蒸汽蓄熱器運行過程控制

蒸汽蓄熱器運行過程控制

隨著國家節(jié)能政策的逐步推廣，石油、化工、冶金、色澤、水泥等行業(yè)的主要工藝產生了大量的剩余蒸汽。這些盈余蒸汽的有效回收和合理使用是值得研究的。要回收蒸汽，需要蒸汽儲存裝置。蒸汽蓄熱器就是一種以水為介質的儲汽蓄熱壓力容器,是提高蒸汽使用可靠性和經濟性的一種高效節(jié)能減排設備,常用于余熱利用系統(tǒng),能有效地回收熱量。蒸汽蓄熱器用于熱源間斷或熱負荷波動較大的供汽系統(tǒng),在汽源供汽不連續(xù)或流量波動大的供熱系統(tǒng)中,裝有蒸汽蓄熱器后可對波動或階段性負荷平衡連續(xù)供汽。若大力推廣,節(jié)能和環(huán)保效果將會非常顯著。隨著蒸汽蓄熱器的普遍使用,其高效性與經濟性越來越受到重視,這就要求蓄熱器充放熱過程控制以及相關測量更加準確合理,對現(xiàn)行大量正在投入使用的蒸汽蓄熱器進行調研后,發(fā)現(xiàn)其運行過程中存在很多問題,為了更有效地使用蒸氣蓄熱器,對其控制原理的認識及相關監(jiān)控設備選擇是系統(tǒng)設計階段必須考慮的。1蒸汽蓄熱裝置的原理和液位的測量1.1蒸汽蓄熱器的工作原理1.2蓄熱器閥門管道蓄熱器過程控制要求,不但要最大化存儲外界的熱量,還必須能夠對外界恒壓供汽,在此過程交替進行中,保證蓄熱器液位在安全數(shù)值范圍內。蓄熱器運行前,需要向其中至少注入50%～60%的軟化水,正常運行中,充水量以達到60%為宜。水量低于60%時,要注水,高于90%時,要放水。在過熱蒸汽的供熱系統(tǒng)中,進入蓄熱器的高壓蒸汽是過熱蒸汽,而蓄熱器放熱的蒸汽是飽和蒸汽,這樣會導致出現(xiàn)剩余的熱量,這些熱量會使水位空間有更多的過飽和水揮發(fā)成蒸汽。隨著充、放熱連續(xù)不斷進行,水位會降低,因此要定期向蓄熱器補水。在飽和蒸汽供熱系統(tǒng)的蓄熱器中,由于低壓蒸汽的汽化潛熱高于蒸汽的汽化潛熱,經蓄熱器不停的充、放熱過程,蓄熱器水位會升高,因此蓄熱器在長期運行時必須定期放水。蓄熱器閥門接管可由圖1中看出。充排水控制,在蓄熱器開始運行前,開啟開關型電動閥門,對蓄熱器進行充水,當水量達到60%設定值,停止進水。監(jiān)測充汽過程中液位數(shù)值,當液位達到90%設定值,必須開啟緊急放水閥排水,一是防止對外供汽帶水,二是保留一定的閃蒸空間。對于連續(xù)充汽過程,當蓄熱器壓力達到設定壓力值時,則關閉充汽電動閥,或作恒壓充汽系統(tǒng)。對于間歇性充汽,防止過充汽或液位超過設定值。對于連續(xù)放汽過程,蓄熱器出口蒸汽閥門則應選用調節(jié)性閥門,保證對外穩(wěn)定連續(xù)供汽。以上過程可通過控制器編程實現(xiàn)自動化。1.3差壓壓的計算公式蓄熱器就地液位計采用雙色水位計或耐高溫磁翻板液位計。遠傳水位計常采用差壓式水位計,差壓水位計通常通過把液位高度變化轉換成差壓變化來測量水位,其測量儀表就是差壓計,常用平衡容器來實現(xiàn)水位與差壓之間的準確轉換。蓄熱器液位測量選擇內置式單室平衡容器,如圖2所示。差壓計的正壓頭由于平衡容器有恒定水柱而維持不變(蓄熱器內的蒸汽經過冷凝罐冷凝成水后自流到單室平衡容器中,維持正壓恒位,多余的水溢流到蓄熱器中),負壓頭則隨容器水位變化而變化。差壓計的差壓值,也就隨容器水位的變化而變化。此時,差壓計算公式為:Δp=(ρ-ρ′)g(H-H0)(1)式中g——重力加速度,m/s2;H——蓄熱器中最大測量范圍,mm;H0——蓄熱器中初始注水液位,mm;Δp——蓄熱器中水位的差壓,Pa;ρ——蓄熱器中飽和水的密度,kg/m3;ρ′——蓄熱器中飽和汽的密度,kg/m3。蓄熱器充發(fā)熱過程中,蒸汽壓力是飽和水與飽和汽密度的單值函數(shù),從式(1)中可以看出,只要測量蓄熱器實時壓力,在控制系統(tǒng)中植入飽和蒸汽密度與壓力的函數(shù)關系式即可隨時得到ρ、ρ′即時值,計算差壓Δp,得到蓄熱器的當前液位值。2由于蓄熱器的測量過程中存在經常出現(xiàn)的問題，2.1蓄熱器的選擇對大多數(shù)投運的蒸汽蓄熱器研究后,除了蓄熱器本身設計問題外,發(fā)現(xiàn)其閥門選擇有如下問題:一是進水閥門選擇了調節(jié)閥,仔細分析才知道,設計人員對蓄熱器儲能原理與液位控制不熟悉,導致錯誤的選擇結果。蓄熱器液位控制與鍋爐汽包水位控制還是有一定區(qū)別的,鍋爐汽包為了保證一定的汽相空間,不影響汽水分離器的正常工作,水位一般控制在中心線附近,而蓄熱器始終處于變壓運行,如果處于滿充滿放運行過程,其水位變化則是儲能的空間高度。二是放汽閥門的選擇,現(xiàn)場的用汽用戶多要求汽源壓力恒定,如果選用電動開關型閥門,雖然有簡單的調節(jié)功能,但很難滿足用戶的用汽需求,所以放汽閥門應選擇調節(jié)型電動閥門。三是充汽閥門,可根據(jù)蓄熱器實際使用情況選擇,當充汽的汽源是間歇式來汽時,選電動開關閥門,否則選電動調節(jié)閥門。2.2帶蒸汽罩補償式平衡容器在飲料中的應用目前常用的幾種平衡容器有:外置式單室、雙室平衡容器,帶蒸汽罩補償式平衡容器,內置式單、雙室平衡容器,針對這幾種平衡容器能否很好地應用在蓄熱器上,作如下分析。蓄熱器本身是一個儲能設備,在其充放汽過程,壓力是不斷變化的,也就是說蓄熱器始終是一個滑壓運行的壓力容器,對于外置式平衡容器而言,一般是用于額定工作壓力下的蒸汽壓力容器水位測量,比如定壓運行鍋爐的汽包水位的測量。當蓄熱器壓力變化時,飽和水密度和飽和蒸汽密度隨之變化,對于外置式平衡容器而言,會產生很大的誤差。帶蒸汽罩補償式平衡容器在測量蒸汽壓力容器水位上,得到廣泛應用,蒸汽罩的加熱蒸汽來自被測容器的蒸汽空間,可保證正壓側水溫在任何情況下都接近被測容器壓力下的飽和水,能更好地應用于滑壓運行的汽水容器的液位測量。其使用必須滿足3個條件:一是有與蒸汽壓力容器中同參數(shù)的蒸汽可以利用,二是被測液位蒸汽壓力容器必須有一定的安裝高度,三是能找到蒸汽罩中冷凝水的排放位置。對蒸汽蓄熱器而言,用蒸汽(可來自蓄熱器)加熱的方法使得平衡容器中的水溫等于蒸汽的飽和溫度,后兩個條件不能夠滿足,導致帶蒸汽罩補償式平衡容器不能在蓄熱器上應用。內置式單室平衡容器,由于將正壓側保持恒定水柱的相關器件安裝在蓄熱器內,使正壓側管中水的溫度為蓄熱器內飽和水的溫度,其密度則為飽和水的密度,其補償變得更簡單。在蓄熱器的汽側取樣管上連接有冷凝罐,可以及時向平衡容器的正壓側中補充冷凝后的飽和水。冷凝罐頂上有初始補水口,罐體上有汽側取樣口,蒸汽冷凝后,經過罐體下側傾斜管路流入到正壓側的凝結水集水盤,多余的飽和水溢流到蓄熱器中,從而保證正壓側壓力恒定。所以,內置式單室平衡容器能很好地用在蓄熱器液位測量上。內置式雙室平衡容器,可參考文獻,其在測量蓄熱器水位上能得到很好的應用,使用時必須注意外置式冷凝罐冷卻體積與取樣管路管徑的合理計算,如果計算不合理,在蓄熱器放汽過程中,熱水快速閃蒸出蒸汽,這時由于正壓側水柱高度下降,水源補充不及時,會導致測量誤差。3平衡容器與汽量蓄熱器液位測量的關系蓄熱器能夠很好地回收儲存生產主工藝中產生的多余蒸汽,杜絕了多余蒸汽直接排空,節(jié)約了能源。如果設計過程中,能夠更深入地了解蓄熱器的實際應用工況,根據(jù)生產主工藝產汽特點與用汽工藝的需求,合理選擇所需要的控制部件,將能更有效地發(fā)揮蓄熱器的作用,在液位測量上,平衡容器內置,能保證蓄熱器的充放汽過程中,平衡容器的正側水柱高度恒定,又能避免外置式平衡容器出現(xiàn)的其他問題,這對蓄熱器液位測量提供了保證。蒸汽蓄熱器利用水的蓄熱功能,將熱能以飽和水的形式存儲起來。充汽過程,當用汽量小于產汽量時,將富裕的蒸汽送進蓄熱器,利用蓄熱器里的水與其進行混合式傳熱,吸收蒸汽潛熱,將水加熱并使蒸汽凝結成水,使蓄熱器里水的焓值升高到與引入蒸