蒸汽蓄熱器技術(shù)PPT課件

1、中國科學(xué)院電工研究所中國科學(xué)院電工研究所 2018年年6月月27日日白白 鳳鳳 武武 1蒸汽蓄熱器技術(shù)蒸汽蓄熱器技術(shù)2優(yōu)點(diǎn)：用于水優(yōu)點(diǎn)：用于水/ /蒸汽工質(zhì)電站，傳熱和儲(chǔ)熱為同一介質(zhì)。蒸汽工質(zhì)電站，傳熱和儲(chǔ)熱為同一介質(zhì)。缺點(diǎn)：不適合更長時(shí)間儲(chǔ)熱，大規(guī)模應(yīng)用成本受限。缺點(diǎn)：不適合更長時(shí)間儲(chǔ)熱，大規(guī)模應(yīng)用成本受限。Steam accumulator蒸汽蓄熱器技術(shù)蒸汽蓄熱器技術(shù)3是一種以水為儲(chǔ)熱介質(zhì)的蒸汽容器。是提高蒸汽使用可靠性和經(jīng)濟(jì)性的一種高效節(jié)能減排設(shè)備。用途廣泛：可用于鋼鐵、冶金、紡織印染、化纖、制漿造紙、釀酒、制藥、食品加工、發(fā)電等行業(yè)。4 蒸汽的儲(chǔ)存和利用最早是德國的拉特教授提出的。蒸汽

2、的儲(chǔ)存和利用最早是德國的拉特教授提出的。 1873年，美國的麥克年，美國的麥克馬洪將蒸汽以高溫?zé)崴男问絹韮?chǔ)存，為現(xiàn)代蒸汽蓄熱器奠定馬洪將蒸汽以高溫?zé)崴男问絹韮?chǔ)存，為現(xiàn)代蒸汽蓄熱器奠定了基礎(chǔ)。了基礎(chǔ)。 1880年，裴里希年，裴里希列任斯和布洛爾列任斯和布洛爾夏洛斯基博士在德國獲得了蒸汽蓄熱器專利；夏洛斯基博士在德國獲得了蒸汽蓄熱器專利； 1921年愛斯脫爾拔就制造了年愛斯脫爾拔就制造了1000m的大容量汽罐。的大容量汽罐。 1916年，瑞典工程師魯茨博士發(fā)明了著名的魯茨蓄熱器年，瑞典工程師魯茨博士發(fā)明了著名的魯茨蓄熱器(蒸汽蓄熱器蒸汽蓄熱器)，為蓄熱器的，為蓄熱器的廣泛應(yīng)用打開了局面。廣泛應(yīng)

3、用打開了局面。 魯茨蓄熱器廣泛用于蓄熱始于魯茨蓄熱器廣泛用于蓄熱始于1921年，到年，到1935年為止，年為止， 魯茨蓄熱器已應(yīng)用了魯茨蓄熱器已應(yīng)用了500多多臺(tái)。臺(tái)。 魯茨博士最初設(shè)置的蓄熱器，效果驚人，可以節(jié)能魯茨博士最初設(shè)置的蓄熱器，效果驚人，可以節(jié)能1237%，生產(chǎn)率增長，生產(chǎn)率增長745%，鍋，鍋爐容量減少一半。因?yàn)轸敶牟┦抗冏恐?，被譽(yù)為蓄熱器之父。爐容量減少一半。因?yàn)轸敶牟┦抗冏恐?，被譽(yù)為蓄熱器之父。蒸汽蓄熱器技術(shù)蒸汽蓄熱器技術(shù)5 蒸汽蓄熱器從二十年代起，一直被廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)企業(yè)，用來平衡高蒸汽蓄熱器從二十年代起，一直被廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)企業(yè)，用來平衡高峰負(fù)荷，穩(wěn)定鍋爐工況

4、。峰負(fù)荷，穩(wěn)定鍋爐工況。 在火電站也有不少典型的應(yīng)用。在火電站也有不少典型的應(yīng)用。 1920年，在瑞典的馬爾摩，魯茨設(shè)計(jì)的蓄熱器用于一座年，在瑞典的馬爾摩，魯茨設(shè)計(jì)的蓄熱器用于一座3750千瓦的電站中千瓦的電站中，首次配合汽輪機(jī)聯(lián)合運(yùn)行。，首次配合汽輪機(jī)聯(lián)合運(yùn)行。 1927年年6月，在基爾召開的德國電氣工程師協(xié)會(huì)會(huì)議中，專門討論了利用魯月，在基爾召開的德國電氣工程師協(xié)會(huì)會(huì)議中，專門討論了利用魯茨蓄熱器來供應(yīng)火電站在高峰負(fù)荷時(shí)所需的超額蒸汽問題。茨蓄熱器來供應(yīng)火電站在高峰負(fù)荷時(shí)所需的超額蒸汽問題。 1929年，柏林最大的火電站安裝了年，柏林最大的火電站安裝了16個(gè)容量為個(gè)容量為300m3的蓄熱器

5、，為兩臺(tái)的蓄熱器，為兩臺(tái)2.5萬千瓦的汽輪機(jī)供汽，可在高峰負(fù)荷下持續(xù)供汽萬千瓦的汽輪機(jī)供汽，可在高峰負(fù)荷下持續(xù)供汽3小時(shí)。小時(shí)。 蒸汽蓄熱器技術(shù)蒸汽蓄熱器技術(shù)6p 五十年代初，山西省太原鋼鐵廠從奧地利引進(jìn)了兩臺(tái)五十年代初，山西省太原鋼鐵廠從奧地利引進(jìn)了兩臺(tái)80m的蓄熱器，與的蓄熱器，與50噸的轉(zhuǎn)爐配套使用。噸的轉(zhuǎn)爐配套使用。p 1959年，第六機(jī)械工業(yè)部第九設(shè)計(jì)院與上海漁輪修造廠合作為該廠年，第六機(jī)械工業(yè)部第九設(shè)計(jì)院與上海漁輪修造廠合作為該廠5 噸的噸的蒸汽錘設(shè)計(jì)、安裝了一臺(tái)容積為蒸汽錘設(shè)計(jì)、安裝了一臺(tái)容積為22m、壓力為、壓力為1MPa的蓄熱器。的蓄熱器。p 1969年，上海造船廠安裝了一臺(tái)

6、容量為年，上海造船廠安裝了一臺(tái)容量為22m、壓力為、壓力為1MPa的蓄熱器，配的蓄熱器，配合鍋爐供汽給鍛錘使用。合鍋爐供汽給鍛錘使用。p 1970年年-1972年，四川省攀枝花鋼鐵廠、上海第五鋼鐵廠和遼寧省鞍山鋼年，四川省攀枝花鋼鐵廠、上海第五鋼鐵廠和遼寧省鞍山鋼鐵廠為了配合轉(zhuǎn)爐汽化冷卻，分別安裝了兩臺(tái)容量為鐵廠為了配合轉(zhuǎn)爐汽化冷卻，分別安裝了兩臺(tái)容量為42m和一臺(tái)容量為和一臺(tái)容量為22m的蓄熱器。的蓄熱器。p 到七十年代中期，我國自行設(shè)計(jì)、制造，安裝的蓄熱器先后在機(jī)械、造紙到七十年代中期，我國自行設(shè)計(jì)、制造，安裝的蓄熱器先后在機(jī)械、造紙、船舶、鋼鐵、煤氣、化工等工業(yè)企業(yè)中得到應(yīng)用。、船舶、鋼

7、鐵、煤氣、化工等工業(yè)企業(yè)中得到應(yīng)用。p 1982年底，上海松江紙漿廠年底，上海松江紙漿廠100m的蓄熱器。的蓄熱器。 蒸汽蓄熱器技術(shù)蒸汽蓄熱器技術(shù)工作原理工作原理蒸汽蓄熱器是熱能的吞吐倉庫，一般為臥式圓筒體，內(nèi)裝軟化水。蒸汽蓄熱器是熱能的吞吐倉庫，一般為臥式圓筒體，內(nèi)裝軟化水。充熱過程：充熱過程：當(dāng)用汽負(fù)荷下降時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的多余蒸汽以熱能形式通過充熱裝置充入軟水中貯存，使蓄熱器內(nèi)水的壓力、溫度當(dāng)用汽負(fù)荷下降時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的多余蒸汽以熱能形式通過充熱裝置充入軟水中貯存，使蓄熱器內(nèi)水的壓力、溫度上升，形成一定壓力下的飽和水；上升，形成一定壓力下的飽和水；放熱過程：放熱過程：當(dāng)用汽負(fù)荷上升，鍋爐供汽不

8、足時(shí)，隨著壓力下降，器內(nèi)飽和水成為過熱水而產(chǎn)生自蒸發(fā)，向用戶供汽。當(dāng)用汽負(fù)荷上升，鍋爐供汽不足時(shí)，隨著壓力下降，器內(nèi)飽和水成為過熱水而產(chǎn)生自蒸發(fā)，向用戶供汽。通過蓄熱器對熱能的吞吐作用，使供用熱系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，從而可使鍋爐在滿負(fù)荷或某一穩(wěn)定負(fù)荷下平穩(wěn)運(yùn)行。通過蓄熱器對熱能的吞吐作用，使供用熱系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，從而可使鍋爐在滿負(fù)荷或某一穩(wěn)定負(fù)荷下平穩(wěn)運(yùn)行。蓄熱器中的水既是蒸汽和水進(jìn)行熱交換的介質(zhì)，又是蓄存熱能的載體。蓄熱器中的水既是蒸汽和水進(jìn)行熱交換的介質(zhì)，又是蓄存熱能的載體。7蒸汽蓄熱器原理蒸汽蓄熱器原理 在一定壓力下，雖然相同重量的蒸汽比水的焓值高得多，但蒸汽比容很大，因此相在一定壓力下，雖然相同

9、重量的蒸汽比水的焓值高得多，但蒸汽比容很大，因此相同容積的水的含熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蒸汽的含熱量，這就是蒸汽蓄熱器能夠吞吐大量熱能同容積的水的含熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蒸汽的含熱量，這就是蒸汽蓄熱器能夠吞吐大量熱能的原理。的原理。P=0.78MPa時(shí)，時(shí)， 相同容積飽和水的含熱量是蒸汽的相同容積飽和水的含熱量是蒸汽的58.8倍。倍。 飽和蒸汽焓：飽和蒸汽焓：2767kJ/kg，密度：，密度：4.08kg/m3，每立方米蒸汽的含熱量：，每立方米蒸汽的含熱量：11289kJ； 飽和水焓：飽和水焓： 739kJ/kg，密度：，密度：898kg/m3，每立方米飽和水含熱量：，每立方米飽和水含熱量：663622kJ一臺(tái)一臺(tái)

10、50m3的蒸汽蓄熱器（容水系數(shù)取的蒸汽蓄熱器（容水系數(shù)取0.9），假如充熱壓力為），假如充熱壓力為0.98MPa，放熱壓力為，放熱壓力為0.39MPa，其自蒸發(fā)能力可達(dá)其自蒸發(fā)能力可達(dá)2500kg（供汽壓力低于（供汽壓力低于0.98MPa），相當(dāng)于一臺(tái)），相當(dāng)于一臺(tái)4t/h鍋爐在中等負(fù)荷時(shí)的供汽鍋爐在中等負(fù)荷時(shí)的供汽量（調(diào)節(jié)能力）。量（調(diào)節(jié)能力）。8蒸汽蓄熱器原理蒸汽蓄熱器原理應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍1 用汽負(fù)荷波動(dòng)較大的供熱系統(tǒng)用汽負(fù)荷波動(dòng)較大的供熱系統(tǒng)，例如制漿造紙、化纖、紡織等行業(yè)。，例如制漿造紙、化纖、紡織等行業(yè)。2 瞬時(shí)用汽量較大的供熱系統(tǒng)瞬時(shí)用汽量較大的供熱系統(tǒng)，例如使用蒸汽噴射真空泵的行

11、業(yè)，間隙制氣的煤氣廠，氮，例如使用蒸汽噴射真空泵的行業(yè)，間隙制氣的煤氣廠，氮肥廠等肥廠等3 汽源供汽不穩(wěn)定的供熱系統(tǒng)汽源供汽不穩(wěn)定的供熱系統(tǒng)，例如采用余熱鍋爐供氣，采用汽化冷卻供汽的體系鍋爐，例如采用余熱鍋爐供氣，采用汽化冷卻供汽的體系鍋爐負(fù)荷往往受余熱量變化的影響而不能穩(wěn)定，采用蓄熱器后可使熱系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。負(fù)荷往往受余熱量變化的影響而不能穩(wěn)定，采用蓄熱器后可使熱系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。4 需要隨時(shí)供汽，隨時(shí)用汽的供熱系統(tǒng)需要隨時(shí)供汽，隨時(shí)用汽的供熱系統(tǒng)，例如間斷用汽（不連續(xù)），隨時(shí)用汽（早晚用汽，例如間斷用汽（不連續(xù)），隨時(shí)用汽（早晚用汽多，中午用汽少，白天用汽多，晚上用汽少）的賓館、飯店等。多，中午

12、用汽少，白天用汽多，晚上用汽少）的賓館、飯店等。 總之，蓄熱器可有效地解決蒸汽的供需矛盾，從而穩(wěn)定鍋爐運(yùn)行工況，達(dá)到提高蒸汽品質(zhì)總之，蓄熱器可有效地解決蒸汽的供需矛盾，從而穩(wěn)定鍋爐運(yùn)行工況，達(dá)到提高蒸汽品質(zhì)，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、節(jié)能降耗的目的，凡是蒸汽負(fù)荷不穩(wěn)定的供熱系統(tǒng)，使用蒸汽蓄熱器都可，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、節(jié)能降耗的目的，凡是蒸汽負(fù)荷不穩(wěn)定的供熱系統(tǒng)，使用蒸汽蓄熱器都可收到良好效果。收到良好效果。9蒸汽蓄熱器原理蒸汽蓄熱器原理10 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 在宇航、衛(wèi)星技術(shù)工程中，要在地面模擬一個(gè)真空環(huán)境，需設(shè)立高空性能在宇航、衛(wèi)星技術(shù)工程中，要在地面模擬一個(gè)真空環(huán)境，需設(shè)立高空性能試驗(yàn)室。其方法是利用蒸汽

13、噴射泵抽真空。例如，某高空性能試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)室。其方法是利用蒸汽噴射泵抽真空。例如，某高空性能試驗(yàn)裝置，蒸汽噴射泵的耗汽量高達(dá)蒸汽噴射泵的耗汽量高達(dá)576噸噸/時(shí)，而工作時(shí)間不過時(shí)，而工作時(shí)間不過3分鐘。顯然，要裝分鐘。顯然，要裝設(shè)這樣大容量的鍋爐是不合理的，在運(yùn)行上也是十分困難的。如用一臺(tái)設(shè)這樣大容量的鍋爐是不合理的，在運(yùn)行上也是十分困難的。如用一臺(tái)6噸噸/時(shí)鍋爐配置二臺(tái)時(shí)鍋爐配置二臺(tái)106m的蒸汽蓄熱器，鍋爐只需向蓄熱器充汽的蒸汽蓄熱器，鍋爐只需向蓄熱器充汽23天就天就能達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康哪苓_(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?。蒸汽蓄熱器技術(shù)蒸汽蓄熱器技術(shù)蒸汽蓄熱器基本結(jié)構(gòu)蒸汽蓄熱器基本結(jié)構(gòu)11*動(dòng)力工程師手冊蒸汽蓄熱

14、器原理蒸汽蓄熱器原理12 假定蒸汽蓄熱器外殼絕熱，忽略金屬壁的吸熱，數(shù)學(xué)物理方程為：蒸汽蓄熱器原理蒸汽蓄熱器原理13蒸汽蓄熱器原理蒸汽蓄熱器原理14蒸汽蓄熱器原理蒸汽蓄熱器原理15蒸汽蓄熱器原理蒸汽蓄熱器原理16計(jì)算條件計(jì)算條件p 放熱過程初始壓力：放熱過程初始壓力：2.5MPap 放熱結(jié)束壓力：放熱結(jié)束壓力：1.0MPap 放熱時(shí)間：放熱時(shí)間：1小時(shí)小時(shí)p 充水系數(shù)：充水系數(shù)：0.85；p 蒸汽蓄熱器容積初值：蒸汽蓄熱器容積初值：80m；p 控制壓力為線性變化控制壓力為線性變化 蒸汽蓄熱器原理蒸汽蓄熱器原理17計(jì)算結(jié)果（計(jì)算結(jié)果（100m容積為例）容積為例）（1）放熱壓力線性降低時(shí)其釋放蒸汽

15、量逐漸增大；（2）放熱壓力線性降低時(shí)蒸汽蓄熱器內(nèi)水容積接近線性減少。蒸汽蓄熱器應(yīng)用蒸汽蓄熱器應(yīng)用181MWe1MWe塔式太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站，塔式太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站，可提供可提供5MW5MW熱功率，熱功率，400400，5MPa5MPa的的蒸汽進(jìn)行系統(tǒng)示范研究；蒸汽進(jìn)行系統(tǒng)示范研究；導(dǎo)熱油和蒸汽蓄熱器的兩級儲(chǔ)熱導(dǎo)熱油和蒸汽蓄熱器的兩級儲(chǔ)熱系統(tǒng)。系統(tǒng)。 商業(yè)應(yīng)用商業(yè)應(yīng)用19西班牙西班牙PS10PS10（11MW11MW，20062006），），PS20PS20（20MW20MW，20092009）；）；優(yōu)點(diǎn)：用于水優(yōu)點(diǎn)：用于水/ /蒸汽工質(zhì)電站，傳熱和儲(chǔ)熱為同一介質(zhì)。蒸汽工質(zhì)電站，傳熱和儲(chǔ)熱為同一介質(zhì)。缺點(diǎn)：不適合更長時(shí)間儲(chǔ)熱，大規(guī)模應(yīng)用成本受限。缺點(diǎn)：不適