放热压力愈低则产生的蒸汽量愈多。

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例如饱和水压力由之21kgf/cm2(绝对)下降到20 kgf/cm2(绝对)时焓差为11.3kJ/kg，压力由5 kgf/cm2 (绝对)下降到4 kgf/cm2(绝对)时焓差为35.2kJ/kg，两者的压差都是1 kgf/cm2，但焓差值后者为前者的三倍多，所以后者的蒸汽发生量也较多(1kgf/cm2=0.0986665MPa)。

2．单位蓄热量的计算

取蒸汽蓄热器内水为G kg，当器内压力由P降至P一△P时所放出的热量为dq kJ/kg ，由这dq热量使水自蒸发为汽的水量为dG kg。如水的蒸发潜热为r，蓄热器的充水系数为90％，汽空间只占10％，则汽空间中蒸汽的热量相对地很小，可以忽视 ，并有下列关系：

Gdq=rdG

因而

式中ds'=dq/T为水的熵值(KJ/kg·K)的变化； T—水的绝对温度(K)。

将上式自初压p1至终压p2积分，得

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或

式中G1和G2为蓄热器中对应于压力p 1和p2的水量。

设压力Pl时水的比容为υ1' (m3/kg)，则在压力p1时l m3 饱和水所发生的蒸汽量g。(kg/ m3)可由下式给出：

图2一17系根据公式〔2一6〕对已知初压p1(充热压力，横坐标)和终压p2(放热压力，参变数)编制的，用以计算不同充热、放热压力下单位水容积的蓄热量(.蒸汽)。计算时先从横坐标上找取充热压力p1，由这点作纵坐标的平行线交放热压力p2曲线于某点，再由该点作横坐标的平行线交纵坐标于一点，即得lm3热水的蒸汽发生量。图中虚线示出由0.49MPa(5kgf/cm2，绝对)降至0.29MPa(3kgf/cm2,绝对)时1m3水的蒸汽发生量约为34kg。

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在蒸汽蓄热器工程设计中，单位蓄热量〔蒸汽)也可用如下的近似法计算： 设Ikg饱和水从压力p1降至p2时产生的蒸汽量为gkg，则放热时的热平衡为： 降压前的饱和水的热量=降压后释放出蒸汽的热量+降压后剩余饱和水的热量

蒸汽焓值采用平均值时：

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式中 g—1kg饱和水降压(p1→p2)时产生的蒸汽量(kg/kg)，

i1＂，i2＂—分别为压力p1和p2时饱和蒸汽的焓(kJ/kg)，i1＇,i2＇—分别为压力p1和p2时饱和水的焓(kJ/kg)。 由此，单位水容积的蒸汽发生量：

为平均值；

例如，求蒸汽蓄热器的充热压力p1=1.18 MPa(12kgf/cm2，绝对)、放热压力P2=0.20MPa(2kgf/cm2，绝对)时1m3水的蓄热量(蒸汽)。

由蒸汽表查得：i1＇=794.2 kJ/kg，i1＂=2783.4 kJ/kg，i2＇=502.0 kJ/kg，i2＂=2704.7 kJ/kg，υ1＇=0.00114m3/kg

如果给定了所需的蓄热量(蒸汽)，则将所需蒸汽量除以lm3饱和水所产生的蒸汽量就可求得蓄热器的贮水量。按公式(2一8〕计算不很准确，因为在蓄热器中从压力p1降到p2并不急速，而是逐渐下降的。计算图表是按放热过程的微分方程式近似的积分法计算结果编制的，较为准确。

表2一1为lm3饱和水在各种不同的充热压力和放热压力下的蒸汽发生量简明表。

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图2一18为单位蓄热量(蒸汽)曲线(以放热压力为横坐标)。例如在一蓄热器中充热压力为1.18MPa(12kgf/cm2，绝对)，按不同热用户所需的放热压力可得蒸汽量如下：

P2=10,8,6,4,2kgf/cm2(绝对)(1kgf/cm2=0.0980665MPa) g0=15,32,52,77,114 kg/m3

图2一19为高压蒸汽蓄热器的单位蓄热量(蒸汽)曲线。高压蒸汽蓄热器通常指充热压力大于2.45MPa(25kgf/cm2)的，目前多用于电站，其工作压力有的达

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9.6~14.7MPa(100~150 kgf/cm2)。吉利教授为电站应用高参数蒸汽，作了高压蓄热的实验。实验表明，压力超过约5MPa(51kgf/cm2)后蓄热器的总蓄热量增大。这不仅在于水的蓄热量大，而且由于汽空间的高压蒸汽含热量大。更因为蓄热器压力增高后，金属筒体的壁厚迅速增加，而使容器的金属重量激增，金属的蓄热量也大。图2—20为蓄1t蒸汽所需蓄热器水体积的曲线图。

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3．最大允许蒸发量

变压式蒸汽蓄热器原则上对它的放热速率无，可按外界对蒸汽的需要而定。但实际上对蒸汽的干度有要求，因而有一定的限度，即最大允许蒸发量。超过这限度时，蒸汽就带水多。爱培雷根据实验证明，对于在决定蓄热器最大允许蒸发量中基本的重要因素是汽空间而不是蒸发面积，所以汽空间的大小对蓄热器的最大放热速率有重大影晌。爱培雷所定的最高允许蒸发率，按1m3的汽空间，清水为2000m3/h，而有碱度的水仅为200m3/h。

根据新近的试验和出版物，特别是福考夫、克雷威和康纳云三人的研究成果，最大允许蒸发率可按下式计算：

gmax=(2.35+0.014p)Dw-0.715(t/m3·h) (2—9) 式中 gmax——最大充许蒸发率(t/m3·h)； p——蓄热器内的压力(atm)； Dw——蓄热器内水的密度(波美度)。 图2-21示出上式推算的结果。

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4．充水系数和放热后的水位高度

为保证蓄热器内有一定的蒸汽空间，必须规定充热终了时的水位高度。在这个最高水位时水容积占蓄热器总容积的百分率称为充水系数。充水系数根据不同工程的放热送汽要求可在75~95％之间选取。充水系数小则汽空间相对增大，有利于得到较高的蒸发率，但为蓄存一定热量(蒸汽)所需的蓄热器容积相应增大，因此制造费用较多。充水系数过大，则开始放热时因汽空间较小，蒸发率稍低，蒸汽含水量较多，对蓄存一定热量(蒸汽)所需的蓄热器容积相应减小，制造费用相对地较小。

放热终了时蓄热器内水位最低，必须保证加热蒸汽喷头外围的循环管的上口处在最低水位之下，以使喷头在最低水位时能有效地进行充热。

放热终了时蓄热器内水容积的计算如下。 放热时的物质平衡公式为：

V2γ1＇- Vl g0= V2γ2＇ (2——10)

式中 Vl—蓄热器充热终了时的水容积〔m3〕； V2—蓄热器放热终了时的水容积(m3)； γ1＇—蓄热器充热终了时水的容重〔kg/m3)； γ2＇一一蓄热器放热终了时水的容重〔kg/m3)； g0一单位水容积的蓄热量(蒸汽)(kg/m3)。

由上式求出放热终了时的水容积后就可计算该时的水位高度。碟形封头的蓄热器内的水容积计算见附录一。

蒸汽蓄热器的充热可用饱和蒸汽或过热蒸汽。当用饱和蒸汽充热时，由于放热产汽时平均压力[=(p1+p2)／2]小于充热压力p1，但水在压力低时的汽化热比压力高时的数值大，所

以用充热压力为p1的饱和蒸汽1kg向蓄热器内充热以后，在放热时只能发生小于1kg压力为p2的饱和蒸汽。或者说，为发生1kg压力为p2的饱和蒸汽需要略大于1kg压力为p1的饱和蒸汽充热。这样，在一个完整的充热放热循环中，由蓄热器放热产生的蒸汽量略少于充热的蒸汽量，部分未再蒸发的充热蒸汽仍以饱和水的伏态留存于器内，因此，蓄热器每经一个充热放热过程后水量将增多，水位逐渐升高。

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为保待规定的充水系数，必须定期放水以调整水量。

蓄热器在放热时产生1kg蒸汽(压力p2)所需的热量(近似值)为：

式中 i1＇——压力为p1时饱和水的焓(kj/kg)； i2＇——压力为p2时饱和水的焓(kJ/kg)； r1——压力为p1时水的汽化热(kJ/kg) r2——压力为p2时水的汽化热(kJ/kg).

当用固定压力为p1的干饱和蒸汽充热时，从1kg充热的蒸汽中，用以加热蓄热器中贮水的热量为：

因此，蓄热器放热时产生1kg蒸汽，必须供给q1/q2 kg的充热蒸汽。在一个完整的充热放热周期中，蓄热器中的水量在放热终了时比开始充热时增加了：

式中 g——放热时所产生的蒸汽量(kg)；

如用湿饱和蒸汽充热时，所增水量将大于Gl，因为1kg湿蒸汽的焓小于在相等压力下1kg干饱和蒸汽的焓。

如用过热蒸汽充热，放热后容器的水位比规定的水位可能有所下降、上升或不变，并取决于过热度的高低。在每一充热放热周期中，如过热蒸汽的焓与散热损失及放热时的汽化热相抵消，水量就无增减，否则就减少或增多。

在水量有减少时，l kg充热的过热蒸汽的汽化热加上过热的热量，大于在放热时所得的1 kg饱和蒸汽的汽化热。因此，发生1 kg饱和蒸汽所需充热的过热蒸汽小于1 kg，或l kg过热蒸汽注入蓄热器充热后，放热时可得到多于1 kg的饱和蒸汽。

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为此，蓄热器每经一个完整的充热放热周期后，水量减少，水位降低。为保持规定的充水系数，必须定期补充软水给蓄热器。

当用过热蒸汽充热时，1kg过热蒸汽加热贮水的热量为:

式中 i——1kg蒸汽的过热量(kJ/kg)。

所以，在一个完整的充热放热循环中，水量减少：

i1=i1＇+r1+i,充热用过热蒸汽的焓值(kJ/kg)。

由于蓄热器略有散热损失，使部分充热蒸汽凝结为水未能再蒸发。所以，由于散热损失，当用饱和蒸汽充热时，蓄热器中水量增加更多。

5．工作压力和蓄热量的关系

蒸汽蓄热器的蓄热量和充热放热的压差成正比。在相同的压差下，蓄热量随着放热压力的提高而降低。放热压力愈低，单位蓄热量愈大。

扩大充热和放热的压差可以增大蓄热量，但充热蒸汽的压力受到供汽锅炉工作压力的。另一方面，充热压力增大后蓄热器筒体的壁厚势必要增加，制造费用随着增大。实际上，在图2-16中显示出横坐标上15~25 kgf/cm2的曲线较平坦，说明充热压力愈大，单位蓄热量的增长愈小。因此，需要进行分析比较，采用适当的充热压力。

放热压力受到用汽设备的最低用汽压力和输汽管道阻力的制约，应力求降低用汽压力和管道阻力。

设蓄热器的充热压力为pl，则

pl=p0—△pl(MPa) (2——17)

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式中 p0——汽源供汽压力(MPa)；

△p1——由汽源到蓄热器内的压力降，一般取0.05(Mpa)。 设蓄热器的放热压力为p2，则

P2=p0+△P2 (MPa) (2——18) 式中 p0——用汽设备的最低用汽压力(MPa)；

△P2——从蓄热器蒸汽出口到分汽缸的压力降，一般取0.05(Mpa)。 由此，蓄热器充热放热的压差为：

6．热效率

蒸汽蓄热器在运行中有两种热损失，即停滞热损失(散热)和在充热和放热时候的热损失(热传导，节流和混合热损失)。这些热损失构成蓄热器的效率因素。蓄热器效率的定义是在一个充热放热周期内放热输出(火用)对充热输入(火用)之比，其中输入(火用)即重新构成初始充热状态所需的(火用)。在特殊情况下(例如所蓄热能和发电无关时)，蓄热器效率可作为焓(能)之比。

停滞热损失发生在充热完毕到放热之前的时间里，这类热损失如发生在热力站里(如在管道中)，一般作为动力站的启动损失.

充热和放热过程中除管道热损失之外有热力损失，即(火用)的损失，而无焓的损失.，放热时所发生的饱和蒸汽压力低于充热蒸汽压力以及用过热蒸汽充热后过热度的丧失是主要的(火用)损失。如放热输出的蒸汽用于汽轮机发电时就要增多每kwh发电量的耗汽指标。

蓄热器在有效果好的保温装置时，散热量极微小，特别在充热放热周期短时，每个周期中这项热损失与进出蓄热器的热量相比，可以忽视不计。如果充热放热周期很长，如为一昼夜或更长，则一个周期中的热损失就增多。

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四 供热系统中锅炉的蓄热量

在运行中的锅炉内贮藏着相当多的热能，这些热能可按所需工作温度，于某些时侯在有限范围内，直接或间接地转载于蒸汽，以增加供热量。对这些蓄热量，能利用到何种程度，取决于锅炉运行工况允许变化的程度，即允许压力和温度变化的限度。一般均要求锅炉的压力保持一定，因此在实际工作中利用锅炉内这部分蓄热的作用是极其有限的，只有在迫不得已时才应用它。

锅炉的蓄热量和其结构形式有重要关系。除了压力很高的锅炉以外，锅炉水容积大小是决定蓄热量多寡的主要因素。如火管锅炉，由于其很大的水容积，可以在一定范围内不需蒸汽蓄热器而能平衡用汽负荷的波动。但是目前其它形式锅炉的发展趋向是高压、水容积少和有自动控制装置等，蓄热量将大为减少，所以可供利用的蓄热量不多。

一般利用锅炉蓄热量的运行方法为降低汽压或降低水位，或两者都降低，以使短时间内产生额外的蒸汽。前者锅炉燃烧工况不变，当用汽负荷增多时锅炉汽压降低，饱和温度相应下降，炉内水温高于降压后的饱和温度，于是锅炉蒸发量就增多。后一种方法是在用汽负荷增大时暂停锅炉给水，在燃烧工况不变的条件下，锅炉由于没有冷水进入，炉水温度很快升高并立即蒸发，增加了额外的供汽量，锅炉水位则下降。

在有蓄热器的供热系统中，供汽锅炉的蓄热量在必要时可有效地加以应用，特别在锅炉与蓄热器并联的条件下。

第三章 蒸汽蓄热器的工程设计

一 工程设计的步骤

在供热工程中拟设置蒸汽蓄热器时，首先须根据具体情况，明确它的用途和期望达到的目标(见第一章第四节)，进行分析论证。

一般分为两阶段进行设计，即l)可行性分析或初步设计，2)施工图设计。后者在前者通过论证得到肯定和有关单位批准后进行。

初步设计的设计步骤为：

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1)搜集设计所需基础资料;

2)设计装设蒸汽蓄热器后的供热系统， 3)计算蒸汽蓄热器的容量及确定安装场所， 4)设计蒸汽蓄热器的自动控制系统; 5)计算工程投资概算和投资偿还年限，

6)分析论证经济效益与环境效益，提出结论性意见。 上述2)至6)也是初步设计文件的内容要点。

对于已建供热工程项目添置蒸汽蓄热器所需的设计基础喷料有：

l)已有锅炉的型号、规格，台数及实际蒸发量和工作压力(对改造过的锅炉须按实际情况填报)，锅炉的运行热效率(如已测定)；

2)在正常的生产条件下锅炉及各车间有代表性的蒸汽流量记录(包括最冷和最热的日子);

3)全部用汽设备按用汽负荷有波动和基木稳定两大类，分别列出这些设备在一昼夜间的用汽参数(设备最低进汽压力、耗汽量、是否过热蒸汽等):

4)现有供热系统图；

5)可供安装蒸汽蓄热器的场地简图，(通常在锅炉房附近)，场地下有无工业管线等。

施工图设计的主要内容有： l)装设蒸汽蓄热器后的供热系统图； 2)蒸汽蓄热器工程的安装图(包括管道在内)； 3)供热系统自动控制系统的原理图、安装图； 4)设备材料表；

5)装用蒸汽蓄热器后锅炉运行方法的要点。 蒸汽蓄热器一般应尽量采用定型的标准产品。

为了分析预测装用蒸汽蓄热器后的经济效益与环境效益等，须收集原来的或同行业的生产运行数据，例如锅运行台数、操作人数、锅炉负荷波动情况和运行热效率、产品单耗(锅炉房能耗部分)、产品质量清况和平均产量等。

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二 蒸汽蓄热器工程的供热系统设计

供热系统设计是蒸汽蓄热器工程设计中一个重要的根本环节，合理的供热系统设计能充分发挥蓄热器的功能，节省工程投资和获得较大的经济效益。

蒸汽蓄热器在供热系统中设置的都位确定以后，它的工作压力范围也就随之基本确定。

1．蒸汽蓄热器在供热系统中的联结方式

蒸汽蓄热器在供热系统中有两种和充热用的汽源联结的方式，即并联和串联。 并联方式如图3-1所示，由高压供汽管输往低压用户的蒸汽有两路，一路蒸汽由高压管经自动调节阀V1、V2直接送到低压用户，另一路蒸汽由高压管送入蓄热器充热，放热时和上述直接供汽汇流后经阀V2输往低压用户。如高压管直接供汽量和低压用汽量相平衡时，蓄热器暂不起作用。当低压用汽量小于直接来自高压管的供汽能力时，多余蒸汽就流入蓄热器充热，当低压用汽量大于直接来自高压管的供汽里时，蓄热器就放热送汽，弥补直接供汽的不足。这种可以两路联合供汽的并联方式，对短时间的尖峰负荷的供汽能力较大。

并联时，如高压供汽为过热蒸汽，则直接供汽一路仍供过热蒸汽给低压用户，但另一路经过蓄热器输出的是饱和蒸汽，两路蒸汽汇流以后仍可能供过热度有所下降的过热蒸汽给低压用户。如果低压用户需用饱和蒸汽，则蓄热器的进出汽管不可相通，即并联方式不适用，可用串联方式。

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并联方式中，一般均装设自动调节阀V1和V3以控制蓄热器在一定压力范围内工作，以保证低压供汽的压力。在蓄热器的进汽管和送汽管上必须各装设一只止回阀，以保证蓄热器可正常地进行充热或放热。

串联方式如图3-2所示，高压供汽管输往低压用户的蒸汽均先经过蓄热器。从高压供汽管供蓄热器充热用的蒸汽不论是过热蒸汽或饱和蒸汽，最后由蓄热器供出的都是饱和蒸汽，所以串联方式可用于消除过热蒸汽的过热度，变为饱和蒸汽后供低压用户。串联方式适用于以少量蒸汽就可平衡波动时间很短的负荷的场合。

串联时只须在蓄热器的进汽管上装一只止回阀。

2．蒸汽蓄热器对波动负荷的直接平衡和间接平衡

蒸汽蓄热器在用于平衡汽源(如锅炉)和波动的用汽负荷时，须根据不同的汽源供汽特点和用汽设备的用汽特点采用不同的平衡方式。平衡作用根据供热系统中蓄热器对负荷波动的热用户的相对位置不同，又分为直接或间接两种不同的平衡方式。

典型的蒸汽蓄热器工程的基本热力系统有如下两种方式。

l)直接平衡方式 图3-3示出蒸汽蓄热器在供热系统中直接平衡波动的低压负荷的连接方式。图中3代表低压波动负荷(方块中的小图表示波动的负荷曲线)，原来需由高压蒸汽降压后供给，采用变压式蒸汽蓄热器降压后的蒸汽恰能满足需要。锅炉产生的高压蒸汽在供给高压汽用户5的同时以稳定流量流往低压侧，经蒸汽蓄热器4供给负荷波动的低压用户3。这样，低压负荷的波动直接由蓄热器调节和平衡。

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锅护蒸发量在不用蓄热器时将随低压波动负荷发生波动，而在应用蓄热器后锅炉蒸发量就稳定，如方块小图中虑线和实线负荷曲线所示。

2)间接平衡方式 图3-4示出蒸汽蓄热器在供热系统中间接平衡波动的高压负荷的连接方式。来自锅炉或其它汽源的高压蒸汽首先保证供汽给波动的高压用户5，多余蒸汽流经蓄热器后供给低压用户，所以流入蓄热器的蒸汽流量是波动的。低压用户基本上为稳定负荷，由蓄热器供汽，由于蓄热器的平衡作用，使锅炉负荷得到稳定。

综上可知，直接平衡方用于波动负荷发生在低压侧，而间接平衡方式用于波动负荷发生在高压侧，两者均使供汽锅炉的负荷得到稳定。

在设计供热系统时。如果热用户的用汽压力多于一种，可将用户用汽压力大小相对地区分为高压和低压用户，在必要时列中压用户。同时，须将用汽负荷区分为波动的和基本稳定的两大类，然后研究供热系统和蓄热器在系统中的位置和工作压力。在有必要时，可以设置工作压力不同的两种蒸汽蓄热器。

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在设计供热系统时必须注意到许多生产工艺过程中实际用汽压力只需约0.2~0.3Mpa(2~3kgf/cm2)，用汽压力低可使蓄热器降压幅度大，有利于减少蓄热器的容积。有一些工厂的供汽压力大大高于实际需用压力。这可能由于使用了管径不够大的延长的供汽管道或由于习惯原因，所以在设计蓄热器工程时需充分研究所有用热设备的实际需用压力和耗汽量等的变化。因此，在供热系统设计中可能需要调整供热管网，以求产生一个正确、合理的供热系统和蒸汽蓄热器的工程设计。

当供热系统中有蒸汽动力设备(如汽轮发电机组)，又有用汽加热的设备时，基本的热力系统也有下列两种方式。

l)图3-5表示蓄热器与背压式汽轮机并联，适用于背压汽轮机的排汽压力大于低压加热用户所需的压力。汽轮机的排汽管与蓄热器的排汽管相联于低压供汽管，共同对低压加热用户供汽。汽轮机和蓄热器的进汽、出汽口都处在同一高压和低压供汽管线，两者的压差相同。

如果汽轮机为冷凝式时，其联接系统见图3-6。

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2)图3-7表示蓄热器串联于背压式汽轮机之后，这种方式适用于进汽参数较高的背压汽轮机，汽轮机的排汽(中压)供中压用户和蓄热器，为顾及蓄热器有较高的充热压力，所以汽轮机的背压被适当提高，因此在汽轮机内所作的功减少，但全部蒸汽均供给汽轮发电机组作功发电。在本系统中，由于低压用户的需用压力已经确定，为力求不过多地减少汽轮发电机组的输出功率，只有使蓄热器的充热和放热压差尽可能缩小。这样，单位饱和水蓄热量较小，可能使蓄热器的容积较大，制造费用增多。

蓄热器串联于背压式汽轮发电机组之后，可使机组发电能力保持稳定。当汽轮机的排汽量多于热用户的耗汽量时，就由蓄热器调节、平衡，使锅炉负荷保持稳定，提高全系统的热效率。

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当存在不同工作压力的锅炉和不同工作压力的汽轮机(或热用户)时，可根据具体清况灵活应用上述基本热力系统，如图3-8所示。又可在一个热力系统中装用工作压力不同的几台蒸汽蓄热器，(见第四章图4-2)

在发电站系统内如与汽轮机并联装设蒸汽蓄热器会引起发电能力的减少，因为进入蓄热器的高压过热蒸汽只能在降压后以低压饱和蒸汽供给热用户，原来压力高的蒸汽未能用于发电。因此，在发电站应用蓄热器时须权衡得失。

三 需要的蓄热量和蓄热器的容积计算

当装用蒸汽蓄热器的供热系统拟定以后、要根据蓄热器在系统中要求产生的作用和充、放热压力和用汽负荷的具体情况，计算必需的蓄热量。

首先必须明确要求蓄热器产生的作用。如第一章第四节所述情况大致可分为四类：

(1)、在保证热用户用汽的压力和干度的条件下，平衡汽源供汽量和波动的用汽负荷，使锅炉能连续地稳定地燃烧。

(2)、配合小容量锅炉蓄积大量蒸汽，以保证瞬间大量用汽的需要。 (3)、使间断供汽的汽源转变为能连续供汽的汽源。

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(4)、用以随时蓄存多余的蒸汽备用或蓄存定量的蒸汽供紧急使用。 按上述不同的作用将采用不同的计算原则。

1．波动负荷的特性分析

在蓄热量的计算中，一般须分析研究用汽负荷的特性。波动的连续用汽负荷的特点可从三个方面来分析:

l)波动负荷的峰谷差值的大小；

2)高峰负荷的持续时间和它变动时递增、递减速率的快慢;

3)波动负荷的周期的长短或在一昼夜内无明显的周期。

这三点和需要蓄热量的多寡、充热时间和速率、放热时间和速率都有密切的关系。

根据上述特性，常见的波动负荷曲线大致可分为下列几种类型。

l)波动负荷的峰谷差较大，高峰负荷时耗汽量的增

减速率较快，波动周期短或在一昼夜以内无明显的周期性，但从长周期看最高峰值不变。如图3-9中所示，波动负荷的变动频繁、幅度大，高峰用汽的增减急骤，有明显的周期。图3-10则表示一昼夜以内无明显的周期性，但有一定的最高蜂值。

2)波动负荷的峰谷差较大，高峰用汽的递增和递减速率较慢，波动的周期较长或在一昼夜内无明显的周期性。如图3-11所示是有明显的周期性的。

3)瞬间大量用汽，其负荷曲线如图3-12所示。

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用汽负荷的类型是蓄热效果和蓄热量的决定因素。

一般电站热负荷波动的特点是高峰持续时间较长，中间有幅度较大的减荷，波动不频繁，一昼夜间只有数次，所以实际需要蓄热、放热的次数少。在工业生产中，波动用汽负荷的特点是高峰持续时间多数较短，峰谷差较大，需要蓄热、放热的周期短。

深入地分析波动负荷的特点是准确地经济地确定蓄热量的重要步骤。在分析负荷时需要全厂的综合热负荷资料，也需要按用汽参数(压力、饱和或过热蒸汽)分类的波动负荷和基本稳定负荷的资料。另外，当冬季和夏季等负荷有季

节性差别时，选择负荷较大的季节或有足够代表性的负荷资料作为设计蓄热器的主要依据。

2．蓄热量的计算原则和方法

蒸汽蓄热器的蓄热量和供汽锅炉容量无匹配关系，必须根据锅炉实际蒸发量、用汽负荷的波动情况和供热系统的结构进行分析计算。按不同的使用蓄热器的目的，采用不同的计算原则和方法。

(1)基本的计算原则

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当蓄热器用于平衡锅炉蒸发量和连续的波动负荷时，首先求出波动负荷在一定时间内的平均负荷值，并以这个平均负荷值作为锅炉的稳定蒸发量，计算出为平衡这个波动负荷所需最小的蓄热量。

用图解说明计算原则如下。如图3-13所示的波动负荷曲线为一连续负荷曲线中的有代表性的一段，在这阶段内求取平均负荷曲线L，使在平均负荷线以下和以上的面积相等，即

这根平均负荷线L即代表该阶段锅炉的稳定蒸发量。L线以下B1、B2、B3、B4曲线上各点的纵坐标数值为各该点的耗汽量，它小于锅炉的蒸发量，所以L线以下负荷曲线构成的面积(B1+B2+B3+B4)即为多余的蒸汽量，可以蓄入蓄热器。相反，A1、A2、A3、 A4 、A5曲线上各点的纵坐标数值表示各该点的耗汽量，它大于锅炉的蒸发量，需由蓄热器供汽补充。所以，水平线L把波动负荷曲线分成波峰和波谷两部分，波峰(面积A1+A2+A3+ A4+A6)即锅炉产汽不能满足需要，需由蓄热器释放蒸汽来补充供应不足的部分；波谷(面积B1+B2+B3+B4)是锅炉产汽供过于求，需要蓄入蓄热器的部分，亦即平衡该用汽阶段所需的蓄热量。

应该从作业开始用汽的时侯计算蓄热器的蓄热量变化。开始试算时，先假定一平均负荷值，如果发现蓄热量不能平衡平均负荷线以上的高峰用汽时就改变平均负荷值，但平均负荷值至少要维持3-4h不变，否则就失去用蓄热器平衡波动负荷的作用。

图3-14表示某印染厂一昼夜间的用汽负荷，其中在8~19点最大用汽约为7.6t/h，在该负荷阶段内求得平均负荷约为5.6t/h，亦即该阶段中锅炉的稳定蒸发量。该阶段内所需的蓄热量为2t蒸汽(平均负荷线以上阴影面积或以下白色面积)。在一昼夜运行期中，锅炉蒸发量按四根平均负荷线分四个阶段调整运行，即5.6t/h (8~19点)，

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2.5t/h(19~23点)，1t/h(23点~4点半)，3t/h(4点半~8点)，由于其它三个阶段的蓄热量均不超过2t蒸汽，所以取8~19点运行期内所需的蓄热量2t蒸汽作为蓄热器的容量。

必须选取波动负荷曲线中适当的阶段，或者有明显周期的负荷曲线中一个典型周期，计算出该周期内的平均负荷值，然后确定蓄热量，一般所需蓄热量和波动负荷的高低峰差值成正比。

如果，需要的蓄热量按一昼夜负荷曲线的平均负荷线以上或以下的所有面积的总和来计算，这种方法会导致蓄热量过大。

如果按平均负荷线L以上或以下最大的一个高峰或低谷的面积来计算蓄热量，有时也不符要求，尤其在负荷曲线的形状很不对称时，所求得的蓄热量可能不够大。例如在图3-15中，如选取平均负荷线L以上最大的用汽高峰面积1计算蓄热量，则所求得的数值将会太小，因为当蓄热器放出全部蒸汽以供面积1所代表的热负荷之后，在下一个充热期面职2的充热量较少，因此不能满足下一个用汽高峰面积3的全部蒸汽量。为此，必须选取有代表性的用汽负荷曲线计算，又须按整个负荷曲线全面衡量蓄热量是否恰当。

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为了求得任何负荷曲线形状的实际需要的蓄热量，可按已知的负荷曲线进行积分计算，这是一种基本的计算方法。

(2)积分曲线法

积分曲线法是根据热用户在某段时间t内的波动负荷曲线，求出该阶段的平均负荷线，然后根据这个波动负荷曲线和平均负曲线之间的差值进行积分，得到该时期连续的积分曲线。这条积分曲线上最高点和最低点之间的绝对值，即为该阶段所需的蓄热量。

以蒸汽蓄热器所释放的蒸汽供加热用而且用汽压力只有一种为例。在图3-16中，上图的纵轴表示蒸汽耗量，横轴表示时间。图中曲线表示在时间t0内热用户的波动负荷曲线，直线L为根据这条负荷曲线所求得的平均负荷线，其值为G’。

首先计算平均负荷值。计算波动负荷曲线下方和横轴之间的面积(即总耗汽量)然后除以

该段负荷所经历的时间t0小时，即得该波动负荷的平均负荷值G’。

如G。=f(t)表示波动负荷曲线，则平均负荷值

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波动负荷曲线G。=f(t)的函数性质一般无法得知，所以一般可用求积仪或近似面积分割法求取波动负荷曲线与横轴所构成的面积。

平均负荷值求得后就可对波动负荷曲线与平均负荷线之间的变化差值进行积分，得到如图3- 16中下图所示的积分曲线，由此，所需的蓄热量为：

绘制积分曲线时，以时间t为横坐标，所需蓄热量为纵坐标，积分曲线在每个时间的纵坐标值，等于波动负荷曲线与平均负荷线之间在对应于该时间的纵坐标左面的所有面积的代数和。计算时在平均负荷线以下与波动负荷曲线之间的面积(黑点部分)为充入蓄热器的热量，作为正值(以‘+’表示)。在平均负荷线以上与波动负荷曲线之间的面积(斜线部分)为由蓄热器放出的热量，作为负值(以“—’表示)。在积分曲线上任一点的纵坐标值为从运行开始时算起，与平匀负荷相比后，向蓄热器蓄存或取用的热量。积分曲线也代表在完全平衡波动负荷的过程中蓄热器充热的变化状态，因此能算出在全周期内必需的蓄热量。积分曲线上的最高点和最低点之间的绝对值即为所需的蓄热量，如图中所示的G。

蓄热器的蓄热量如按上述积分曲线法计算确定后，蓄热器就能使锅炉连续地按一定的蒸发量(即平均负荷)稳定运行。如果这个蒸发量接近或等于锅炉额定的蒸发量，就可使锅炉在最佳效率下运行。

由于有的工厂在一昼夜内某段时间的平均用汽量较小，在另一段时间的平均用汽量较大，如以一昼夜为周期来计算平衡波动负荷所需的蓄热量，求得的结果往往过大。这将使蓄热器容积过大，投资较多。如果采用积分曲线法，可把连续的波动负荷曲线按相接近的峰值划分成数段，作为平衡波动负荷的几个分段，分别算出平均负荷，并用积分曲线法求出各分段所需的蓄热量，采用其中最大的蓄热量作为确定蓄热器容积的依据。这样，蓄热器的容积一般可比以一昼夜为一个平衡周期所求得的容积显著地减小，蓄热器本体的费用就降低。锅炉的蒸发量按分段中最大的平均负荷值确定，对于小于这个最大平均负荷值的其它各分段，如差值较大，锅炉在运行时须相应调整蒸发量。这样，锅炉在一昼夜内将分阶段调整蒸发量后稳定运行，例如在一昼夜内分三个阶段以不同的蒸发量稳定运行。

从理论上说，把一昼夜的波动负荷分段愈多，锅炉蒸发量就可分阶段调整到愈

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接近耗汽量，使蓄热器的容积相对地愈小。当蓄热器的容积接近零的时候，也就是回复到锅炉蒸发量随波动负荷的变动而多变，燃烧不稳定，运行热效率下降，失去了原来为平衡波功负荷而设置蓄热器以使锅炉按一定蒸发量稳定燃烧而节约能源的目的。因此，运用分段积分法时，既要使蓄热器容积适当地小，又要使锅炉蒸发量的调整阶段较少。

在计算所需蓄热量时，可以不必求取积分曲线上的所有各点，只需求出波动负荷曲线与平均负荷曲线相交处的相应各点的位置，就已经足够了。如图3-17所示为从波动负荷用积分曲线的简化法求取蓄热量的图解。

积分曲线的纵坐标按下面的方法求出:

图3-18表示出按整个波动负荷曲线计算所需蓄热量。

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该波动负荷的平均负荷为2.5t/h。在平均负荷线以下的Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ三个时期的面积为进入蓄热器充热的蒸汽量，在平均荷线以上的I、Ⅲ、V的面积代表蓄热器放热供汽量，用以平衡高峰负荷。

如把负荷曲线所包的面积分为许多垂直小条，在横坐标上每小条的宽度△Z取

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0.5h，则相对应的每一小条的面积(Gs—G’)△Z就是该时所耗蒸汽的重量(t)。先标记面积的编号，并将数值写在累计表中。累计表中第二栏是面积的累计数。在平均负荷线下方的面积为对蓄热器的充热蒸汽量，标以“+’号，反之为放热的蒸汽量，标以“—”号。

把计算出的基本面积的各个数值按任何比例沿图3-18下图中的0-0’轴线排列 (两个顺序的面积编号相当于0-0’轴线上的lh)，这些点所构成的曲线即为波动负荷曲线的积分曲线。用所求得的曲线纵坐标的最大差值，按积分曲线所采用的比例，可以求得所需的蓄热量

如果蓄热器的充热压力为1.23MPa(12.5kgf/cm2)，放热压力为0.34MPa(3 .5 kgf/cm2)，根据公式〔2-17〕和(2-18〕，考虑到蓄热器内的压力降和蓄热器排汽口到低压分汽缸的压力降各为0.05MPa(0.5 kgf/cm2)，蓄热器内部的工作压力为1.18MPa (12kgf/cm2)降到0 .39Mpa(4kgf/cm2)，查表2-l得单位蓄热量为69kg/m3 ，则蓄热器内充热终了时的水量应为7710/69=112m3。

又如，图3-19上图表示波动负荷曲线中的一部分(自9时至14时)，其平均负荷线为ab〔约30t/h)，ab线以上面积I，Ⅲ为需要蓄热器放热供汽量，ab线以下面积II为供蓄热器充热的蒸汽量。在下图中的曲线即为根据波动负荷曲线从头到尾对平均负荷的差值进行积分后的连续积分曲线，该积分曲线在纵坐标上的最高点和最低点之间的绝对值即为所需的蓄热量，约为26t。

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因为原波动负荷的峰谷差很大(最高烽39t/b，低谷12t/h)，达39-12=27t/h。如按图3-20上图所示，将波动负满曲线分为三段，并各取平均负荷线AB、CD、EF，其中人B与EF值相等(约为35t)，然后按分段积分曲线计算方法，分别进行积分后得到图3-20下图所示的积分曲线。该积分曲线的最高点和最低点之间的绝对值约8t，即所需的蓄热量。

由此可见，采用分段积分曲线法所求得的蓄热量比按整段积分曲线法计算的蓄热量可以减少26-8=18t。这样就能以较小的蓄热量(8t)平衡高峰用汽，锅炉则须在该段时间内分三个阶段两种蒸发量(35t和20t)运行。

上述计算结果对比如下:

综上所述，整段积分曲线法所求得的蓄热量过大，将使蓄热器工程投资很大，而锅炉蒸发量比分段积分曲线法所得值很小35-30 = 5t/h，一般力求以最小的蓄热量达到最大限度地缩减锅炉容量，以减少工程费用。对于锅炉，要力求稳定燃烧时间愈长愈好，必需的蒸发量调整要逐渐地准时实现，以利于调整燃烧所需空气量，避

免不必要的热损失。

如果蓄热器的蓄热量不够，就会破坏这个供热系统的正常运行，在某些条件下可能成为毫无效益的设备。如图3-21所示，在某纺织企业中，当系统中不用蓄热器时，压力波动剧烈，在6.5~ 11atm(约0.7~1.1MPa)之间。图3-22表示应用一台蓄热量足够的蓄热器后可使压力几乎连续保待在一定的数值，波动幅度很小。图3-23表示采用的蓄热器容量比所需蓄热量的一半多一些时候，其压力波动幅度仍大，象无蓄热器时一样。

(3)高峰负荷计算法

高峰负荷计算法是按用汽设备在用汽高峰或非连续的瞬间用汽时间内的耗汽量，减去该用汽时间内锅炉的供气量，求得必需的蓄热量的方法。在一般采用蓄热器与锅炉并联的方式中，这种计算方法适用于以蒸汽蓄热器主要作为保存大量蒸汽供短时间内使用的装置。它基本上没有平衡负荷的作用，因为相对于瞬时的用汽量有时锅炉的容量可以说很小。如图3-12所示的瞬时负荷，这种极大的瞬时用汽量无法从一般工业锅炉以正常供汽能力来解决。例如。应用蒸汽蓄热器在7~8 min内以500t/h的蒸汽流量，供喷气发动机试验室的蒸汽喷射泵抽气以获真空，其供汽锅炉为三台总容量仅18t/h压力为1.8Mpa(18atm)的燃油锅炉，因此对这类负荷，蓄热器的蓄热量主要决定于高峰用汽量，所需的蓄热量为

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(4)、充热速率计算法

当蒸汽蓄热器用于把间断供汽的汽源转变为连续供汽的汽源，或要求在一定时间内蓄存多余的汽轮机等的排汽时，蓄热器的蓄热量主要取决于充热蒸汽的流量。

例如，转炉炼钢生产中汽化冷却所产蒸汽是间断的，产汽量有波动，如接入厂区热网，必须消除汽源供汽压力的波动，使热网供汽的压力稳定。一般可设置蒸汽蓄热器按间断的充热汽源的供汽周期收储蒸汽，其蓄热量的确定原则是在一定时间内能收储该周期内所产生的蒸汽，使蒸汽通过蓄热器后能连续稳定地输入热网或供给热用户，不使余热锅炉超压而跳开安全阀排出蒸汽。这类用途的蓄热器的蓄热量可按下式计算：

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必须根据具体情况，灵活应用上述几种计算方法。

3．蓄热器的容积计算-

求得需要的蓄热量以后，就可计算蒸汽蓄热器的容积.

首先按照供热系统在设计时所定的蓄热器充热压力和放热压力，查阅线图或计算求取单位饱和水蓄热量，以及确定充水系数(见第二章第三节)。蓄热器的容积按下式计算：

求得蓄热器容积以后，可对照蒸汽蓄热器的标准系列产品确定规格型号，或作非标准产品设计。

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例如图3-24为印染厂的蒸汽负荷曲线。该厂装用6.5t/h锅炉一台，高峰用汽量为8t/h，经计算得分阶段的平均负荷为6t/h、6.4t/h、3.4t/h、2t/h、3.4t/h，每个阶段都在3h以上。需要的蓄热量为2t蒸汽，充热压力为0.98MPa(l0kgf/cm2)，放热压力为0.2MPa(2 kgf/cm2)。经查表2-1得单位蓄热量(蒸汽)为87kg/m3，取充水系数为90%，则蓄热器的容积为

根据定型产品可选用25~30m3的蓄热器一台。锅炉须按用汽负荷的变动分阶段以不同的蒸发量运行。

如在图3-18的例子中，已求得所需蓄热量(蒸汽)为1.71t，如果该蓄热器的充热压力为l.23MPa(12.5 kgf/cm2)，放热压力为0.29MPa(3 kgf/cm2)。考虑到蓄热器内和排汽口到低压分汽缸的压力降各为0.05MPa(0.5kgf/cm2)，则根据公式〔2-17〕和〔2-18〕:

查表2-1可得单位蓄热量(蒸汽)在69~84kg/m3之间，取78 kg/m3。如充水系数为90%，则所需蓄热器的容积为

可以采用一台110~120m³的蒸汽蓄热器。

又例如已求得所需蓄热量(蒸汽)为3000kg，锅炉供给压力为1.37 Mpa(14 kgf/cm2，绝对)的饱和蒸汽，放热终了时最低供汽压力为0.25MPa(2.5kgf/cm2，绝对)，蓄热器进汽充热管道的压力降(包括克服蓄热器内蒸汽喷头上方水柱重量的压力)ΔPt=0.1MPa (1kgf/cm2)，排汽管的压力降为ΔPz=0 .05MPa(0.5 kgf/cm2)。

根据已知条件可得:

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则所需蒸汽蓄热器的容积V按照公式〔3-5〕为：

为了保持充水系数不大于0.90，每个充热放热全循环所要放出的水量按公式〔2-14〕为:

四 蒸汽蓄热器的自动调节

在蒸汽蓄热器与供汽锅炉并联，并用于平衡频繁波动的用汽负荷的供汽时，蓄热器必须进行频繁而敏捷的充热和放热。这时控制充热和放热的阀门如由人工操作，一般难以达到运行的要求，必须采用自动调节阀门以保证动作的准确性。所以自动调节装置是蒸汽蓄热器系统中一个重要的组成部分。

蒸汽蓄热器充热和放热的自动调节目前有压力自动调节和流量自动调节两种方式。

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1．压力自动调节

压力自动调节是以主汽管内的压力脉冲作为输入信号，通过自动调节阀来控制充热和放热。它是以调节阀前或阀后管道内蒸汽压力变化为信号的调节装置。

图3-25表示典型的压力自动调节系统应用于蓄热器与锅炉并联的供热系统中。V1阀为阀前压力信号控制的自动调节阀。当高压分汽缸内压力上升到给定值时，它即自动开启，成为锅炉的溢流阀，使蒸汽输往低压汽用户(经V2阀)或对蓄热器充热。当高压分汽缸内压力下降到低于给定值时，V1阀就自动关闭，它的主要调节任务是维持锅炉压力稳定。如果V1阀兼有阀后压力信号控制时，则当蓄热器放热供汽到V2阀后压力低于需用压力时，即使锅炉压力在设定压力之下，V1阀也受阀后压力信号的指令而开启，以下限阀的作用保持低压供汽的压力，优先供汽给低压用户。

自动调节阀V2是个减压阀，信号取自阀后，它的入口侧压力变动幅度较大，随V1阀后供汽母管压力及蓄热器内压力的变化而变动。出口侧蒸汽流量随低压用户耗汽量的变化而有较大的变化，即使阀前阀后压差较大(当蓄热器充热终了时)，阀V2须经常保持阀后的压力一定，即它的主要调节任务是维持低压侧供汽的压力稳定。当低压用户开始用汽后，低压分汽缸内压力下降到给定值时， V2阀即开启供汽，以后阀为开度随低压侧压力变化而变动。当直接来自锅炉的供汽量大于低压用汽量时， V2前供汽主管压力升高，V2阀开度关小，多余蒸汽流入蓄热器充热。当低压用汽量大于直接来自锅炉的供汽量或V1阀已关闭时，V2阀前供汽主管压力下降，V

2阀开度增大，蓄热器即放热供汽，保持

V 2阀后的供汽压力一定。

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2．流量自动调节

流量自动调节是指蒸汽经过自动调节阀的流量保持定值，它以流量孔板前后的压力差作为脉冲信号与给定值比较，从而控制调节阀的开度。这个阀门开度的变化反过来再影响流量孔板前后的压差，使它保持定值，转而使蒸汽流量保持一定。

图3-26示出典型的流量自动调节系统，在该系统中，输往低压用户的蒸汽量保持定值。V2阀为流量自动调节阀，V1阀为压力自动调节阀。

调节V2以流量孔板前后压力差为脉冲信号和给定值比较，从而调节阀门的开度。这个开度的大小转而影响流量孔板前后的压力差，使它保持定值，保证以定量蒸汽供给热用户，V1阀取阀前锅炉压力为脉冲信号，当锅炉压力达到设定值时V1阀开启，使锅炉压力保持一定。

当直接来自锅炉的供汽量与低压用汽量平衡时，蒸汽从锅炉经阀V1、V1和流量孔板输往低压用户。如来自锅炉的供汽量大于低压用汽量时，流量孔板前后压力差就趋大，V2阀得到压差变大的信息后就关小阀门，使这个压差保持不变，以保持输出蒸汽流量一定，多余蒸汽则进入蓄热器充热。当来自锅炉的供汽量小于低压用汽量时，流量孔板前后压差变小，V2阀得到这脉冲信号后就使阀门开大；这时蓄热器内压力大于V2阀前压力，于是蓄热器就开始放热供汽，V2阀的开度处于使流量孔板前后压力差维持定值以保持定量供汽。

现在用于蒸汽蓄热器的压力自动调节装置按它所用的能源可分为两类。一类为自力式调节器，或称直接作用式调节器，它完成调节作用所需的能源是利用被调节对象中介质的能量。另一类为单一能源式调节器，按其动力形式可分为1)气动调节

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器，其能源为压缩空气；2)液动调节器，其能源为高压液体，如油；3)电动调节器，其能源为电能。

在蓄热器的自动调节系统的设计中，调节阀的特性选择和口径计算是重要的环节。与锅炉并联的蓄热器在运行中，自动调节阀V1和V2上的最大压力降对最小压力降的比数可达十倍左右，所以宜采用等百分比的流量特性的调节阀。

为保证生产设备的安全，当采用气动或电动调节阀时，调节阀V1宜选用气关(或电关)型，V2阀宜选用气开(或电开〕型。这样，如调节系统发生故漳，V1阀就全开，锅炉所产蒸汽可流入蓄热器储存。如调节阀V2前压力突然升高时，V2门立即关闭，以防止低压用汽设备发生超压。

选用何种形式的调节阀，应根据用汽负荷变化待性、用汽参数、对调节精度的要求、投资限额和维修水平等因素考虑选型。

此外，蒸汽蓄热器在运行过程中须调整水量(补充或排出)。因为这种水量变化比较缓慢，一般可定期由人工操作，对于自动化程度要求较高的场合，也可装用自动调节水位的装置。

五 蒸汽蓄热器及其管道仪表的设计和安装

卧式蒸汽蓄热器一般安装在露天紧靠供汽锅炉房附近的场地上。通常在近地面处安装，在必要时可以用承重支架升高到必要的高度安装，使蓄热器底下的空间可以另加利用。

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蓄热器的地基必须坚实可靠，防止不平均沉陷，地基的载荷须按蓄热器充满水时的总重计算。地面以上的基础高度须充分考虑到蓄热器筒体保温层的敷设和检修所需的空间高度。在蓄热器上部可装设必要的检修平台。

卧式蓄热器上部的进汽排汽管道的安装方式有垂直和水平两种布置。图3-27示出垂直布置方式。图3-28示出水平布置方式。

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设计蓄热器的进、排汽管道及其阀门时，须注意力求减少阻力，以保证尽可能多的蓄热能力。

如果蓄热器用过热蒸汽充热，在运行中须定时补充软水入筒体，因此要有加压的水源供水及接给水管道。

如果蓄热器用饱和蒸汽充热，在运行中须定时排出部分热水。为回收这部分热水，可用保温管道接到锅炉房水箱。

蓄热器的进水管和放水管在运行时同样受到蓄热器内相应压力，所以必须用管卡可靠地固定。

蓄热器的工况如在锅炉房值班室监测时，可采用远传式压力计、水位计和温度计等或带有连续记录装置的仪表。

在户外的蓄热器旁边也可设置一个防雨雪的小亭，集中安装原来装在蓄热器本体上的仪表。

图3-29示出油压式自动调节阀安装图，对V1和V2阀均未用旁通阀门。

六 工程的技术经济

用汽负荷有较大波动的工矿企业装用蒸汽蓄热器的目的一般可分为两种：一是现有锅炉总容量已足够，为了稳定锅炉负荷、提高锅炉运行热效率、节约燃料、降低产品能耗等而装用蓄热器，装用以后还有可能减少运行锅炉的台数，由此而产生备用锅炉，二是高峰用汽负荷已超过现有锅炉总容量，但平均负荷小于锅炉总容量，

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因此装设蓄热器是不增加锅炉而能保证高峰负荷用汽的一个方案。

对于在上述两种条件下装用蒸汽蓄热器是否在经济上合算和在运行上有利，宜作详细周密的技术经济分析。特别对上述的后一种情况，可对采用蓄热器方案和购置与运行等量的锅炉机组方案进行分析对比，在分析中须根据具体情况充分分析利弊。对于采用蓄热器方案可以分析估计直接的经济效益和较难计算的运行方面的得益，例如保证供汽可靠性后所取得的效益与保持适用的蒸汽参数、拥有一定数量的应急蒸汽储备、提高产品的产量和质量等等的效益。

1．装设蒸汽蓄热器后的主要经济效益

(1)、节省锅炉燃料

锅炉由于频繁又迅速地变化燃烧工况而造成的额外燃料损失和锅炉的形式、容量、调节性能、燃料品种和管理维护水平有关，所以装用蒸汽蓄热器后节约燃料的百分率也随之有所不同。通过许多实践的总结，节约燃料的百分率可超过10%，一般在5--8%左右。

燃油锅炉由于油比煤容易调节燃烧，故节约燃料百分率一般低于燃煤锅炉。 锅炉在按满负荷连续稳定运行时的运行热效率最高。按部分负荷运行时，燃料的额外损失增多，这时热辐射损失并不小于满负荷时。锅炉在压火、停炉、开炉和迅速变动负荷时均有燃料损失。采用蓄热器后就能最大限度地消除这类额外的燃料损失，是维持锅炉在最高运行热效率的一种有效方法。

(2)、节省初次投资

在一般情况下，如波动的用汽负荷超过锅炉额定蒸发量，采用蒸汽蓄热器解决高峰负荷，比设置一台锅炉机组 (包括辅助设备及房屋、构筑物等)花费较少。蒸汽蓄热器常安装于室外，只需简单的基础。蓄热器的使用寿命较长 (一般可超过50年)。维修工作量很少，如和锅炉相比可以忽略不计。

采用蓄热器配合锅炉后可以最小的蓄热量满足高峰用汽的需要，相应地可减少所需锅炉的容量，特别在高峰负荷持续时间较短的条件下，能减少锅炉的容量最多，所以，能否采用较小的锅炉配以蒸汽蓄热器供波功负荷用汽是决定投资的主要考虑因素。

蒸汽蓄热器放热供汽持续时间的长短对所需蓄热器的尺寸有决定性的影响。放

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热供汽持续时间决定于高峰用汽负荷的持续时间。德国戈特司坦(w.Goldstern)根据西方情况的总结分析，认为一般在高峰用汽负荷持续时间小于4小时的情况下装设蓄热器，比设置相应容量的锅炉机组在初次投资上较少。而对于电站，根据近年来的研究，则为6小时。如果高峰用汽负荷持续时间较长，超过上述界限，则采用蓄热器在经济上就不比设置相应容量的锅炉机组有利。

装用蓄热器后，由于保证即使在高蜂用汽负荷时供汽的压力稳定和品质良好，所以可使生产工艺顺利进行，产品的产量和（或）质量有所提高。产量的提高不仅可降低单位产品的能耗，从投资上看，相当于不花费工艺设备的投资而增加了生产能力。

2．蒸汽蓄热器的造价和工程投资分析

除了很小的蒸汽蓄热器之外，蓄热器筒体的制造费用与筒体所耗用的金属重量多寡成正比，也就是和和筒体表面积和钢板厚度的乘积成正比，并由此可转化为和体积与压力的乘积(V×P)成正比。容积大、压力高就使制造费用趋大。在一定压力范围内，降低蓄热器工作压力与增大体积比提高工作压力与减小体积合算。

根据戈特司坦按德国情况的分析，用钢板制造的压力容器，每m3×kgf/cm2(0 .098m3×MPa)，即单位V×P的造价最低的界限为50m3，小于50m3则上述单位V×P的造价就较快地上升。工作压力为20 kgf/cm2 (约2Mpa)的蓄热器，其单个最大经济容积不宜超过500m3。对于预应力铸铁块构造的压力容器其经济容积的下限为500m3。图3-30示出蒸汽蓄热器筒体的对比价格(西欧)，它不包括充热和放热装置的费用。

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苏联梅林捷也甫提出:衡量蓄热器的设计容量是否经济也可用“为减少锅炉蒸发量1t所需的蓄热量”这个指标作比较，即

这个比数可与同类型工程的经验指标作比较分析。上式的分母即锅炉在配用和不用蓄热器两种情况下分别应付高峰负荷所需蒸发量的差值，即应用一定容量的蓄热器后锅炉蒸发最的减少量。所以蒸汽蓄热器的经济性的大小在于它是否以最小的蓄热量满足高峰负荷的供汽，同时使锅炉蒸发量的减少量达到最大。

蒸汽蓄热器的工程投资大小与各国国情。能源形势和等因素有关，在欧洲正常的工业经济条件上，蓄热器筒体(不包括保温工程)费用约占工程投资的65%~85%，在电站，则可能接近75~90%。

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筒体费用是蓄热器工程投资中的主要部分，它决定于蓄热量的多寡，附加费用(如充热装置)的大小主要决定于充热或放热的速率，如果放热阶段时间较长，就会使筒体费用上升到上限。利用旧兰开夏锅炉或其它压力容器改造为蒸汽蓄热器是节约投资的一个方案。

一般钢制蓄热器的单台容积在通常制造条件下宜不大于150m3.当需要的总容积较大时，可由若干台容积小的蓄热器组合。虽从热损失等方面来看大容量蓄热器在技术经济上比较有利，但超过一定容积的大型压力容器往往由于制造工艺和需用的工艺装备以及高强度材料的价格等因素而使它的制造费用急剧上升。

火力发电厂、核电站等需要高压恃大容量的蒸汽蓄热器。为此，联邦德国正在研制单台容积为别2000、5000、8000 m3，压力为50~60 kgf/cm2 (约5~6Mpa)的预应力铸铁压力容器新结构。

七 节能工程的经济评价

蒸汽蓄热器作为一种节能设备，其常用的工程投资回收的评价方法有二： 1)以投资回收期限(年)作为评价指标; 2)以投资的回收率(%每年〕作为评价指标。

前者根据年节能回收的净收益，计算偿还一次投资的年限。这个方法又可分为是否计算投资利息等两种方法。

不计投资利息的单纯投资回收期限按下式计算:

式中 N—单纯投资回收年限(年)， M—工程投资(元)， I—年净收益(元/年).

当计算投资利息时，回收期限按下式计算:

式中 N——单纯投资回收年限 (年) I——年利率(%);

n——计算利息时的投资回收年限(年)，按年节能净收益根据利率i折算成投资

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的现值，这个现值累计到总值等于一次投资时的年限为止。

上述N的倒数1/N称为投资回收系数或投资回收率(%每年)，即上述评价方法之2。

在周密的计算中还可计入新旧设备的拆旧和残值、税金等等. 蒸汽蓄热器作为节能设备评价的指标一般有二项： 1)投资回收年限;

2)年节约1t标准煤的净增投资。

这二项指标的可行界限一般根据国情、时间、工程地点等具体情况而定。

第四章 蒸汽蓄热器的应用实例

一 应用于用汽负荷波动幅度大、频率高的供热系统 1．制桨造纸厂

在制浆造纸厂生产过程中，制浆原料(例如木片、稻草)经蒸煮、洗涤、净化、漂白、打浆后通过造纸机制成纸张。其中，蒸煮过程目前一般采用蒸球或蒸煮锅。蒸煮升温时用汽量〔压力约为0.7~1.2MPa(7~12kgf/cm2)〕很大，保温时较少，装料和浆料排放时则不用汽。因蒸煮器的容积较大，蒸煮过程的用汽使工厂用汽负荷波动很大。此外，漂白、碱回收过程中的用汽也有波动。其它如造纸机等的用汽负荷一般是连续而稳定的。

图4一1示出五台蒸煮器的负荷曲线。由图可知用汽负荷有剧烈、频繁的波动，最少时约6t/h，最大时达22.5t/h。如仅有锅炉供汽而无蓄热器配合，则锅炉负荷势必随之剧烈波动。

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图4一2表示某制浆造纸厂采用两种不同放热压力的蒸汽蓄热器，分别输出中压和低压蒸汽，供给用汽压力不同的设备。

日本有一制浆造纸厂制造牛皮纸浆、牛皮纸、卡纸等。该厂为制浆生产上有利而采用扩大蒸煮器单台容量，减少台数。这样，使间歇式蒸煮器用汽负荷的波动剧烈减少。如图4一3所示。

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该厂供热系统(部分)见图4——4，如果不装蓄热器，分析有以下问题：

l)预计到蒸煮器有高峰用汽，因而相应先降低主锅炉的负荷，由此使主锅炉经常在低负荷下运行。因须应付高峰负荷，所以锅炉负荷变动较大，锅炉运行热效率下降。

2)主锅炉常处在基本负荷下运行，使所联结的汽轮发电机组(l0000kw)的发电量

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下降。

3)因为降低了主锅炉的负荷，需要经常运行热效率较低的辅助锅炉作补充。 由于存在以上的不足之处，一年要多花二千万日元。为消除这些不足，发挥设备长处，决定装设蒸汽蓄热器。

该厂供热系统中在蓄热器之前装有一只流量调节阀，其开度按蒸煮器的基本耗汽量整定。

图4一5示出该厂装用蓄热器前后锅炉蒸发量的对比，前者波动剧烈，后者波动很小。

该厂装用蓄热器后取得的效益如下:

1)主锅炉能稳定地运行，热效率有所提高，燃料油有所节省；

2)热效率较低的辅助锅炉的运行时间减少，l号锅炉(50t/h、3.7MPa)经常不用；

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3)提高了主锅炉的负荷水平，所以增加了汽轮发电机组的发电量； 4)锅炉负荷波动少，然料燃烧较好，烟尘减少，有利于环境保护； 5)因锅炉工况稳定，司炉劳动强度减轻。

装设蓄热器之后，锅炉热效率提高了约4.5%。由于降低了1号锅炉(50t/h)的负荷率，提高了高效率的3号锅炉(主锅炉，100t/h)的负荷率，每月节约重油143 .9kL，年节约油料费4360万日元(1977年)。

又因汽轮发电机组的发电量有所增加，一年可增收5000万日元。反之，如前分析，不装用蓄热器还要增支2000万日元。这样合算之后，一年可收益7000万日元，除了上述节约燃油费、增加收益以及加上其它难以折算的费用，综合计算后估计1亿九千万日元的蓄热器工程的投资约二年可以回收。

2．橡胶轮胎厂

在橡胶厂中，用汽负荷有较大波动，主要因为有间歇操作的硫化罐间断地用汽。 南朝鲜某橡胶轮胎厂生产汽车轮胎、内胎。原来当硫化罐操作用汽时，供汽压力下降，锅炉负荷发生急剧波动。后为了防止锅炉运行热效率下降和蒸汽带水而装用了蒸汽蓄热器。该厂共有四台锅沪，规格如下:

20t/h，1.57MPa(16kgf/cm2) 2台 10t/h，1.57MPa l台 7t/h，1.57MPa 1台 合计37t/h，1.57MPa， 4台

装用60.6m3蒸汽蓄热器一台，最高工作压力为1.57MPa供热系统见图4——6。 该厂装用蓄热器后所获得的效益如下： 1)消除了锅炉负荷的波动； 2)由此使锅炉容量增加； 3)提高了产品质量； 4)节省了锅炉燃料；

5)产品燃料单耗下降10%，如图4一7所示。

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3．酿酒厂

蒸汽蓄热器也应用在啤酒厂。啤酒的生产工艺过程分为麦芽加工、糖化、发酵，贮藏和罐装。工艺概况和用热特点如下。

(1)、麦芽生产

啤酒是通过酵母的作用而制成的。麦芽生产是激活酶的作用，使制酒用的麦粒中所含淀粉达到易溶于水的状态。首先对原料大麦用精选机除去混在其中的稗和杂谷，然后按麦粒大小筛分后倒入浸麦槽，泡在水中，使它吸收发芽所需水份。以后转入发芽箱，并送入低温的适当湿度的空气使麦粒发芽，约经一周时间麦粒发芽完毕。

接着将发芽的麦粒放入麦芽烘炉内烘干、去根，成为麦芽。在麦芽生产过程中

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主要用汽没备为麦芽烘炉，其用汽负荷按程序控制在干燥开始时最大，然后逐渐减少，干燥时间约需一天(一个周期)。为利用当地的自然气温条件，减少能耗，可在适当的季节中集中进行麦芽生产，即使是例假日也开工，而在气温高的炎热季节则长时间停止麦芽生产。

(2)、糖化

由于酶的作用，能从麦芽的浸出物水解成糖分，这就是糖化工艺。把碾成细粒的麦芽和混有部分麦芽的米分别放入盛有热水的糖化锅及糊化锅，然后加热。这样，通过麦芽中所含醣化酶的作用而使淀粉质变为糖而成为麦汁。然后将这两锅液汁混合后倒入麦汁沸腾锅，加入啤酒花并煮沸，就可获得啤酒所特有的风昧。

除了煮沸水要用蒸汽以外，糖化锅、糊化锅、麦汁煮沸锅的加热均需用蒸汽，也可用热水。因这些锅都间歇地操作，所以用汽负荷波动很大，用汽量也多，就需用蒸汽蓄热器来应付用汽负荷的波动。

(3)、发酵及贮藏

在麦汁冷却之后加入酵母，然后倒入发酵罐开始发酵。由于酵母的作用，麦汁中的糖分解为酒精和二氧化碳，约经一周时间的发酵就开始酿成啤酒，但这啤酒并不醇和，二氧化碳的含量不足，所以需移入贮酒罐在低温下贮存约二至三个月使它慢慢地成熟。这酒经过过滤后即成为透明的成品啤酒。

(4)、灌装

将成品啤酒装入罐内或瓶内后密封，用杀菌机通过热水喷淋进行杀菌。 洗瓶机和洗桶机内苛性碱和水以及杀菌机内热水均需用蒸汽加热，这些设备除在开始使用时和停用时用汽负荷有波动之外，其余时间几乎无波动。

啤酒厂各工艺过程中蒸汽使用的分配比例(年平均)约为麦芽加工占15%，糖化占35%，发酵贮藏占10%，成品灌装占30%，废水处理占5%，生活用汽占3%，其它2%。其需要昼夜供汽的工段有麦芽加工、糖化和废水处埋。

啤酒厂装设蓄热器的目的除了平衡锅炉负荷之外，在用汽负荷低时可停用锅炉，单由蓄热器供给少量蒸汽。用汽负荷波动大的部门主要为糖化工段，负荷低时(厂休日)的用汽部门为麦芽加工、废水处理和生活间。

日本某啤酒厂有锅炉三台：17t/h二台，34t/h一台，装设蓄热器110m3、1.57MPa(16kgf/cm2)一台。供汽压力分高、中、低三种，供热系统见图4——8。装

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用蓄热器后取得的效益如下：

l)蒸汽蓄热器吸收了负荷的波动，使锅炉燃烧稳定。

图4一9为该厂糖化工段用汽量记录。从图中可看到以二小时左右为周期的用汽高峰，峰谷差值很大。即波动幅度很大。

图4一10为未用蓄热器时17t/h锅炉的负荷曲线，它显示出锅炉蒸发量随波动用汽负荷剧烈而频繁地波动。

图4—11示出这台锅炉在装用蓄热器后的负荷曲线，它显示锅炉蒸发量稳定。 图4一12和4一13示出34t/h锅炉在未装和装用蓄热器后的负荷曲线。在未装蓄热器时，如夜间用汽负荷低，将因锅炉容量过大而无法运行。在装用蓄热器后，

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在夜间低负荷时该新式的34t/h锅炉能稳定地运行，旧式的17t/h锅炉可以停炉。

.

2)取得降低锅炉烟气中氮的氧化物(NOx)的环境效益。

装用蓄热器后锅护排气中的含氧量约降低3%。把氮的氧化物发生率较高的旧式锅炉(17t/h)调度为辅助锅炉，以低负荷运行，因此可降低氮的氧化物的发生量。

3)节省燃料

由下表的统计数字可知装用蓄热器后锅炉产生每吨蒸汽可节约燃油84.3一74 .7=9 .6L/t。该厂一年中蒸汽耗量(概算)约为100000t，燃油节省数量9.6×100000=960L/年，每kL油价以35000日元计，可节约燃料费960 ×35000=33600000日元。

蓄热器工程的投资为65000000日元，所以蓄热器工程投资回收年限为65000000/33600000=1.94年(按最简单计算法)。

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4)司炉感到虽用手动方式调节燃料，但现在从一种工况到另一种工况的调节非常方便，尤其是锅筒水位稳定，消涂了紧张的心理。

5)遇锅炉紧急停炉时，因蓄热器有一定的蓄热量，就有充裕的时间处理。 日本某威士忌酒厂也采用蒸汽蓄热器。在威士忌酒厂中用汽最多的部门为蒸煮和糖化工段、蒸馏工艺以及管道的杀菌等。未装用蒸汽蓄热器时曾出现过下列一些情况。最大的问题是锅炉的炉膛温度过高，炉壁耐火砖烧坏。此外，蒸馏工艺不能临时中断，当供汽压力下降就影响正常的蒸馏，严重时蒸馏工艺恶化，发生雾汽夹带，使成品酒的成分恶化，质量下降。还有，会发生令人讨厌的煤烟。

所以，该厂锅炉的运行和用汽负荷方面有以下特点： l)在生产过程中白天出现的用汽高峰次数较多； 2)锅炉供汽压力如不稳定就影响厂内的热能管理；

3)如送往蒸馏工段的蒸汽不均匀，会使产品质量发生波动，并可引起生产工艺时间延长或生产中断等；

4)由于锅炉多燃烧不当，影响锅炉热效率和造成炉子内部烧损； 5)食品工厂内禁忌煤烟飘扬。

为解决以上问题，该厂决定装用蒸汽蓄热器。

该厂糖化蒸馏工段用汽负荷见图4一14。图中显示平均负荷约为6.6t/h，高峰负荷为9~9.5t/h。厂内已有水管式锅炉一台，其蒸发量最大为7.5t/h常用6.5t/h，工作压力1.57MPa( 16kgf/cm2)，燃料为重油。车间低压用汽压力为0.59MPa(6kgf/cm2)，决定采用40m3蒸汽蓄热器一台，蓄热器与锅炉并联连接。

蓄热器运行后的效果如图4—15所示。未用蓄热器时，锅炉压力波动大；排烟中CO2含量变动大；蒸发量波动大。装用后，锅炉压力稳定，图中有一处突然汽压下降是每晨低负荷时进行排污和清扫燃油器的时候；蒸发量波动幅度小；排烟中CO2

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含量稍高并较稳定，但这不能完全归功于蓄热器，因为影响CO2含量的因素较多。

锅炉运行热效率提高6~7%。每1L重油的威士忌酒产量从l.03kL增加到1.18kL。 此外，还有因优质威士忌酒的生产均衡，减少了加班现象。司炉操作不紧张，汽压稳定，因此便于热能管理，除了用数字表达出蓄热器的效果之外，一个很大的经济效益是产品质量的提高。如果供汽压力有波动，就要用蒸馏。经过二次蒸馏之后，酒精的风味变坏，和普通的酒精味道一样，威士忌酒醇味差，所受损失就大。有了蓄热器，对防止发生这类情况，能起很大作用。

4．纺织印染厂

在一般情况下，印染厂生产中的蒸汽主要用于漂炼、染色、印花、整理等部门。其中漂炼工段用汽负荷较为稳定。染色工段中的连续轧染设备由于分批量操作而致用汽负荷变动较大，高峰负荷时间短促而频繁。整理工段用汽也较稳定。印花工段的设备开停较频繁，当它的用汽量比重大的时候，就成为使全厂用汽负荷频繁波动的主要部门。从全厂的热能管理来说，在一定限度内可以从操作时间的安排上错开用汽。力求避免出现高峰和降低峰值。但在调整到无改进余地时，就需要在供热系统采取措施来保证供汽的压力和品质。

印染厂的用汽特点是第一、二班的用汽负荷波动大，高峰负荷持续时间短而频繁出现。图4一16为印染厂一昼夜间的用汽负荷曲线。曲线表明在白天6~16时内出现多次用汽高峰，白天和夜间的用汽量相差很大。图中虚线为在考虑装用蓄热器时，预计分阶段平衡时的平均用汽量。

印染厂生产工艺中要求蒸汽压力保持稳定，这样染色工艺程序就可顺利地进行，保证印染的质量。如果流人染槽的蒸汽干度和压力不稳定，染液浓度就发生变化以

致影响印染质量。此外，烘缸用汽要求蒸汽干度稳定。因此必须保证供汽压力稳定，蒸汽干度良好。

图4一17示出有背压式汽轮发电机组和蒸汽蓄热器并联的供热系统，其中锅炉K1所产1. 18MPa(12at)300℃蒸汽通往背压式汽轮机，汽轮机的排汽送往0.34MPa(3.5at)低压供汽干管，其多余的高压蒸汽经自动调节阀V1送往蓄热器及低压供汽干管供加热C、整理B、染色A工段用汽。当锅炉K1的蒸汽不够供应全厂用汽时，使用低压锅炉K3补足供汽。蒸汽蓄热器平衡波动的用汽负荷，使锅炉负荷分阶段稳定，一般除使锅炉寿命延长和运行热效率提高之外，最显著的经济效益是提高印染质量与生产效率和降低产品能耗。

联邦德国某纺织印染厂的锅炉房已装有9.0t/h和6.4t/h，工作压力2.8~3.0MPa(28~30atm)370℃的水管锅炉各一台，车间用汽压力为烘干机所需的0.7MPa(7atm)，耗汽量约2t/h，又以0.25MPa(2.5atm)供热交换器产生热水以及其它设备的用汽。

从用汽负荷曲线图4—18可知锅炉负荷极不规则，特别由于漂染工段用热量变化大。冬季高峰负荷约10t/h，已超过一台大的锅炉的容量。因此，由于负荷波动剧烈而且迅速，造成锅炉运行困难。

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由于锅炉压力较高的有利条件，可以采用一台容量相对较小的蒸汽蓄热器达到平衡波动负荷的目的。

图4--19示出该厂的供热系统。蒸汽蓄热器与减压阀1及规划中的背压汽轮发电机组7并联。通过计算分析，蓄热器的充热压力以1MPa( 10atm)较为经济，所以蓄热器前的调节阀9有阀后信号联接，当蓄热器内压力达到1MPa时，不管锅炉压力多少，阀9就关闭。放热压力由自动减压阀11保持在0.25MPa(2.5atm)。

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蓄热器10的尺寸为直径2m，长8m，蓄热量为2t蒸汽，充热速率为4t/h，放热速率为3t/h。

装用蓄热器后，在冬季负荷高峰时已足够达到完全平衡、锅护负荷稳定在8t/h左右。在夏季锅炉负荷稳定在3一6t/h已够用。此外，由于夜间用汽量少，尤其在夏季，只要蓄热器充热后足可应付，锅炉可在车间停车前三小时就停炉。

应用蓄热器后负荷均衡，压力波动消除，所以可按计划装用一台背压汽轮发电机组，如图中虚线所示。

英国某地毯制造厂的锅炉房有二台各为6t/h、l MPa(10atm)的燃油火管锅炉，虽然燃油锅炉一般可以跟随迅速的用汽波动进行调节，但在高峰负荷时运行将发生困难，额外热损失增多。图4一20用汽负荷曲线中可以看到许多尖峰，这是由于漂染工段的二台容积各为30m3的大染缸用汽时所造成的，并且已经避开二台同时加热，否则就要超过锅炉最大总容量。染缸尺寸较大是由地毯宽度约达7m所决定的。漂染机器中的水从冷水开始启动后必须在30min内达到沸腾。其它用汽设备为供干机和冬季集中采暖，其用汽量均较稳定。

由于安装场地有限，决定采用一台直径为3m，长约10m的蒸汽蓄热器，这是最小的尺寸，这样就可能装在锅炉房中原预留给第三台锅炉的位置。

图4—21示出蓄热器与锅炉串联的供热系统。采用串联系统是由于漂染工作虽然需要0.3MPa(3atm)左右的蒸汽，但实际上只需0.1MPa(1atm)，现锅炉压力为工1MPa(10atm)，所以可使蓄热器充热放热的压差尽可能地增大以增多蓄热容量。

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装用蓄热器后，保持原产量时只要运行一台锅炉，可节约燃油约10%。后来又添装第三号染缸，于是需要运行二台锅炉。该厂装用蓄热器的最大效益为增加产量并节省了添加锅炉的投资。

5．糖厂

糖厂是目前在日本应用蒸汽蓄热器较多的行业之一。按原料的不同而分为l)以甘蔗为原料的塘厂，2)以甜菜为原料的糖厂，3)加工原料糖的精制糖厂。这三类糖厂的热能经济情况如下。

蔗糖厂以甘蔗为原料。甘蔗经过压榨，取出糖分，然后加以精制、浓缩后制成砂糖，并用这种砂塘作为原料糖再加工成白砂塘，甘蔗经压榨后所剩的甘蔗渣可作为锅炉燃料使用，以提供热能。

一般蔗糖厂的热能单耗指标为0.6~1.0t(汽)/[t(甘蔗)·h]，但近来因执行环境保护规定或生产自动化的发展使处理单位甘蔗量的电耗有所增加，而且由于多数工厂同时生产规格不同的成品糖，所以不能用一种能耗指标来表示不同的产品的能耗。

蔗糖厂中一般榨出的糖汁浓度在9.0~12.0%左右，它可利用汽轮发电机组的排汽来浓缩。一般采用多次使用的浓缩罐反复地进行浓缩，上一段浓缩罐的液汁蒸气流入下一段进行热交换。工艺流程中的各种加热器、结晶罐也要用这种蒸气，因而它的利用成为蔗糖厂热能分配利用的关键。通过浓缩工段，甘蔗汁中80%以上的水分可被浓缩。

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甜菜糖以甜菜(俗称糖萝卜)为原料。甜菜与甘蔗含有同样的糖分，其单位原料的砂糖收取量一般大于甘蔗。甜菜抽出糖分后所剩下的残渣(甜菜废丝)经干燥后可作饲料或其它用途，它是一种很有价值的副产品。

精制糖工厂主要以蔗糖为原料糖加以精制，可获得和从甜菜糖制得的同类型砂糖。在精制过程中，一般用汽负荷的波动非常剧烈。

在糖厂中一般由于真空结晶罐等工艺设备的操作是间断的，用汽负荷剧烈波动，因而往往使锅炉压力发生波动，甚至发生汽水共腾，使产品质量下降，产量减少。装用蒸汽蓄热器后，一般就能解决这类问题。

日本某精制糖工厂有每天加工365t的生产能力，其耗煤量为生产砂糖的原料糖时耗煤量的20~30%。精制糖工厂蒸汽耗量变动大的原因，首先是真空结晶罐要耗用总蒸汽耗量的70%。在真空结晶罐内使锤度为60左右的糖浆在压力为0.03MPa(0.3kgf/cm2)的蒸汽下约经40min的时间就浓缩成锤度为73的糖浆。在这里导入晶种，使它结晶，并继续煮沸，达到锤度为87的低级粗砂糖时完成结晶工艺。

在糖厂用汽设备中多功效蒸发器的运行是连续的，各真空结晶罐的运行是间断的。又因各类砂糖(一砂、二砂、三砂)结晶罐的煮沸时间长短不一，所以在实际生产中这些结晶罐的操作不免有所重叠，因此用汽负荷的波动不能避免。

该厂有30t真空结晶罐2台，25t的2台，8t的2台，共计6台。供汽锅炉有燃煤锅炉8t/h(最大连续负荷10t/h)l台和燃油锅炉10t/h(最大连续负荷12t/h)1台，工作压力均为0.96MPa(9.8kgf/cm2)。未装蒸汽蓄热器时，真空结晶罐的汽压波动非常剧烈，会发生假晶体或结晶失败。为消除这种结果而掺加水，但掺进的水在蒸发时又消耗蒸汽而引起汽压下降，以致反复地发生这种恶性循环。由于结晶失败而致砂糖粒度不均，不能通过高级白糖(绵塘)级的筛网的糖增多，这部分又必须返工重做。

采用二台容积分别为38m3和46.5m3、变压范围为0.83~0.29Mpa(8.5~3kgf/cm2)的蒸汽蓄热器，它们与锅炉并联。单位蓄热量(蒸汽)为56kg/m3，总蓄热量(蒸汽)为56×(38+46.5)×0.9=4258kg。蓄热器投人运行以后，锅炉在稳定的负荷下连续运行，汽压稳定，操作容易。锅炉在装用蓄热器前后的蒸发量和压力变化曲线见图4—22至4—26。未装蓄热器时锅炉蒸发量在4t/h到12t/h之间剧烈地变动，装用后在8t/h左右稳定地运行。

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装用蓄热器后的经济效益如下。

1)锅炉燃烧稳定，运行热效率均有提高。燃油锅炉由80.3%升高到85.4%,提高6.3%；燃煤锅炉由77.2%升高到82.5%，提高6.9%。

2)节约燃料很多。经换算后，燃油锅炉每日可节油861.72kg，燃煤锅炉每日可节煤1338.3kg。

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3)由于供汽压力稳定后，结晶罐运行顺利，砂糖的收取率提高。减少了原来因结晶不良而返工重做所引起的搬运、加工等费用，降低了产品的生产成本。

单位产品煤耗由原来每吨原糖270kg降到203kg，每吨原糖节约67kg ,降低单耗24.8%。

4)锅炉燃烧稳定之后，司炉操作方便，锅炉排放的烟气也达到了环保的规定。又因空气预热器的性能稳定，也提高了锅炉潜在的蒸发能力。此外，加上燃料搬运费的节省和产品质量的提高、产量的增加等等未经计算的效益，按当时的年节约金额和蓄热器工程投资计算后约一年左右就可回收全部工程投资。

日本某糖厂使用甘蔗渣作为锅炉燃料，装有汽轮发电组和汽轮碾磨机。汽轮机的排汽通入多功效蒸发器和结晶罐使用。原来因用汽负荷剧烈波动，锅炉所产蒸汽供应不上，为应付急骤的用汽，采用重油作锅炉辅助燃料助燃。装设蓄热器后用汽负荷的波动由蓄热器吸收，锅炉的燃烧工况稳定，助燃重油的耗量降到原来的1/10。

该厂共有三台以甘蔗渣为燃料的锅炉，其中18t/h两台，14t/h一台，工作压力1.47MPa( 15kgf/c m2)。采用50m3蓄热器一台和汽轮发电机组并联，如图4一26所示。装用蓄热后的效益如下。

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l)锅炉汽压稳定。未装蓄热器时，尽管司炉操作紧张又费劲，但锅炉汽压仍然波动。装用蓄热器后，锅炉燃烧稳定，司炉操作不紧张而锅炉汽压稳定。

2)生产能力(原料处理能力)增加。生产量由日产2100t增至2500t，且锅炉能力还有富裕。原来煮糖操作使用汽轮机的排汽，在排汽不够用时用饱和蒸汽补足。但汽轮机排汽压力因发电量的变化而有显著的波动，因此设定排汽压力存在困准，这样煮糖能力就不稳定。

装用蓄热器后汽压稳定，使生产效率提高约20%。

3)锅炉蒸发量增加。装用蓄热器后锅炉的负荷能力有显著提高，超过了预料。19年时平均蒸发量为43t/h，到1965年达51.5t/h，最大蒸发量则由47.4t/h增至55.9t/h。装用蓄热器后解决了高峰用汽，锅炉负荷稳定，甘蔗渣燃烧良好。

4)锅炉无过热现象。过去锅炉超负荷运行时只烧甘蔗渣不能维持，必须不断加入重油混烧，以致燃烧不稳定而炉内局部发生过热现象，曾发生锅炉水管爆破。

装设蓄热器后，只烧甘蔗渣时一台锅炉的平均蒸发量达21.0t/h，最大蒸发量达21.4t/h，这比额定蒸发量提高11.7%(日平均)和34%(最大1小时)，并且炉膛内温升均匀，局部过热现象消失。

5)锅炉排汽中的二氧化碳含量上升。未装蓄热器时烟道气体中二氧化碳含量在5~13%之间变化，装用后就稳定在14~15%。

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6)消除了蒸汽压力波动中超压时的排汽噪声。装用蓄热器后即使汽轮机的负荷有波动，但对锅炉没有影响。由于蒸汽压力稳定，锅炉及工厂蒸汽管道中的安全阀不会超压放汽，所以过去厂区附近居民对排汽噪声的批评意见也没有了。而在以往，尤其在深夜，安全阀排汽时附近居民曾意见纷纷。

7)提高了多功效蒸发器的效率。汽轮机的排汽压力稳定以后，多功效蒸发器的操作就方便，并且它的效率也有所提高。

8)锅炉热效率提高，节省燃料。装用蓄热器后锅炉运行工况稳定，重油助燃量减到原来的1/10，重油的单耗由每吨甘蔗4.1L下降到0.35L。

9)生产设备发生故障时蓄热器的工作有意外效果。1965年冬制糖生产期中液汁蒸气加热器中途发生故障而停用，因此汽轮机排汽的利用率下降，全厂热平衡被打乱，但由于蓄热器的作用使全厂生产得以继续顺利进行，这个很大的效果出乎当初的预料之外。

6．医院

医院中使用蒸汽的一般情况大致如下。医院中蒸汽的耗量随季节而异，而且即使在一天之内也有很大波动。因此，如用容量小的锅炉则在高峰负荷时供汽不够，如用容量大的锅炉则在低负荷时热效率下降而浪费燃料。为此，常装设二、三台锅护，根据季节改变运行的台数，但仅这样还不能解决好一昼夜之中的负荷不平衡。而且在医院手术室中夜间有意外的手术要做，重病房和早产婴儿室整夜要采暖，为了供这类少量的蒸汽，在夜间也要运行锅炉。综上所述，医院中蒸汽需用的特点为：

l)冬、夏和春秋季的蒸汽耗量变动很大；

2)炊事房、浴室、洗衣房和采暖等随用汽时间不同而蒸汽耗量变动很大； 3)早产婴儿室与重病房的采暖、急病的消毒等在深夜也需用蒸汽； 4)夜班人员的洗澡以及采暖等需用蒸汽； 5)早晨的蒸汽用量较大。

目前在日本已有不少医院装用蒸汽蓄热器。

有一个260张病床的医院，装有二台2t/h、0.69MPa(7kgf/cm2)的锅炉。冬季用汽负荷如图4一27所示，白天用汽高峰接近3t/h。该医院扩建增120张病床，扩建病房的冬季用汽计划如图4--28所示，高峰时为1.6t/h。综合扩建前和后的用汽负荷

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如图4——29所示，高峰负荷为4.4t/h。

两台2t/h锅炉因所用燃料品种与原设计的不同，每台实际蒸发量为1425kg/h，两台共2850kg/h。如按常例计算，扩建后须增添一台2t/h锅炉。研究采用蒸汽蓄热器，根据图4一29中蓄热器充热部分(2.85t/h负荷线以下)与放热供汽部分(2.85t/h负荷线以上)的面积基本上相近，约为3200kg。蓄热器的变压范围为0.49MPa(5kgf/cm2)降至0.07MPa(0.7kgf/cm2)，压差为0.42MPa(4.3kgf/cm2)，该时单位蓄热量为75kg，设充水系数为90%，则蓄热器的容积为：

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按蓄热器产品系列标准，决定采用50m3、压力0.69MPa(7kgf/cm2)的蓄热器一台，而不增加锅炉。

该院采用蒸汽蓄热器后的经济效益主要有：

1)能以原有小的锅炉容量扩大供汽能力。该锅炉房仍以原有锅炉总容量4t/h配用一台50m3蓄热器后顶替了按常规要增设一台2t/h锅炉的方案，并保证冬夏两季的高峰用汽。

2)提高锅炉热效率，节省燃料。装用蓄热器的方案和增添锅炉使总容量达6t/h

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的方案相比，避免了锅炉有时在低负荷下运行，而使锅炉在最高热效率下运行，节省了燃料。

3)节约劳动力。在夜间锅炉可停止运行，以白天多佘的蒸汽蓄积于蓄热器供夜间早产婴儿室、急救消毒等少量用汽。早晨大量用汽也有蓄热器供应，司炉不须提早上班来运行锅炉。

7．宾馆和大楼

日本东京某宾馆的用汽负荷波动很大，且频繁而无明显的规律，如图4一30所示。未设蒸汽蓄热器时，为保证用汽高峰，在春秋季运行三台锅炉，合计总容量为7 t/h。在冬季须运行四至五台锅炉。后来决定装用蒸汽蓄热器。

蓄热器的变压范围为1.0~2.0MPa(10~2kgf/cm2)，单位蓄热量(蒸汽)为87kg/m3，深夜锅炉停止运行后需要的蒸汽量为4.5t，见图中23点到翌晨6点低负荷时的曲线。

考虑适当的裕量及意外的用汽高峰，结合产品系列标准，采用一台76m3的蒸汽蓄热器。装用这台蓄热器后只需2.5t/h的炉蒸发量(见图中平均负荷水平线)，在深夜至早晨可以停炉而由蓄热器供汽。在冬季运行时锅炉蒸发量只需要加大50%，配合76m3的蓄热器供汽，就能应付裕如。

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日本众议院事务局大楼自己不设锅炉，所需采暖和洗澡用汽全部由附近的国会议事堂的锅炉送出，经600m长的蒸汽管道送达大楼的地下室第三层，该处装有15m3蓄热器三台。这是因为大楼的设备入口较小，所以将蓄热器总容积45m3分为三台各15m3，以缩小设备的外形尺寸，使之能通过门洞后安装。图4一31示出该大楼的蓄热器供热系统。

一般大楼夜间不采暖，锅炉停止运行，但众议院事务局由于本身工作性质，夜间加班多，仍有部分要采暖，所以当夜间国会议事堂的锅炉停用后就由三台蓄热器供汽。

8．煤气厂

英国某煤气厂(水煤气)在废热利用以可实现一个经济的热电联供系统。由废热锅炉所产的蒸汽首先供背压式汽轮机产生动力，然后汽轮机的排汽供生产煤气用。在某些条件下如改为较高的压力后，使用燃料的锅炉完全可以放弃，但产生了如何平衡供汽和用汽的问题。在一个煤气生产周期中(一般持续3一6min)，废热可以利用的时间是在和蒸汽驱动的压缩机运行相错开的时间。图4一32示出煤气厂中利用蓄热器平衡废汽供应和蒸汽需用量的情况。图4一33示出煤气厂应用蓄热器后的供热系统。

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采用蓄热器后可以使该煤气厂的供热系统达到平衡。工业汽轮机的背压排汽以0.15MPa(1.5atm)充热低压蓄热器。为了使蒸汽先产生最多的动力，所以使蓄热器的充热放热压差保持在很小限度，最低压力取0.1MPa(1atm)。蓄热器内的压力波动会影响工业汽轮机的背压排汽管网中的气流脉动，但因波动幅度相对地小，所以蒸汽进入蓄热器前的自动调节阀(V1阀)可以取消。

蓄热器的压降只有0.15~0.10MPa(1.5~1.0atm)，因此单位蓄热量(蒸汽)约在10kg/m3。另一方面，需要蓄存的蒸汽量仅约130kg，所以所需蓄热器的容积并不庞大，仍

在实际可行的范围之内，这使它成为一个稳妥又经济的方案。对原来已有水容积较大的老锅炉的一些煤气厂尤为实用，可用很低的费用把老锅炉改造为蒸汽蓄热器。

煤气厂装用的低压蒸汽蓄热器串联于背压式汽轮机之后，可以使所产废汽和蒸汽需用量协调一致，达到了节能的目的。

二 应用于瞬时耗汽量极大的供热系统

1．钢厂真空处理工艺

在冶炼质量高的钢种时现在常采用钢液真空处理工艺，一般采用蒸汽喷射泵以

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获得真空，蒸汽喷射泵运行的时间很短，但在短时间内需用大量蒸汽。为保证这短时间的高峰用汽，避免为此而设置大容量的锅炉，且在锅炉运行时发生剧烈的负荷波动等，应用蓄热器配合适当容量的锅炉是经济合理的方案。

图4一34示出铸钢车间真空处理系统中蒸汽喷射泵的用汽负荷曲线。图中显示用汽的周期为65min，其中蒸汽喷射泵用汽时间为35min。高峰用汽量达1 4t/h，用汽时间为10min。供汽锅炉的蒸发最稳定在6t/h，所以须置一台容量较大的蒸汽蓄热器，其必需的蓄热量见图中6t/h平均负荷线以下有黑点的面积所代表的蒸汽蓄热量。

图4一35示出一个铸钢车间蒸汽蓄热器的供热系统，该车间采用钢包循环脱气工艺。供热系统中锅炉为140t/h的二台，蓄热器容积为110m3，它与锅炉并联，锅炉侧采用一只流量调节阀V1，低压侧采用二只压力调节阀V2。

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图4一36a)示出该供热系统运行中在急骤的瞬时用汽和停用时蓄热器的放热和蓄热时的压力变化。图中上坡式的升压曲线为充热阶段，下坡式的降压曲线为放热阶段，一个充热放热周期约为55min。图4一36b)示出时间坐标与上图相对应的蓄热器充热和放热的时间和蒸汽量(阴影线的面积)。图4一36c)示出蒸汽喷射泵的用汽负荷。图中显示喷射泵急开急关的瞬时用汽的特点，其用汽时间约为28min。因为喷射泵的用汽急骤，所以必须有反应速度快、控制性能好的自动控例阀门。

图4—37为另一钢液真空处理过程中蒸汽喷射泵在启动和工作时的用汽负荷曲线。该装置共有启动用喷射泵二台〔一级和二级分别以A1和A2表示，见图的右下

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角)，工作泵四台(一、二、三、四级分别以l、2、3、4表示)。在开动启动时，开动启动泵第二级A2和工作泵第四级4，即A2+4，其耗汽量为7.7t/h。在真空度达到24kPa(180mmHg)后，加开第一级启动泵和第三级工作泵，共开泵A2+4+A1十3，这时耗汽量为12.8t/h，当达5kpa(40mmHg)后，即关闭第一、二级启动泵，开动第二级第一级工作泵，共开泵4十3十2+1，这时耗汽量约为13t/h，见图中最长的横线。

根据经验，供蒸汽喷射泵的汽压采用0.39~0.98MPa(4~10kgf/cm2)较为经济。

2．空间技术试验室

在美国田纳西州阿诺德工程发展中心有大型高空模拟实验室两处(J—4和J—5)，分别用它试验液体燃料和固体燃料的火箭发动机。

J一4试验室为垂直式试验宝，其单元尺寸为直径33.5m、深80m的地坑，大部分位于地面以下。每个试验单元能模拟相当于30488m或更高的高空，供试验推力达2224kN(500000ibf)的液体燃料火箭发动机，如今后需要也可试到6672kN(1500000ibf)。

J—5试验室为水平式试验室，供试验推力达0kN(200000ibf)的固体料发动机。

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该大型火箭设施基地的供热系统有锅炉房一座，蒸汽蓄热器二组和热力管网。蒸汽蓄热器系统供蒸汽喷射泵的瞬时蒸汽流量可达7031t/h(15500000ib/h)，主要用汽设备为抽真空用的蒸汽喷射泵。

由于试验时蒸汽喷射泵的用汽时间很短，且做一次试验后到下次试验的时间间隔可达数天或数周。所以采用小容量的锅炉配以大容量的蒸汽蓄热器，所用锅炉的蒸发量为19t/h，最大蒸发量21t/h，工作压力为5MPa(51kgf/cm2),锅炉燃料为2号或4号燃油或天然气。

最初为J—4试验室用的蒸汽喷射泵用汽量为35.4t(干度99.5%)，瞬时流量为7031t/h(15500000ib/h)，设计采用工作压力为5.3MPa(54kgf/cm2)、单台容积为291.5m3的卧式蒸汽蓄热器三台(第一组)，共计874.5m3。此后又增设工作压力3.4MPa(35kgf/cm2)、单台容积约229.3m3的卧式蒸汽蓄热器四台(第二组)，共917.2m3。

如图4—38所示，在锅炉房的东南处(向东10.9m，向南11.2m)有三台为试验前后标定仪器用的并联的蒸汽喷射泵，由锅炉房以一根直径75mm的蒸汽管道通往该处，中间设有截止阀和压力调节阀。该喷射泵的工作压力为1MPa(10.5kgf/cm2)，最大蒸汽量为4000kg/h。

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在锅炉房之西装有第一组蒸汽蓄热器三台，其南有J—4火箭发动机试验室，试验室前面设有蒸汽阀门控制室。

在锅炉房的西北向设有第二组蒸汽蓄热器四台，在其东为J—5火箭发动机试验室，试验室前面设有蒸汽阀门控制室。

在第一组蓄热器(工作压力5.3MPa)和第二组蓄热器(工作压力3.4Mpa)之间的蒸汽管道上装有止回阀。在作试验时，先用第一组工作压力高的蓄热器释放出蒸汽，当其压力降到与第二组工作压力相等时，两组蓄热器就同时供汽。

第一组的每只蓄热器的排汽管(直径700mm)均连接到一根蒸汽总管〔直径1500m)，这总管与蓄热器之间未设阀门。总管的流速控制在79m/s。由这根总管再向南接出四根平行的直径600mm的蒸汽管进入阀门控制室。在这四根蒸汽管上各装设口径600mm的电动闸阀(开或闭的时间在60s内)和液压式蝶形压力控制阀各一只，在压力控制阀后四根平行蒸汽管再集合为一根直径2100mm的总蒸汽管而进入J—4试验室，蒸汽流速控制在38m/s。

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第二组的每只蓄热器的直400mm的排汽管均连接到一根直径750mm的蒸汽总管。在每根直径400mm的排汽管上装有直径如400mm的防爆膜和止回阀、手动闸阀各一只。这根直径750mm的蒸汽总管由北向南走244m和前述直径150mm的总蒸汽管以一只口径600mm的电动截止阀相连通。

第一组充热压力5.3MPa的卧式蓄热器尺寸筒体内径3.65m，筒体总长29m，其中圆柱体部分长25.6m，筒体钢板厚度82.5mm，两端为球形封头，其最小壁厚为44.5mm。蓄热器的进汽管由侧面接入筒体，在筒体内连接一根长26.2m直径100mm的配汽总管，由配汽总管接出256只直径为6.25mm的喷嘴。在筒体内近上顶处装有一根长25.6m直径750mm的水平集汽管，蒸汽以44.9m/s的速度流入。集汽管上钻有56个直径变化在ø120~187mm的小孔，蒸汽由此管汇聚后流经一根ø712mm的喉管后出蓄热器。每台蓄热器上装有口径50mm的放汽阀、75mm的放空阀、65mm的排水阀各一只和456 ×610rn人孔一个。蓄热器外壁敷有二层石棉块组成的保温层，每层厚38mm，外包0.15mm的聚氨酯薄膜，再用厚0.5mm的铝套覆盖。球形封头部分外敷6 .3mm厚的隔热水泥层和6.3mm厚用金属丝网加强的绝热材料。蓄热器的给水管径为75mm。

第二组充热压力为3.4MPa的卧式蒸汽蓄热器的尺寸为筒体外径3.65m,筒体总长18.2m，其中圆柱体部分长15.8m。蒸汽在筒体顶部经一只口径75mm的截止阀和二只ø75mm的喷嘴进入蓄热器。蒸汽经一根接装二只ø400喉管的内置式集汽总管而排出蓄热器。每台蓄热器装有口径75 mm的放泄阀、25mm的放空阀、65mm的排水阀各一只及ø600mm人孔二个，并接装直径50mm的给水管一根，给水管上装有口径50mm的截止阀和止回阀各一只。蓄热器外壁的保温层采用厚38mm的石棉块二层，圆柱体部分采用厚0.4 mm的铝板作防水层，两端封头则用玻璃丝布作衬料的塑料涂层。

蓄热器的充水系数为59%。

三 应用于汽源间断供汽或流量波动的供热系统

蒸汽蓄热器可用于废热回收系统。废热的产生和生产工艺的情况密切相关，有的生产工艺有周期性，有的完全无规律，因此废热的产生也有同样的周期性或无规律性，与这相关的废热锅炉也就随之间断地产汽或蒸汽流量变动很大。当这些蒸汽

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难以全部充分利用时就要放空，为此需用蒸汽蓄热器蓄存产汽高峰时多余的蒸汽，并使它经过蓄热器以后能连续、稳定地供应用汽负荷。

例如，在氧气转炉炼钢生产中有20~30min为一个周期不产生废热，因此汽化冷却装置间歇地产生蒸汽，图4一39为转炉废热回收平衡曲线。一般在废热锅炉中加装辅助燃烧装置(燃用油或气体燃料)，在无废热时使用它以继续产生蒸汽，这些蒸汽连同蓄热器释放出的蒸汽一并外供，就可达到稳定充足的流量。

1．在钢厂配合废热锅炉

英国某钢铁厂，装有转炉顶吹炼钢炉的烟气余热的废热锅炉，因转炉工作是周期性的，仅在持续10一30min的鼓风时期有废热，间隔30~60min或更多一些时间无废热可利用，这就使废热锅炉间歇地产汽，引起这种蒸汽利用上的困难。图4一39示出的为废热锅炉的产汽和蓄热器的充热放热曲线。由于采用蓄热器，基本上可达到完全的平衡，但这个解决办法带来化费较多的装置，特别在为发电而需用高压蒸汽的条件时。于是采用一个折衷方案，其系统图如图4——40所示。对废热锅炉另增加一套燃烧装置，使它能稳定地产生压力为3MPa(30atm)温度为370℃的蒸汽50t/h。

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采用的蒸汽蓄热器的尺寸为直径2.5m，长12m，压降范围为1.8~0.5MPa。在转炉不产生废热时候，蓄热器释放出蒸汽预热锅炉给水，使它从50℃升到140℃，并供汽给其它低压用户。在废热锅炉产汽高峰时，蒸汽以最高充热速率对蓄热器充热，为此在蓄热器内装有24只充热喷嘴。

该厂装用蓄热器后的主要经济效益是充分利用了废热锅炉在产汽高峰时期的蒸汽。蓄热器在转炉每一炉的生产周期中蓄存了5000kg蒸汽，如无蓄热器时这些蒸汽就要放空。这样，就一个年度计算，即使燃料价格不高，大约在一年内就可回收蓄热器工程的投资。

2．垃圾焚烧场

在燃烧废物产生蒸汽或垃圾焚烧炉燃烧城市垃圾产生蒸汽的条件下，燃烧物的发热量变化很大，最低的有如潮湿的农业垃圾，甚至已冰冻的垃圾，最高的有如废的润滑油。即使采用辅助燃烧装置，但蒸汽发生量的波动仍极大，如借助于蒸汽蓄热器，就可使供汽稳定。图4--41示出垃圾焚烧场废热锅炉的蒸汽发生曲线，图中显示出蒸汽发生量的波动很大。

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垃圾焚烧场的废热锅炉所产蒸汽可洪汽轮发电机发电，汽轮机的排汽可供居民住宅区采暖、温水游泳池、疗养温泉和农业温室等使用，如图4一42所示。特别在一些中小城市中，

垃圾焚烧场只在白天工作，夜间和星期日停炉休息，因此如无蓄热器就要对热用户中断供汽。目前在欧洲一些国家的垃圾焚烧场采用蒸汽蓄热器蓄汽供区域采暖的实例已较多。

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3．太阳能电站

在利用太阳能发电技术方面，现在进行研究的有太阳热发电和太阳光发电两种。阳光

发电是利用半导体太阳电池使光直接转换为电。太阳热发电则将光集中转换为热，再由这种热能产生蒸汽供汽轮发电机发电。

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太阳热发电目前有两种方式：一种为用一套装置把光全部集中到一处(集热器)，称为集中式。另一种为组合几台同一类型的集热器用以转换热能，称为分散式。日本香川县仁尾町太阳热电站中所装的有集中式的塔式集光方式和分散式的曲面集光方式两种型式，输出功率均为1000kw。

这两种方式都首先用平面镜接收阳光。在每座塔式集热系统中装有4m×4m的平面镜共807块组成的阳光反射镜场，在曲面方式中装用高3m宽1.5m的平面镜共2480块，镜子的总面积都在12000m2左右，如图4——43所示。设计中所采用的辐射强度为0.75KW/m2，如能够全部利用，在塔式中约可得9700KW，曲面式中约可得8400kW的入射能。

集热器是将水变为蒸汽的装置，在塔式中可得249℃的饱和蒸汽，在曲面式中可得370℃的过热蒸汽，两者的发电输出功率均相同。这是因为曲面式的集热量小，所以其汽轮机的效率好。

在仁尾町所建小型太阳能电站的设计中，考虑到在气候恶劣而无日照时要继续维持最长达三小时持续发电所需的蒸汽，为此采用了蒸汽蓄热器。系统的基本运行条件为：

l)发电运行方式以平均负荷为基准；

2)发电开始时具有原已蓄存的约供汽轮发电机组运行一小时的蓄热量，当日照发生短时间的变化时要控制发电量的波动在最小范围内；

3)在白天适当控制发电出力而进行蓄热，原则上要有约二小时的充热时间；

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4)原则上在深夜不运行，但每天必须启动、停止；

5)因季节的不同可能收集到的热量有多寡，为此按每个季节设定白天发电运行的基本模式。

图4——44示出曲面集光式太阳能电站热力系统，在该系统中设置了下列两种蓄热器：

1)蒸汽蓄热器——用以储蓄饱和蒸汽，蓄热量为1000KW×3h，外形尺寸为直径2.5m×长15m，每台贮水量73m3，共设4台。

2)贮有熔融盐的蒸汽蓄热器——用以储蓄过热蒸汽，蓄热量为1000kW × 3h，外形尺寸为直1m×长13m，熔融盐为氯化钾(41.5mol%)，氯化锂(58.5mol%)，熔融盐温度361℃，每台蓄热器填装熔融盐7 500kg，传热面积750m2，共设四台。

系统的运行规程为：用上一天所蓄I000kw×lh的蒸汽量启动汽轮发电机，中午边发电500kw边蓄热l000kw×2h的用汽量，傍晚按1000kW发电约1h，均为自动运行。

图4--45示出塔式集光式太阳能电站热力系统，在该系统中装有蒸汽蓄热器五台，每台的外形尺寸为直径2.8m×长12.41m,蓄热量为l000kw×3h的蒸汽量。

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系统的运行规程和曲面集光式的相似，先用上一天所蓄1000kw ×lh的蒸汽量启功汽轮发电机，中午边发电500kw边蓄热1000kW ×2h的用汽量，傍晚按1000kw发电约2h。

4．配合电热锅炉

英国有一重要报纸的印刷厂位于一个大城市的中心，它原由燃煤锅炉供热，后来根据大气保规，必须更换使用无烟尘的燃料。经过深入研究，鉴于印刷厂位于较好的地段以及所印的报刊有广泛的销售量，所以决定放弃燃烧燃料的锅炉，换用电热锅炉生产蒸汽。采用了二台2000kw的电热锅炉，生产3000kg/h约1MPa(10atm)的蒸汽。

图4——46示出该厂冬季最冷的日子的用汽负荷。因报纸须在夜间印刷，早晨发报，所以夜间负荷较大。

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配合电热锅炉，该厂将已有的火管锅炉改造为蒸汽蓄热器，这样不仅节省了购买新的蓄热器的费用，而且解决了新购设备须安装在低于街面以下的几层地下室中的困难问题。改造成的蓄热器共计三台，其尺寸为直径2.5m×长10m，工作压力为1MPa降到0.07MPa。

电热锅炉在晚间运行时有较大的出力(大于当时的采暖用汽量)，多余蒸汽稳定地对蓄热器充热。到上午8点左右，充热完成，于是电热锅炉暂时停炉，由蓄热器开始供汽，到中午12点时蓄热器释放出全部所蓄热能约2500kg/h，如图4一46所示。

自中午12点到下午4点，电热锅炉再投入运行，再向蓄热器充热准备夜间供汽。如果没有蓄热器配合使用，锅炉的电费将增高很多，二年内这增多部分的电费将高于蓄热装置的费用。

四 应用于储存一定数量的蒸汽供随时发生的紧急用汽

例如用于发电厂。奥地利维也纳发电厂利用蒸汽蓄热器的特性之一，即在外界急需蒸汽的时候能以极高的速率释放出所蓄蒸汽。采用高压蒸汽蓄热器储蓄应急使用的高压蒸汽，这对于不中断供电尤见重要。该市主要靠来自阿尔卑斯山水电站的长距离输电网络供电，如果电网供电中断，就须起动备用发电能力，而电站锅炉紧急起动以供汽给汽轮机发电，即使是能快速起动的锅炉，也须经十五分钟才达到满

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负荷状态。采用蒸汽蓄热器后，就可以在锅炉虽已紧急起动但尚未开始供汽前的一段对间内，供给足够的蒸汽给汽轮机发电，从而使供电不致中断。

该电广所用蓄热装置共有八个锻造的钢筒体，总容积为82m3，压降范围为12MPa降到3 MPa，蓄热量为14.8t蒸汽。蒸汽蓄热器释放的蒸汽再经过二台过热蓄热器将蒸汽温度由240℃升到300℃。图4--47为装设该高压蓄热器的供热系统示意图。

由于蓄热器内长时间充满着备用的高压蒸汽，因此蓄热器筒体的保温极其重要，它用总厚度200mm的多层敷设铝箔作保温层。高压蒸汽充热后的蓄热器在经过十小时以上之后的压降控制在1 MPa左右，这个热损失相当于1000kg蒸汽或蓄热量约15t蒸汽的6%。

该蓄热器释放出的蒸汽用于一台能发电4000kwh的汽轮发电机组或一台16000kw的发电机组运行15 min。

该蓄热器正常用一台热交换器12~24h内再次完成充热。

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第五章 蒸汽蓄热器的安装和运行

一 蒸汽蓄热器的安装

1．地基和围栏

蒸汽蓄热器本体和它的保温层、管件以及筒内的水等总重量较大，它的基础必须坚固可靠，防止下沉，应根据安装地点的地质条件进行设计。

根据具体条件，露天安装的蓄热器可以在它的周围修建防护围栏。

2．安装

蒸汽蓄热器的安装按照我国工业设备安装规程中有关部分(热力设备、压力容器)执行。其中蓄热器的滚动支座就位时应考虑滚动支座和滚子的预位移。预位移量对支座为热膨胀位移量的1/2，滚子为1/4，方向应与支座热位移方向相反。在金属摩擦面之间可加石墨粉作为润滑剂。

蓄热器及其连接管道的保温材料在储运和敷设过程中，必须严防受潮或淋雨，并避免在阴雨天敷设保温材料，一般在露天安装条件下，在敷设保温层时宜设防止雨淋的临时雨篷。

考虑到蓄热器的止回阀和自动调节阀等的检修方便和捡修后保温层容易复原，对这些阀门宜采用预制成型的保温块。此外，人孔盖板也宜采用成型的保温块以利于装和拆，金属支座也需保温。

二 蒸汽蓄热器的起动

1．起动前的准备工作

1)检查蓄热器筒体内部是否已清理干净，管道、阀门，仪表等是否已清洗干净和装妥，必须确认所有安装工作已可靠地完成。

2)检查人孔的密封垫圈是否良好，然后关闭人孔。 3)关闭排水阀、溢流阀(如有)。

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4)打开排除空气的放空阀，完全打开水位计联通阀和压力计联通阀。 5)向筒体内加水清洗，清洗次数按实际情况而定，一般以筒体底部放出的水清洁为止。

6)清洗完毕后向蓄热器注入运行用水。打开溢流阀(如有)，全开给水阀注水，注入的水最好为除氧水，也可用锅护的软化水。当溢流阀出水时，立即关闭给水泵、给水阀，停

止注水，并在溢水停流后关闭溢流阀。如无溢流阀时可观察水位计的水位高度，一般加水到占筒休容积的50~60％左右。

2．蒸汽蓄热器的充热

1)按图5一1所示，关闭自动调节阀V1、V2前后的截止阀S3、S4、S6、S7。 2)关闭阀V2旁路上的截止阀S8、S9。 3)关闭蓄热器排气截止阀S2。 4)全开蓄热器进汽截止阀S1，。

5)缓慢地打开旁通阀S5，使少量蒸汽流入蓄热器开始充热，然后逐渐增大阀门开度。在充热开始时因蓄热器内水温低，蒸汽喷入冷水时水击噪声较大，以后随着水温的上升噪声遂渐降低，待蓄热器内压力升高后噪声消失。

一般充热过程约需2~3h，在充热过程中要仔细注意水击噪声和筒体振动情况，如有异常，应即停止充热，进行检查、处理。

6)待放空阀有蒸汽流出时随即关闭放空阀，并开始逐渐加快充热速率，并注意有无异常情况。

7)检查有无泄漏。在蓄热器内压力升到0.15MPa(1.5kgf/cm2)时，冲洗液位计并开始随时检查各处有无泄漏直到充热终止时，如有漏汽应按具体情况处理。

8)调整水量。蓄热器内水位和压力随着充热进程而升高，在到达0.39~0.59MPa( 4~6kgf/cm2)时，根据如图5一3所给出的蓄热器内压力和水位的对照表，以放水或加水来调整水位，使达到该压力下规定的水位高度以符合设计的贮水量。

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3．蒸汽蓄热器的放热

1)关闭低压分汽缸上所有送汽截止阀，开启该分气缸的疏水阀。

2)低压系统暖管。当蓄热器内压力达0.49~0.59MPa(5~6kgf/cm2)时，打开蒸汽减压阀V3及其前后的截止阀S8、S9，然后缓慢地开启截止阀S2，使少量蒸汽进入低压分汽缸进行暖管。暖管时应注意管道和分汽缸的热膨胀和固定情况，如水击、振动的噪声较大则减小阀门S2的开度以减少进汽量。在分汽缸内无凝结水，并由疏水阀冒出蒸汽时，关闭疏水阀。

3)校验低压分汽缸安全阀的起跳压力及动作。缓慢地调节减压阀V3的出口蒸汽压力，使它相等于安全阀的起跳压力，并观察安全阀的动作是否灵敏、准确。校验结束后将减压阀V3的出口压力调整到规定的低压供汽压力。

4)蒸汽蓄热器试行供汽。首先对低压供汽各路管道按常规进行暖管。暖管结束后，在车间用汽部门有准备的条件下，根据生产用汽情况，开启低压分汽缸上有关的送汽截止阀，蓄热器开始以手动方式供汽。

5)自动调节阀V2试运行。打开V2阀前后的截止阀S6、S7，开始时先用手动方式将V2阀投入运行。根据现场情况调整V2阀的开度，同时逐步关小并最终完全关闭减压阀V3，在调整过程中使低压分汽缸的汽压维持在规定的供汽压力。

在手动方式下运行一段时间后，在分汽缸内汽压稳定情况下将V2阀转入自动调

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节。

根据现场情况对V2阀的自动控制进行整定，直到低压分汽缸的汽压能稳定在给定压力时为止。

6)自动调节阀V1试运行。打开V1阀前后的截止阀S3、S4，先用手动方式将V1阀投入运行。根据现场情况调整V1阀的开度，同时逐渐关小并最终完全关闭旁通阀S6，调整过程中使V1阀前的汽压稳定在规定的充热压力。

V1阀在手动方式下运行正常后即可转为自动调节方式，并对自动调节系统进行整定，直到能准确稳定地运行为止。

7)在上述自动调节阀V1、V2经初步投运、整定之后，在短期内须继续观察自动调节系统的运行工况是否符合要求，必要时须再作调整。

三 蒸汽蓄热器的正常运行操作

蒸汽蓄热器的运行规程应根据供热系统的具体情况制订。对于锅炉如须分阶段按不同负荷运行时，应根据实际运行情况，找出规律，实现锅炉燃烧强度的变换。

1．典型供热系统中蓄热器的运行

常见的卧式蒸汽蓄热器与锅炉并联的典型供热系统的运行规程将在本节加以叙述。

如图5-1所示，该供热系统中的蓄热器可以间接平衡由高压分汽缸送出的高压用汽负荷的波动，或直接平衡低压用汽负荷的波动，维持锅炉蒸发量稳定。

在这个供热系统中，蓄热器在正常运行时，锅炉按平均耗汽量稳定地运行。如果高压用汽减少或停止用汽时，锅炉供汽就有多余，供汽母管5内压力升高，V1阀接受阀前压力冲量信号后自动增大开度，于是更多的蒸汽经V1阀流入供汽母管6以保持高压分汽缸处的压力不变。当供汽母管6内汽压升高到高于蓄热器内汽压时，蒸汽就推开蓄热器进汽管上的

止回阀流入蓄热器充热，直到高压用汽量增加，V1阀前压力开始下降时为止。 在蓄热器内，充热蒸汽经配汽总管、支管及喷嘴孔向上喷入水中，由汽水混合物凝结为水，释放热量储于水中，于是器内压力、水温和水的焓值均升高。由于汽水混合物密度小于水和喷出汽流的引射作用，使循环筒下端筒口的水进入筒内并向

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上流出上端筒口，于是再向下流动，重复这种对流循环，使器内上部水层与下部水层迅速均匀地升高温度。

设定的低压供汽压力由V2阀自动调节开度大小来保证。如果高压蒸汽耗量显著地增多，供汽母管5内压力出现下降趋势，V1阀就稍稍关小以减少直接流到低压分汽缸的流量，于是供汽母管6内压力开始下降。当这压力比蓄热器内压力略低时，蓄热器汽空间内的蒸汽就推开排汽止回阀流向低压分汽缸，同时器内的高压饱和水就迅速自蒸发，并继续输出蒸汽，补充单由锅炉供汽的不足。

如果低压用汽量增加，低压分汽缸内汽压下降，V2阀接受阀后压力冲量信号后自动增大开度，增加通过V2阀的汽量，保持低压分汽缸的给定压力。

如果低压用汽量减少，则上述V2阀的动作相反。当低压用汽部门停止用汽时，低压分汽缸内压力上升，V2阀受到压力冲量信号后立即关闭，这时通过V1阀的蒸汽全部流入蓄热器充热。

综上所述，在如图5一1所示的供热系统中，在正常运行时蒸汽的流动可能出现下列情况：

1)来自高压分汽缸的供汽量和低压用汽量平衡，蒸汽蓄热器暂无作用，蒸汽经V1阀后流经V2阀供低压用汽，QV1=QV2。

2)来自高压分汽缸的供汽量多于低压用汽量。蒸汽经V1阀之后部分多余蒸汽流入蓄热器充热储存，QV1=QA1+QV2

3)来自高压分汽缸的供汽量少于低压用汽量，不足部分由蓄热器放热补充，蒸汽经V1阀之后和来自蓄热器的蒸汽一并流经V2阀供汽，QV1+QA2=QV2。

4)无低压用汽，全部供汽入蓄热器充热，QV2=0，QV1= QA1。

5)高压侧无蒸汽流经V1阀，仅由蓄热器放热供汽，QV1=0，QA2= QV2。 这样，在锅炉按一定负荷稳定运行下，蒸汽蓄热器藉自动调节阀V1、V2的准确动作，自动地进行充热或放热，保证高压侧和低压侧的供汽压力。但是，蓄热器是根据一定范围内(某几天)经常出现的用汽规律设计的，在大多数时间内可以调节供汽和用汽之间的不平衡。实际上由于季节性的气温变化、用汽工艺设备的生产调节或运行故障等因素，用汽负荷有时可能出现较大的变化，这时仅靠蓄热器的调节能力有可能不能达到平衡，必须适当调节锅炉的运行工况以适应用汽负荷的变化，但这种调节的幅度一般是有限的。

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为便于运行管理，一般可在锅炉房仪表板上设置如图5——2所示的蒸汽蓄热器压力和燃烧指示表。该表外圈指示蓄热器内压力数值，在扇形内圈指示出与压力相对应的锅炉燃烧工况。

在锅炉按一定负荷稳定运行时，用汽负荷的波动由蓄热器配合平衡供汽。这时锅炉压力基本稳定，蓄热器内压力在一定范围内(如图中4~15kgf/cm2)波动，这是大多数时间正常运行的状况。对应于这个压力范围锅炉处在“稳定燃烧”区域(见中间的扇形区)，所以这时锅炉的燃烧不需调节。

如用汽负荷剧增，超过蓄热器的平衡能力，出现供汽不足，蓄热器内压力将降到下限(如图中4kgf/cm2)以下。这时压力表指针处在“增强”区域，表明需要加强锅护燃烧，增加蒸发量。

如用汽负荷骤降，出现供汽过量，蓄热器内压力将升高到超过上限(例如图中15 kgf/cm2)。这时压力表指针处在“减弱”区域，表明蓄热器内充热已足，蒸汽有多余，需要减弱锅炉燃浇，降低蒸发量.。

司炉在看到上述压力变动的信号时，.通过运行经验，应了解用汽负荷增加或减少的持续程度，及时作出锅炉燃烧需要调节与否以及调节的幅度等。

如果蓄热器设计时已规定锅炉在昼夜运行中定时分阶段按不同的蒸发量燃烧，例如第一、二班按额定蒸发量运行，第三班按额定蒸发量的70％运行等等，这时司炉必须注意燃烧强度转换的信息或时间等情况及时调节燃烧。

在供热系统装用蒸汽蓄热器后，增加了蓄热器的压力、水位、蒸汽流量等指示仪表。连同锅炉的仪表在一起，所有这些仪表在运行中给出的数值及其变化情况等信息映入人们头脑中时，必须结合这个供热系统的具体操作规程进行正确的操作，

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要求司炉摆脱原来仅有锅炉没有蓄热器时的操作习惯和方法，建立新的概念、新的操作习惯和方法。

2．监视蒸汽蓄热器的水位

在蒸汽蓄热器投入正常运行以后，蓄热器的充热和放热均藉自动调节阀(V1和V2)自动运行，对蓄热器的水位、压力应经常监视。

蓄热器在正常运行中水位和压力随充热和放热而经常变动是正常的现象，也表明蓄热器在发挥作用。在蓄热器内，充热时蒸汽被冷凝而混合于水，使器内水位、水温和压力均上升；放热时因水的自蒸发使水位、水温和压力均下降。

蓄热器充热终了时水位应达到设定的数值(即充水系数，如90％等)，亦即有一定的贮水量。如果贮水量少于设定的数值，则蓄热能力将少于设计的数值，就会减少蓄热器平衡热负荷的能力，锅炉压力可能仍有较大的波动。如果贮水量过少，放热终了时水位甚至低于蒸汽喷嘴，充热速率将降低，将严重影响蓄热能力和安全运行。

如贮水量多于设计的数值，在充热终了时水位将过高，减少了汽空间的高度和容积，可导致送出的蒸汽带水较多，降低供汽的品质，以及在自蒸发开始时供汽速率略低。

蓄热器运行时，在它工作压力范围内任一压力值都有它对应的水位高度。最高水位对应于最高工作压力(即充热压力)，最低水位对应于最低工作压力(即放热压力)。贮水量是否符合设计规定数量，在运行中可观察为该蓄热器专做的压力和水位对照表如图5一3所示。如果器内贮水量符合设计规定，则由任何水位高度线向它右侧的水平延长线上可读出相对应的压力。相反，如以压力为准，蓄热器内任一压力读数向它左侧水平延长线上可读出对应的规定水位高度。如果实际水位高度低于或高于规定水位高度，说明蓄热器内贮水量少于或超过规定，须要补充或排放适当水量以符规定。

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如果蓄热器的充热蒸汽为饱和蒸汽，由于筒体的散热等损失以及由于放热时所产生的蒸汽压力低于充热压力，而水的汽化潜热在压力低时大于压力高时，所以在充热压力下饱和蒸汽1kg进入蓄热器后，在放热时只能发生少于1kg、压力低于充热压力的饱和蒸汽，其余仍为凝结水留存在器内。在运行一段时间后，器内水量增多，超过设计规定，须按具体情况定期排出超额的水。放水时宜在蓄热器内压力最低的时候，又因排出的是高温蒸馏水，宜回收到锅炉房使用。

如果充热蒸汽为过热蒸汽，进入蓄热器后放热时所产生的也是饱和蒸汽。如过热蒸汽焓值高，在充热压力下1kg过热蒸汽进入蓄热器后，除去散热等损失，放热时根据过热度高低可产生超过或接近1 kg压力低于充热压力的饱和蒸汽。这样，蓄热器在运行中水量逐渐减少，须定期向器内补充水以保持设计规定的水量，即保持设计的蓄热能力。

3．监视蒸汽蓄热器的压力和水温

蒸汽蓄热器在正常运行中，器内压力、水位、水温随充热、放热的工况而变化。充热时压力、水位、水温升高；放热时压力、水位、水温下降。在器内水量符合设计规定时，一定的水位对应一定的压力。

如果充热时器内压力忽高忽低，则排汽止回阀可能有故障，详见本章第四节。

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蓄热器在正常工作时其筒体内上部、中部和底部的水温均应达到对应于该时筒体内压力的饱和水温。如果没有达到，就表明蓄热器内没有形成对应于该饱和压力的饱和水，由此可知充热装置的工作可能不正常。如果筒体内各部位的水温相差5℃以上，就表明可能充热装置的功能不良。

4．经常检查止回阀和自动调节阀的工作情况

对蒸汽蓄热器的进汽、排汽止回阀和自动调节阀的工作是否正常应经常检查。

四 蒸汽蓄热器的常见故障和处理

1．进汽止回阀或排汽止回阀发生泄漏

当蒸汽蓄热器和供汽锅炉并联时，蓄热器的自动充热和放热的动作依靠自动调节阀(V1和V2)和进汽、排汽止回阀的互相配合工作而实现。如果进汽或排汽止回阀发生泄漏，不能严密关闭，均可使蓄热器的功能丧失，甚至导致设备事故。

(1)进汽止回阀发生泄漏后，蓄热器在运行时水位会突然下降，蓄热能力逐渐丧失。

如图5——4所示，当蓄热器放热供汽时，器内压力高于供汽母管内的压力，现如进汽止回阀关闭后有泄漏，失去“止回”作用，则器内热水将倒流入蒸汽喷嘴的小孔而进入蒸汽

分配管，并经失灵的进汽止回阀而进入供汽母管，以致低压供汽带水，就会影响产品的产量和(或)质量。泄漏严重时，在蒸汽管道内可发生水击，使阀门、管道和充热装置等受到损坏。

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在多量热水经泄漏的进汽止回阀倒流出蓄热器以后，蓄热器内水量很快减少，水位迅速下降。当降到低于设计所规定的水位时，或甚至看不到水位时，则蓄热器的蓄热能力就基本丧失。

(2)排汽止回阀发生泄漏后，蓄热器内压力忽高忽低，水温低于该时压力下相应的饱和温度。

如图5一5所示，在供汽母管内压力高于蓄热器内的压力时，如排汽止回阀关闭后有泄漏，供汽母管内的部分蒸汽就倒流入蓄热器排汽止回阀而进入蓄热器的汽空间，使蓄热器内压力很快升高，形成充热已达相当程度的假象。但水温不能对应于汽空间的压力而迅速升高，实际上这时器内下部的贮水没有加热到相应的饱和温度，蓄热不多，所以在放热时只一瞬间器内压力立即下降较多，以后在充放热过程中又重复这种现象。蓄热器的压力反复地出现忽高忽低的现象，将在压力记录仪表的记录曲线上出现如图5一6a)所示连续的W形(挂胡须状)的曲线。如这种状态继续存在一定时间后，蓄热器不能正常地完成充热过程，器内水温逐渐下降，它底部的水温尤其低，这时蓄热器的蓄热能力将完全丧失。

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蓄热器在正常运行情况下，它的压力变化如图5一6b)所示。图中表明一般工厂的蓄热器内压力变化虽然频繁，但变化较缓慢，这是蓄热器充热和放热正常进行的现象。

发现蓄热器的进汽或排汽止回阀有泄漏现象时应及时予以检修。

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2．自动调节阀

自动调节阀在运行中须注意检查阀门启闭情况和阀门前后相应的压力，如发现启闭时间、开度等有偏移时须及时按设定值调整。

自动调节阀的信号系统或执行机构发生故障后，明显的现象是阀前或阀后压力不正常。

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如V1阀失灵，锅炉压力就随外界用汽负荷的波动而发生较大的波动。这时可关闭V1阀，启用它的旁通阀，然后检修V1阀。

如V2阀失灵，低压分汽缸的压力就发生较大波功。压力过高时，可使安全阀开启；压力过低时，不能满足用户的需要。这时可启用它的旁通阀(减压阀)，然后检修V2阀。

五 蒸汽蓄热器的维护保养

1．维护保养要点

这里主要介绍对蓄热器筒体的维护和保养。

(1)、每年要对蓄热器筒体进行一次性能检查和清理。检查清理时，须先停止运行。为防止误操作而引起意外事故，须完全关闭并锁住通往蓄热器的各路蒸汽阀和给水阀，排空筒体内的水以后关闭排水阀。

(2)、检查筒体内部时，应对充热装置、送汽装置和所有法兰、垫圈及紧固装置等进行仔细的检查。

一般在蒸汽喷嘴周围可能有污垢，须作清理，一般锅炉水质好，筒体内壁不结水垢，可能有少量氧化皮。但有的内壁有不同程度的腐蚀，腐蚀部位一般在水位变化地带。筒体内壁清理完毕后，宜在内壁涂以锅炉汽筒内壁保护漆。

(3)、筒体外壁的保温层，特别是它的防水层应在平时注意检查有无损坏等，如有裂缝应即修补。在覆盖人孔时必须把人孔盖的保温层复原，防止由此漏入雨水而侵入保温层内。

(4)、蓄热器长期或短期停止使用时应按下述方法进行保养。

2．常用的保养方法

(l)、干法保养

干法保养适用于长期停用的蓄热器，一般停用二、三个月以上采用此法保养。其方法为：

l)蓄热器停止使用后，堵闭蓄热器与外界相通的管路，排空内部积水(排空时注意蓄热器内外压差，如器内为冷水则应打开蓄热器与大气联通的放空阀或孔)。开启

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人孔，将筒体内部清理干净，然后将盛有干燥剂的盘子放入筒体内，封闭人孔。干澡剂一般可用无水氯化钙或生石灰，其用量按筒体容积每1 m3用l~2kg块状无水氯化钙或2~3kg生石灰。

2)为保证干法保养的效果，在第一次放入干燥剂后15~30天内打开人孔，检查干燥剂情况。如干燥剂已完全变成粉状，失去吸湿能力，就需更换新的干燥剂。在以后每隔二个月检查一次，及时更换干燥剂。

(2)、湿法保养

湿法保养一般适用于停用时间较短的情况(如在三个月以内)。其原理是在钢制筒体内充满碱性的水，排除空气，使金属表面产生碱性保护层，防止发生腐蚀，具体做法为：

l)蓄热器停用后，堵闭蓄热器与外界相通的管路，然后向筒体内灌满软化水，关闭加水阀。如无软化水时可灌入生水，在每1t生水中加入2kg氢氧化钠.或5kg磷酸三钠，或10kg碳酸钠。该化学品要先溶化为溶液后灌入。

2)在湿法保养期内，软化水或碱性生水要始终保持充满状态以防空气漏入。在寒冷季节要做好保温防冻工作。

3)蓄热器准备运行时，筒内要先用清水冲洗干净，然后投入运行。

六 蒸汽蓄热器蓄热量的简易测定法

蒸汽蓄热器的实际蓄热量的简易测定方法是测定它的放热排汽量。测定时先使蓄热器充热达到设计的充热压力，然后关闭蓄热器的进口蒸汽截止阀，仅开出口蒸汽截止阀，使器内高温热水自行蒸发，直到器内压力降低到设计的放热压力为止。可从装在蓄热器排汽管上的蒸汽流量计测得蒸汽流量。实测数值扣除各种误差以后的蓄热量如与设计计算值(lm3饱和水的蒸发量)相比，就可得知蓄热器性能的好坏。

第六章 蓄热器的技术发展概况和分类

一 蒸汽蓄热器的技术发展概况

蒸汽蓄热器是蓄热器中的一种，它的设想始于十九世纪末，当时研究的问题是

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针对工厂中锅炉负荷波动较大，供汽困难，须寻找改善措施。最初曾简单地将几台锅炉所发生的蒸汽先输送到一只储汽罐集中，然后由此罐送往各用汽部门，这样可应付用汽负荷的剧烈波动，可避免其中某一台锅炉发生超负荷运行现象。

人们清楚地意识到要保证供应波动负荷的高峰用汽量，又要保持锅炉的负荷稳定，必须有能迅速供应的蒸汽储备，因此需有储存蒸汽的装置。

1873年，美国麦克马洪(MacMahon)设计了以热水方式间接地储蓄蒸汽的方案，取得了蓄热器的第一个专利。图6-1是他设计的附属于锅炉的蓄热器，是一种按变压原理工作的在炉外增加锅炉水容积的方案。图中锅炉4所产蒸汽经管子6流入蓄热器1的底部，经加热装置喷汽管2的管壁上许多小孔喷出后加热蓄热器内的水，蓄热于水。当外界需用蒸汽时，蓄热器内蒸发出的蒸汽由集汽室8经管子流经过热器5后送往用户。当锅炉负荷增大时，给水泵3将蓄热器内热水补给锅炉，增多锅炉的蒸发量。.这种方式是脱离锅炉本体又附属于锅炉的一种兼具蒸汽蓄热器和炉给水蓄热器双重作用的蓄热器。

七年后，即1880年，裘列希(Jurish)、刘易斯( Lewis)、布洛尔(Proll)、夏洛斯基(Scharowsky)共同在德国获得了蒸汽蓄热器的专利，但后来未见应用。到十九世纪末，才出现了应用恒压和变压原理的蓄热器的最初实用方案。

13年陶柳德赫尔宾(Druitt-Halpin)设计了给水蓄热器，但在十年后才第一次应用于实际。它的原理如图6-2所示，锅炉所产蒸汽，在用汽负荷较低时多余的蒸汽

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经管子5流入蓄热器4底部卧置的喷汽管3，由此管喷出蒸汽到蓄热器贮水中，加热贮水，蓄热于水，亦即预热锅炉给水。当用汽负荷超过锅炉额定蒸发量时，蓄热器内热水藉重力经热水管2流入锅炉，迅速增加锅炉供汽能力。他后来主要致力于改进这种定压式蓄热器的自动调节和循环。

1900年拉托(Auguste Rateau)教授得到了变压式蓄热器的德国专利，但该蓄热器为低压蒸汽蓄热器，只能限于压力不大于0.2MPa(2kgf/cm2)的汽轮机排汽作为充热蒸汽。其自动调节也并不象现在的那样互相配合。但由于有设计较好的附件相配，拉托式蓄热器仍不失为一个实用的装置。

16年，库兹涅佐夫(Kouznezoff)设计的蓄热器获得了德国的专利，它采用均压管调节热水蓄热器的热水(预热的锅炉给水)进人锅炉的流量。

这样，以水为载热体的蓄热方法有了进步。另一方面，直接储存蒸汽的方法也在各方面得到应用，.并进行了改进，特别是在哈莱(Harte-Balcke)研制成将煤气储存在象现今使用的煤气罐的方法以后，就产生了也用这种方法储存蒸汽的趋向。由此，直接的和间接的两种蓄热方法在当时并行发展。

将蒸汽蓄热器的基本原理扩展到高压蒸汽系统，创制蓄热器充热和放热的自动控制系统，并扩大蓄热器应用范围的为瑞典的鲁茨博士(J.Ruths)。他在1913年初次获得了德国的专利，以后继续研究改进，开拓了蒸汽蓄热器应用的新局面。他研制了蒸汽过剩时的自动调节装置，将锅炉压力和蓄热器压力两者分开，从而实现了高压蓄热，使蒸汽蓄热器从附属于锅炉到脱离锅护而成为一个相对的热力装置，由于创制了蓄热器的自动调节阀，使蒸汽蓄热器进入了广泛的实用阶段。在二次大

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战前，仅欧洲已装有鲁茨式蒸汽蓄热器500多台。

二次大战前，世界各国装设蒸汽蓄热器的总数达600台，其分布国别和行业见表6-1和表6-2。

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当时，经鲁茨早期设置的一些蒸汽蓄热器的经济效益是相当惊人的。节能12 ~37%，增产7~45%，锅炉安装容量约可缩减一半。由于鲁茨对蓄热器的功绩卓著，所以曾被誉为蓄热器之父。

现在西欧约有1800台蓄热器，日本在三十年代从瑞典引进了鲁茨式蓄热器，现在全国约有蓄热器600台，分布在纺织印染、化纤、机械、冶金、酿酒，制糖、造纸，化学、煤气、电力、橡胶、制药、医院等行业。

与蒸汽蓄热器同时发展的另一种原理和形式的蓄热器为锅炉给水蓄热器和热水蓄热器，其中典型的有墨科勒(Mag-uerre)和基瑟(Kiesselbach)给水蓄热器，其变型很多，其中以置换式发展较多。

在蒸汽蓄热器的应用领域中，火力发电厂很早就装用蒸汽蓄热器，在1920~1935年间，欧洲燃煤的火力发电厂中就有十三座电厂装设了蓄热器。详见表6-3。

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1937年吉利(P . R . Gilli)首先将蒸汽蓄热器发展到高压阶段，他发现尤其在发电厂中，蓄热的经济性起先是随充热压力(约1~3MPax，相当于10~30kgf/cm2)的增高而下降(见第二章)，但达到高压时反而又大有增进，他在维也纳雪茂林发电厂中最早成功地应用压力达到约12MPa(12kgf/cm2)的蒸汽蓄热器。那时高压蓄汽还被应用于改进‘无火”机车(应用蒸汽蓄热器)，获得了一定的燃料节约和延长机车续驶里程。

最早装用蓄热器的为瑞典马尔曼电厂(Malmo Central)，它在1921年就装用了两台各为225m2的蒸汽蓄热器，配合4000KW的汽轮发电机组运行。在当时，论蒸汽

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蓄热器的容量和安装台数，则以1929年德国柏林夏路坦堡发电厂所装用的16台各为352.5m3的立式蒸汽蓄热器为最大，总蓄热量为600t汽，它经历了第二次世界大战至今仍在使用，限于当时的技术条件，单台蓄热器的容量不可能很大，所以采用多台的方案。

火力发电厂、核电厂以及供集中采暖的热电厂等配用的特大型蒸汽蓄热器正在诞生。在欧洲正在向单台容积为2000、5000、8000m3的特大型蒸汽蓄热器发展。

在日本东京、大阪、名古屋等城市中用电量大的区域，据研究如在其附近的火力发电厂装用大型蒸汽蓄热器，在夜间低负荷时将多余蒸汽蓄存，然后在次日白天尖峰负荷时供汽给汽轮发电机组发电3~4h，则目前不增添火力发电设备，问题也可由此得到解决，但需用特大容量的蒸汽蓄热器。

日本现在能建造特大型蒸汽蓄热器(尺寸见附录四)。如采用海上运输方式，可运输、安装单台容积为2500 m 3的蒸汽蓄热器，如采用筒体分段运输，在现场焊接拼装，则可建造最高使用压力为5.4MPa(55kgf/cm2)单台容积为5000m3的蒸汽蓄热器。

联邦德国计划建造单台客积为5000m3、8000m3压力约为5.9MPa(60kgf/cm2)的大容量蓄热器。

近代火力发电设备向大容量、高参数方向发展较快，要求蓄存大最高压蒸汽，因此需要大容量、高压的蒸汽蓄热器。但因蓄热器的制造技木发展较慢，使火力发电厂应用蒸汽蓄热器曾一度停滞。传统的钢板焊接的蒸汽蓄热器在单台容积和工作压力增大以后，筒体壁厚和外形尺寸须增大很多，但在制造工艺上受到热处理等技术装备条件的，难以经济地解决特大型如2000m3蓄热器的制造。

如果把容量很大的蓄热器，采用许多中等客量的蓄热器组成。则不仅数量多且系统复杂，占地面积很大，散热损失相应增加。虽然多层式钢制压力容器早已出现，但它的制造工艺复杂，造价很高。因此，大容量蓄热器的制造不得不寻找其它的材料和结构。

现在联邦德国等已在试制预应力结构的大型蓄热器，按蓄热器筒体材料来分有两种:l)预应力钢筋混凝土压力容器(PCPV)；2)预应力铸铁压力客器(PCIV)。此外还有建造在地下岩层中的结构，这种新颖结构能满足超大型蓄热器的需要。

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二 预应力结构蒸汽蓄热器和过热蒸汽蓄热器

预应力铸铁压力容器是用许多铸铁块以钢丝联结组成，其容量几乎可做成任意大小，在工地现场组装。图6-3所示为一台容积为2000m3压力6MPa的立式预应力铸铁变压式蓄热器。

预应力钢筋混凝土结构的蓄热器，一般外壁为钢筋混凝土，内壁为钢板，内外壁之间有保温层。

此外，有采用地下岩洞加以适当处理而成的超大型蓄热器。图6——4所示为全地下式球形蒸汽蓄热器，拟采用充热压力7.5MPa和放热压力4MPa，供核电站之用。该容器内有上下两只配汽环形管用以减少充热时的压力损失，其中下部的环形管在充热开始时工作，上部的则用到充热终止时。

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一般蒸汽蓄热器在放热时只能产生饱和蒸汽，但汽轮机等设备或生产工艺需用过热蒸汽，因此有关方面正在研制产生过热蒸汽的蓄热器。目前研制的形式有使用汽温高于蓄热器送出的蒸汽温度的汽一汽热交换式的过热蓄热器，还有应用复合熔融盐等热介质吸收热量后加热饱和蒸汽的熔盐式蓄热器等。

日本香川县仁尾町1000kW的太阳能电站设计中采用管束式换热形式的蓄热器，在两端各固定在端板上的许多不锈钢管子中，装满复合盐(氯化钾41.5mol%，氯化锂58.5mol%)，熔点为361℃。蓄热器的外形尺寸为直径l m，长13 m，每台装盐7500kg，传热面积为750m2，共设四台。运行方式为当日照强的时候，来自汽源的多余过热蒸汽温度大于复合盐熔点时流入熔盐式蓄热器，加热复合盐，使其熔化。在日照较弱时，由蒸汽蓄热器送出的饱和蒸汽先流人熔盐式蓄热器，吸收熔融盐的热量，成为过热蒸汽供汽轮发电机组用。

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三 蓄热器的基本结构原理

1．储蓄显热于饱和流体中

总称为蓄热器的类型很多，其中在饱和流体中储蓄显热一类的蓄热器，一般其容器的下部为液体，上部为蒸汽空间，汽和液在饱和温度下达到热力平衡状态。常用的蓄热介质总是水/汽，容器中可存储少量液体或几乎充满液体。

图6-5示出包括所有可能的各类放热和充热装置的布局示意。它释放热能的方式有如下列：

1)经排汽管4释放出饱和蒸汽；

2)经节流阀后由排汽管5释放出过热蒸汽； 3)液体经输出管7以热水方式输出；

4)通过换热器的换热面6输出热能，这时器内蓄热物质保持一定。 它的充热方式有如下列：

1)经充热管子10引入热水，这些热.水可被从充热管子11流入蓄热器的蒸汽加热到饱和温度，蒸汽则冷凝放出汽化潜热；

2)经换热器的换热面9对系统充入热能；

3)蒸汽经管子8进入蓄热器在贮水内喷出，释放出热能。

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内部装置12用以减小器内水温分层性不均匀。

这类蓄热方式的特点是充热和放热时器内压力有变化，器内经常发生相变(凝结、蒸发)，但这对于主要由显热变化来决定的蓄热容量并无多大影响，所以储存饱和流体是蓄存显热的一种特殊方式。

2 . 储蓄显热于加压(过冷)液体中

图6-6示出蓄热于加压液体的原理图。在这种方式中需要在容器中保持压力大于饱和压力或者保持温度低于饱和温度(“过冷”)，就可避免液体蓄热介质沸腾。通常保持这个系统在恒压下，液体加压的方法有：采用大气(对低于100℃的储蓄热水或对高沸点液体)；采用加压的惰性气体；或者采用两相的加压物质，如利用蒸发若干液体或冷凝若干蒸汽，以使在汽空间中保持系统的压力。

这种系统的蓄热容量来自热焓中显热部分的增减变化，所以这是基于液相的蓄热方式。

这种蓄热方式的应用领域有：利用过冷液体输送热能的过程；或者在循环过程中加热工质的阶段，例如蒸汽动力站中的给水预热。迄今已有在区域供热中储蓄热水，在蒸汽动力站中蓄存预热的给水，以及在太阳能电站中储蓄热的油料或者熔融盐。

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根据以上两种蓄热器的原理，可以演化出多种形式的蓄热器，以适应各种不同的条件。

四 蓄热器的典型型式和分类

以水/汽为热介质的蓄热器，从发明到现在已有半个多世纪。经过许多人的创造和改进，出现的形式较多，变压式蒸汽蓄热器仅为其中的一种，已在第二章中介绍。下面介绍其它几种典型蓄热器。

1．基瑟式锅炉给水蓄热器

图6一7示出基瑟式给水蓄热器和水管锅炉相组合的热力系统。蓄热器本体为卧式圆筒形结构，它的进出水管5、8分别和锅筒两端正常水位高度处相连，在出水管路中装有一台循环水泵4。锅筒和蓄热器上部汽空间有均压管7相连。在锅炉给水泵至锅筒的给水管路中装有一只给水自动调节阀1，该阀受到主蒸汽管10的压力脉冲信号而动作。

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在锅炉按一定的负荷稳定燃烧时，如用汽负荷下降，主蒸汽管10的压力升高，压力脉冲使给水自动调节阀开启，并随着汽压的升高而逐渐增大开度，到压力稍高于锅炉正常压力时完全开足。这时，锅炉给水量增多以吸收燃料的热量。锅炉内水量增多后，锅筒内水位升高，部分热水便在重力作用下经循环管8流入蓄热器储存，扩大了锅炉的水容量。蓄热器内的高温给水经常保持在与锅炉相同压力下的饱和温度，所以一旦进入锅筒仅需获得汽化潜热后就可产生蒸汽。

当用汽负荷增大时，主蒸汽管内汽压逐渐下降，压力脉冲使给水自动调节阀逐渐关闭，当压力降低到一定程度时便完全关闭。这时对锅炉的生水给水完全停止，而由循环热水泵将蓄热器内饱和热水送入锅筒，于是锅炉蒸发量立即增多，保证高峰用汽。

基瑟式给水蓄热器中的压力和水温是恒定的，而贮水量在运行时有所变化，所以为恒压式蓄热器，或定温变容式蓄热器。

2．墨科勒式锅炉给水蓄热器

图6——8所示为墨科勒式给水蓄热器和锅炉组合的热力系统。蓄热器4为立式圆筒形压力容器，其顶端有蒸汽管1与主蒸汽管13相联，顶部汽空间有给水喷淋装置，用以使给水与来自锅炉的蒸汽进行较好的热交换。蓄热器上部有引出热水的给水管10,它连接第二给水泵9接入锅筒12，该泵由自动调节阀11控制或手动控制。

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蓄热器底部有水管和第一给水泵7与循环水泵5之间的水管相联，循环水泵5的排水管上装有受主蒸汽管压力控制的自动调节阀2。第一给水泵7藉蓄热器内浮球控制的自动调节阀6保持蓄热器内水位恒定。

当锅炉按一定的负荷稳定燃烧时，如用汽负荷降低，主蒸汽管13的汽压升高，使给水自动调节阀2开启，于是循环水泵5对蓄热器进水，喷淋水在蓄热器顶部和来自主蒸汽管的蒸汽进行热交换，预热锅炉给水。当用汽负荷很低的时侯，调节阀2的开度加大，循环水泵5不仅吸取泵7排送的水，还吸取蓄热器下部的水送往蓄热器上部加热。在用汽负荷下降到一定程度时，泵7停止运行，泵5仅吸取蓄热器下部的水送往上部循环加热。

当用汽负荷增大时，主蒸汽管内汽压开始下降，阀2受到压力脉冲后逐渐关闭，于是进入蓄热器上部的水量逐渐减少，同时锅炉仅以少量蒸汽送入蓄热器上部预热给水。泵9将蓄热器上部热水送入锅筒，使锅炉迅速产生较多的蒸汽以满足用汽需要。当用汽负荷进一步增大到一定程度时，主蒸汽管13的汽压下降，于是使阀2全关，泵5停运，不供水入蓄热器。在蓄热器上部也无蒸汽被冷凝，锅炉所产蒸汽全部送往用户。这时如用汽负荷骤增，主蒸汽管内汽压骤降，则蓄热器内部分热水自蒸发产汽向上流入主蒸汽管13。与此同时，泵7供水给蓄热器底部，将器内热水层往上推移，保持蓄热器内满水位。蓄热器中的水在不同高度的平面位置有不同的水温，顶部水温最高，向下则水温逐渐降低。

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锅炉配用这种蓄热器时，其燃烧强度由蓄热器内热水温度来调节。

3．膨胀式蒸汽蓄热器

膨胀式蓄热器和变压式蓄热器相似，在容器内贮存饱和水，但其汽空间可能更小。它的放热出口位于容器的下部，如图6一5中的7。如开启放热阀，受压热水就经管子7排出，于是器内的汽空间增大，贮水中就有少量水自蒸发，增加了蒸汽。这样运行时，器内压力降较小。

充热时可用受压热水经管子10流入器内，不需用内部充热装置，在充热过程起始时最早进人器内的热水产生蒸汽而被压缩，后来有部分冷凝。此外，不管存在着混合的(火用)损失，一般可能倾向于用过冷的热水〔通过管子10)和蒸汽(通过管子11)在恒压下同时充热。

膨胀式蓄热系统已经应用在火箭、间歇的超音速风道中的引射器和在封闭热水系统中用以增压。此外，还拟用于过热已蓄存的蒸汽和很大的压力容器(因它在充热放热时温度梯度低)。有人建议在发电厂采用一种新的蓄热放热方法，即从蓄热器中放出热水，在另外一组互相串联的蒸发器中分别降压后闪蒸成不同的恒定压力的饱和蒸汽，再流入过热蓄热器被过热后分别送入汽轮机相应各级中作功。过热蓄热器是由锅炉新蒸汽在进入膨胀式蓄热器充热之前先流经这个过热蓄热器的水容积受热的，图6一9所示为用于发电厂尖峰负荷时的膨胀式蒸汽蓄热器热力系统。拟要求这个系统足以供发电出力40万kw·h的用汽，为此需四台各为7500m3、压力6~0.15MPa的蒸汽蓄热器和一台4000 m3、压力6.5MPa的热蒸汽蓄热器。

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4．变压式蓄热和恒压式蓄热的联合系统

在给定的运行条件下恒压式蓄热器的供热流量受到锅炉出力的，因此对整个尖峰用汽负荷只能供给有限的一部分，但其单位蓄热量常远远大于变压式蓄热器。

因此，人们就想到为获得最经济的蓄热方式，可联合应用这两种系统。实现这个设想有两种方案：一种用一台兼具变压和恒压运行方式的蓄热器；另一种为装用恒压式和变压式蓄热器各一台来共同平衡波动负荷。

基瑟式恒压蓄热器上部的汽空间以均压管与锅炉相连，这在一定程度上具有变压式蓄热器的作用，已见前述。假如用汽负荷增大，以致锅炉压力下降，就需要蓄热器和锅炉内的水蒸发出额外的蒸汽，但因大多数锅炉房只能允许相对小的压力降，这就这个系统只能供汽给持续时间很短的尖峰负荷。为此，可以考虑采用一台有变压式作用的“调节型蓄热器”专供短暂时间的尖峰负荷，而另外用一台恒压式蓄热器平衡主要的负荷波动。

组合两种蓄热方式于一台蓄热装置，只需按达到最有利的联合运行的要求而适当地调整各调节阀。对锅炉多余蒸汽的分配是首先对恒压式蓄热器以它的最高速率

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进行充热，因为给水蓄热器具有较大的蓄热量，所以这部分的平衡作用就以较经济地采用恒压蓄热来完成。至于变压式蓄热器，仅用于应付持续时间也较短的最高尖峰负荷。

图6一 10示出恒压式和变压式蓄热器的联合系统的基本布置，图中两台蓄热器的充热均由自动调节阀完成。如果用汽量超过锅炉蒸发量，流往恒压式蓄热器的蒸汽就首先节流，直到这个系统需要调峰的极限已经到达时，自动调节阀V1完全关闭。只在此时，变压式蓄热器的自动调节阀V2打开，开始输出蒸汽。当用汽负荷下降时，这些自动调节阀按相反的程序动作。充热过程最好通过调节阀V3从变压式蓄热器开始，从而使它的蓄汽量能供较长的周期。

在一台蓄热器中可同时应用两种蓄热原理按同样的方法运行，这种合并的方式见图6一11。蓄热器由一只过剩蒸汽自动调节阀V1进行充热，当按照变压式蓄热器放热时就由自动调节阀V2实现，而按恒压式蓄热器运行时则由给水自动调节阀V3控制。当蓄热器在充热终了状态时，器内充满热水。当用汽负荷增大时，锅炉压力开始下降，于是阀V1关小，使蒸汽进入蓄热器的流量少于原来需要预热给水的流量，接着阀V3也关闭。如用汽负荷再增大，则蒸汽和给水均完全停止流入蓄热器，这时恒压式蓄热器达到它最高的放热速率。只有在负荷继续增大时，阀V2才打开，

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就象简单的变压式蓄热器一样，释放出更多的蒸汽。

这两种作用是相互制约的。一方面，当作为变压式蓄热器时，其蓄热量由于贮水量的减少而降低。另一方面，压力的下降，减少了作为恒压式蓄热器的供热速率。这样，对应付尖峰负荷，恒压蓄热所发挥的作用由于蓄热器内压力的关系而减少。在放热终止状态时，蓄热器除了充热时必要的在停滞空间内保留的水以外，不再有任何给水。由于它的初态和终态与普通恒压式蓄热器相同，其蓄热能力(kj/m3)也必然相等。这种合并方式的唯一优点是由于同时有变压式蓄热的作用而可以增加最高的供热速率。

5．蓄热器的分类

从常用的供热系统中的蓄热器的热介质来看，水是迄今为止普遍采用的最有利的热介质。水和其它热介质相比其优点有：

l)容易获得，价格一般低廉；

2)无毒性、无腐蚀性或其它有害的作用； 3)具有相对高的比蓄热量；

4)和供汽锅炉的工质相一致，在蓄热器中，水既是蓄热介质，又是传热介质，

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因此可省去热交换器，水作为热介质的不利之处是沸点较低。用水蓄热时，水温常需超过100℃。如要多蓄热能，就必须提高压力，才能升高水温，为此需用相应的压力容器来贮水。一般压力愈高，水的沸点愈高，蓄热量愈多，而压力却随水温的上升而陡增。为此，也曾研究过其它热介质，大多数是化合物。这些化合物具有较高的沸点，因此可以在较高的温度和较低的压力下运行，但是价格昂贵，需用热交换器等相当复杂的装置。且有时有毒性和/或腐蚀性，所以迄今其实际应用范围极小。

按蓄热器运行时的压力变化可分为两大类：变压式(或降压式)蓄热器和恒压式蓄热器。

常见的变压式蓄热器以水蓄热，所蓄热能在放热时由于压力降低，水就自蒸发产生饱和蒸汽，以蒸汽载热输往热用户，如鲁茨式蓄热器。另一种是在压力容器中直接蓄满蒸汽的储汽包(或干汽包)，它可以说是变压式蒸汽蓄热器的一种特殊状态(汽空间为l)，它如用饱和蒸汽充热，在放热时由于蒸汽膨胀作功，就有部分蒸汽冷凝为水，积聚在容器内。

恒压式蓄热器储蓄显热于加压的水中，放热时热能由热水携带供往热用户。蓄热器内的水在恒定的压力和温度下运行，水的体积随运行工况而变化，当它与锅炉给水系统相联用以预热给水的称为给水蓄热器，如基瑟式蓄热器、墨科勒式蓄热器。当它所蓄热能由高温工业用水携带，供应热用户时称为热水蓄热器，一般用于区域供热。

综合上述几种蓄热器可以归纳为：

总称为蓄热器的种类和形式很多，其分类方法也有多种。 (1)按蓄热介质和传热介质来分，有： 1)直接蓄热(蓄热介质和传热介质相同)；

2)间接蓄热(热能藉另一传热介质进行传热或传质)；

3)半直接蓄热(如上述2)，所不同者为传热介质的蓄热量占有重要地位)； 4)吸收蓄热(某种蓄热介质能吸收气体后释放热量和吸收热量时释放气体)；

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(2)按蓄热介质的质量来分，可分为定质量式(如在间接蓄热中)和变质量式(如在直接蓄热中)。

(3)按蓄热容积来分，可分为定容式和变容式。 (4)按蓄热压力来分，可分为恒压式和变压式。

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附 录

附录一 碟形封头圆柱形蓄热器容积计算(不完全充满水时)

蓄热器内液体体积为圆柱体部分体积V1和两端碟形部分的体积V2之和： V=V1+V2 (m3) 圆柱体部分体积：

两端碟形部分的体积：V2 =0.2155h2(1.5d-h) (m3)

式中 L——圆柱体长度，(m)； d——圆柱体内径，(m)； h—— 罐内液体高度，(m)；

K—— 系数，决定于比值h/d，见表。 h/d 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

K 0.005 0.013 0.026 0.038 0.052 0.068 0.085 0.103 0.122 0.142 h/d 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.36 0.38 0.40 K 0.163 0.185 0.207 0.229 0.252 0.276 0.300 0.324 0.349 0.374 h/d 0.42 0.44 0.46 0.48 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 K 0.399 0.424 0.449 0.475 0.500 0.526 0.551 0.576 0.601 0.627 h/d 0.62 0. 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76 0.78 0.80 K 0.651 0.676 0.700 0.724 0.748 0.771 0.793 0.816 0.837 0.858 h/d 0.82 0.84 0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 K 0.878 0.7 0.915 0.932 0.948 0.963 0.976 0.987 0.995 1.000 152

附录二 椭圆形封头圆柱形蓄热器容积计算

V=0.785d2(L-d/6) (m3)

式中 V——体积，(m3)； L——总长度，(m)； d——圆柱体内径，(m)。

附录三 蒸汽蓄热器标准规格(日本光辉蓄热器公司)

型号 几何容积(m3) 实际蓄水量(m3) 尺寸(mm) 直径 全长 重量(t) Q08-10-16 8.9 8.0 2000 3000 2.4 4.3 Q10-10-16 12.0 10.8 2000 4500 3.2 4.4 Q15-10-16 16.7 15.0 2250 4950 4.2 6.0 Q20-10-16 21.9 19.7 2250 6250 5.6 7.8 Q25-10-16 27.9 25.0 2250 7750 6.4 9.4 Q30-10-16 33.8 30.4 2250 9250 8.1 12.4 Q38-10-16 39.8 35.8 2250 10750 10.1 14.2 Q50-10-16 54.8 49.3 2500 12000 12.6 18.6 Q60-10-16 67.3 60.6 2750 12250 15.6 22.8

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Q76-10-16 84.9 76.4 95.4 120.6 Q100-10-16 106.1 Q120-10-16 134.0 20.5 28.6 25.5 3000 16000 36.2 32.0 3100 18800 44.6 3000 13000 注：1、型号栏中10，16分别表示最高工作压力为10，16kgf/cm2(1kgf/cm2=0.0980665MPa)。

实际蓄水量按充水系数90%计。

附录四 特大型蒸汽蓄热器标准规格(日本光辉蓄热器公司)

型号 Q500-65 Q750-55 Q1000-55 Q1500-55 Q2000-55 几何容积实际蓄水量(m3) (m3) 550 500 812 750 1087 1000 1612 1500 2142 2000 尺寸(mm) 直径 4500 5000 5000 6000 7000 全长 36000 43000 57000 59000 58000 重量(t) 330 486 614 877 1184 注：1、型号栏中55表示最高工作压力为55kgf/cm2(1kgf/cm2=0.0980665MPa)。 2、如采用海上运输，可提供单台容积为2500m3的蒸汽蓄热器。

3、如能将半成品运到现场进行焊接装配，则可承制单台容积达5000m3的蒸汽蓄热器。

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附录五 蒸汽蓄热器标准规格(日本奥巴尔机器公司)

型号 Q08-10 -12 -14 -15 -16 Q10-10 -12 -14 -15 -16 Q15-10 -12 -14 -15 -16 Q20-10 -12 -14 -15 -16 Q25-10 -12 -14 -15 -16 Q30-10 -12 -14 -15 -16 Q36-10 -12 -14 -15 -16 实际尺寸(mm) 几何蓄水容积量(m3) 直径 全长 (m3) 8.9 7.8 2000 12.0 10.6 2000 16.1 14.3 2150 21.9 19.5 2250 27.9 25 2250 33.8 30.2 2250 39.8 35.6 2250 蒸汽发生量(kg) 最高工(由最高工作压力降压) 作压力降至降至(kgf/cm2) 4(kgf/cm2) 3(kgf/cm2) 3.6 10 500 630 3.8 12 620 740 3500 4.0 14 710 830 4.1 15 750 870 4.3 16 800 910 760 4.4 10 610 0 4.7 12 740 1000 4500 5.2 14 860 1050 5.5 15 910 1100 5.8 16 960 5.5 10 820 1030 6.2 12 1000 1200 5150 6.6 14 1150 1350 6.8 15 1220 14010 7.0 16 1300 1480 6.1 10 1120 1400 6.6 12 1360 10 6250 7.1 14 1570 1830 7.6 15 1670 1920 8.6 16 1770 2020 7.6 10 1430 1800 8.0 12 1750 2100 7750 8.6 14 2020 2350 9.2 15 2140 2470 9.6 16 2260 2590 8.2 10 1740 2170 8.8 12 2100 2540 9250 9.6 14 2440 20 10.3 15 2580 2980 10.9 16 2740 3130 7.5 10 2080 2580 8.5 12 2510 3010 10750 9.5 14 2900 3370 10.5 15 3080 3540 11 16 3260 3720 重量(t) 降至2(kgf/cm2) 780 880 970 1010 1050 930 1060 1170 1210 1260 1260 1420 1570 10 1700 1720 1940 2140 2230 2320 2200 2480 2750 2860 2970 2660 3000 3320 3460 3600 3150 3580 3940 4120 4260 155

Q50-10 -12 -14 -15 -16 Q60-10 -12 -14 -15 -16 Q76-10 -12 -14 -15 -16 Q100-10 -12 -14 -15 -16 Q120-10 -12 -14 -15 -16 54.8 49.3 2500 12000 67.3 60.6 2750 12250 84.9 76.4 3000 13000 100.1 86.4 3000 16000 130.0 117.0 3300 16300 10.5 12 13.5 14 15 13.5 15.5 17 19 20 16 17.5 20.5 21.5 23 19 22 25 26.5 29 23.5 27.5 32 33.5 36 10 12 14 15 16 10 12 14 15 16 10 12 14 15 16 10 12 14 15 16 10 12 14 15 16 2860 3450 3990 4240 4490 3520 4240 4910 5210 5520 4430 5350 6190 6570 6950 5530 6680 7730 8200 8680 6790 8190 9480 10070 10650 3550 4140 4630 4880 5130 4360 5090 5690 6000 6300 5500 20 7180 7560 7950 6870 8010 70 9450 9920 8420 9830 11000 11580 12170 4340 4930 5420 5670 5870 5330 6060 6670 6970 7210 6720 70 8400 8790 9090 8400 9540 10490 10970 11350 10300 11700 12870 13460 13920 156

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