蒸汽蓄热器设计的基本方法(1)

蒸汽蓄热器常用的几种蓄热量计算方法
一、高峰负荷计算法
该法是以用汽设备在高峰负荷最大持续时间内蒸汽用量作为根据，减去锅炉在高峰负荷时最大用汽量，即为蓄热器的计算蓄热量。

这种方法常用于存在高峰负荷的用户，如科学实验用汽、锻锤、水压机供汽系统等，具体可按下式计算：
Go=(Dmax-Db)×t/3600
其中Go----------- 计算蓄热量［Kg(蒸汽)］；
Dmax---------- 用汽设备最大耗汽量，（Kg/h）；
Db------------- 锅炉蒸发量，（Kg/h）；
t--------------- 高峰负荷持续时间（s），对于蒸汽锻锤一般为120---240s。

二、冲热时间计算法
废汽蓄热器要吸收一定时间内的全部废汽，因此可以采用冲热时间作为指标进行计算。

如废汽平均排出量为Di（Kg/h）,冲热时间为t(s),则计算蓄热量Go［Kg(蒸汽)］按下式计算: Go=Di×t/3600 二、单位水容积蓄热量计算
蒸汽蓄热器水空间单位水容积蓄热量与充热、放热压差成正比，压差大时则蓄热器单位水容积蓄热量相应增大，因此增大充热与放热压差是有利的。

但是充热、放热压差受到供热系统的约束，充热压力受到锅炉工作压力的限制，放热压力必须满足用户对供汽压力的要求。

充热压力P1=锅炉工作压力Pg-锅炉至蓄热器喷嘴出口的管系阻
力△h1
放热压力P2=用户最低要求压力Pc+蓄热器至用户的管系阻力
△h2
蒸汽蓄热器进口及出口压力损失一般取0.05MPa，蒸汽蓄热器单位水容积蓄热量go可由下表查得（或通过曲线图查得）
蒸汽蓄热器单位水容积蓄热量（蒸汽）表
（单位：kg/立方米）。

蒸汽蓄热器工作原理与结构设计探索发布时间：2021-06-04T16:26:54.407Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷5期作者：李伸光[导读] 社会的发展，对能源的利用日益增长，因此也对节能技术提出了更高要求李伸光济南天源换热设备有限公司山东济南 250020摘要：社会的发展，对能源的利用日益增长，因此也对节能技术提出了更高要求。

本文着重介绍节能领域的一项新兴技术产品--蒸汽蓄热器。

通过借鉴有关的文献以及应用实例，加上作者自己的理解以及研究，形成此文，以求能对蒸汽蓄热器的原理剖析、设备推广、设计及应用有所增益。

关键词：蒸汽蓄热器原理设计应用众所周知，蒸汽主要用途有加热、加湿、烘干、作为机器驱动力等，在很多行业都有利用。

在蒸汽利用的过程中，用汽负荷有波动、各工序用汽时间段不统一、用汽参数不一致等，是常见现象。

因此，如何避免因用汽负荷波动导致锅炉燃烧效率降低、用汽单位用汽量和参数不统一导致用汽时有不足时有剩余，就必须考虑增加一蒸汽储存装置，以便更加合理经济的利用锅炉出力。

蒸汽蓄热器是一种蒸汽热能的储存容器，具有均衡供汽波动负荷的作用。

用于蒸汽负荷波动的供汽系统，可使锅炉燃烧负荷稳定；也可用于余热利用系统，能有效的回收热量。

蒸汽蓄热器作为一种新兴的节能设备，国外如德国、日本等发展应用的较早，技术也相对成熟。

我国也在积极在推广应用，但限于推广的力度以及供汽用汽单位对它的了解尚有不足，目前应用的不够广泛，也因此该产品有着极大地发展利用空间。

一、蒸汽蓄热器工作原理蒸汽蓄热器的理论基础就是高压饱和水压力突然降低时会发生“闪蒸”现象，产生大量低压二次蒸汽，供给下游用汽单位。

具体过程就是：在用汽低谷时，多余的高压蒸汽进入蒸汽蓄热器，加热设备内软化水，使之变成高压饱和水，这个过程称为蒸汽蓄热器的充热过程；在用汽高峰时，因系统供汽不足导致系统内压力下降，连接系统与蒸汽蓄热器的止回阀打开，伴随压力突然下降，高压饱和水瞬间变成低压过热水，并立即沸腾，发生闪蒸，同时产生大量低压饱和蒸汽，进入系统，保证生产用汽，这个过程称为蒸汽蓄热器的放热过程。

1 蒸汽蓄热器的分类及其在蒸汽供热系统中的安装位置 (1)2 蒸汽蓄热器的结构及工作原理 (2)2.1蒸汽蓄热器的结构 (2)2.2蒸汽蓄热器的工作原理 (4)3 蒸汽蓄热器的适用范围 (5)4 装用蒸汽蓄热器的基本技术要求 (6)4.1已知条件 (6)4.2 热工计算 (6)5 蓄热器应用举例及效益浅析 (7)5.1 应用举例1 (7)5.2 效益浅析 (7)5.3 工艺改造 (8)5.4 经济效益 (9)5.5 应用实例2 (9)引言本世纪初，美国人发明了蓄热器。

1930年由瑞典的卢兹博士完成蓄热器技术，后来经日本人的研究开发，蓄热器的技术已日趋成熟。

蓄热器是一种有效的节能装置，在保证热用户汽压和流量的前提下，平衡汽源、供汽量和波动的汽负荷，使锅炉在一个连续稳定的状态下运行，从而实现最高的热效率，最经济的运行。

蓄热器分为变压式和定压式两种，变压式蓄热器又称蒸汽蓄热器。

蒸汽是一种可同时满足多种热用户对供热介质参数的不同要求、适应多种热负荷的不同变化规律的热媒。

在现代化工业园区中，它不仅仅可用于采暖用户，更重要的是还要满足不同的工艺、不同的产品、不同的蒸汽参数、不同的用汽规律的生产用户的供热要求。

不同热用户的生产热负荷取决于各自的生产工艺、原料、产量和用汽设备的性能参数等。

有一些用户的用汽量波动幅度很大，其峰值的出现没有确定的规律，甚至启动和停机都有随机性；有一些用户对用汽参数要求非常严格，参数出限将影响到产品质量，造成重大经济损失。

因此在有多个生产热用户的复杂蒸汽供热系统中，保证蒸汽流量和用汽参数是一个关系到生产部门和供热行业的经济利益、服务质量和企业形象的重要问题。

蒸汽供热系统中，可采用以下办法来保证用户的用汽要求：1．利用锅炉自身的蓄热量产生自蒸发蒸汽以适应高峰负荷；2．适当调整锅炉燃烧控制装置，改变燃烧工况以适应高峰负荷；3．加装蒸汽蓄热器。

利用锅壳式锅炉水容量大的特点，借助其蓄热量以应付短时间高峰负荷和借助锅炉自控装置调整以应付较平缓的高峰负荷是可行的，但都要求运行操作人员具有较高水平的操作技能，并需要经常关注供汽情况以便及时处理可能出现的突发情况，综合比较，安装蒸汽蓄热器是最有效、合理的方法。

作者简介：王其营（1967-），男，高级工程师， 橡胶机械专业，已发表论文300余篇。

收稿日期：2023-08-14蒸汽流量、压力和温度等参数的稳定性对轮胎硫化过程中的产品质量影响较大。

无论是企业自备锅炉生产蒸汽还是购买蒸汽（以下统称为汽源），都不可避免遇到蒸汽流量、压力和温度的波动，甚至出现供汽故障。

为了减少汽源蒸汽流量、压力和温度波动对轮胎生产的影响，也为了避免或减少汽源短期故障对生产造成的损失，可以在汽源与用汽单元/单位之间安装一套蒸汽蓄热器，上述问题就会避免或在一定程度上减少影响和损失。

本文根据笔者多年的实践经验，就蒸汽蓄热器的工作原理、结构组成、装用要求等进行简要阐述，同时对蒸汽蓄热器的选型依据、结构设计及在实际使用过程中的作用和效益等进行详细介绍，供同行参考。

1　蒸汽蓄热器的综合介绍我国对蒸汽蓄热器的研究自20世纪60年代开始，并在20世纪80年代从日本全套引进较为先进的设计和制造技术。

经过持续消化、吸收、改进、优化和提高，我国蒸汽蓄热器技术日趋完善。

但是由于国内大多数蒸汽供应和使用单位/企业对蒸汽蓄热器技术不是完全了解，导致蒸汽蓄热器的使用在国内特别是在轮胎生产企业并不是很普遍，使蒸汽蓄热器的作用没有得到充分发挥，让蒸汽蓄热器出现“明珠蒙尘”的现象。

1.1　蒸汽蓄热器的工作原理和使用流程（1）蒸汽蓄热器的工作原理和作用简述汽源进入蓄热器，利用筒体内水的蓄热能力,将轮胎生产企业蒸汽蓄热器的选型设计与使用王其营1，曲彦民2 ，王善河2(1.中策橡胶（天津）有限公司，天津 300452；2.山东岱星金属设备有限公司，山东 泰安 271000)摘要：简要阐述蒸汽蓄热器的工作原理、结构组成、装用要求等，并对蒸汽蓄热器的选型依据、结构设计及在实际使用过程中的作用和效益进行详细介绍，认为蒸汽蓄热器对稳定系统压力和温度、节约能源、保证产品质量起到较好的作用。

关键词：轮胎生产企业；蒸汽蓄热器；选型；设计；使用中图分类号：TQ330.8文章编号：1009-797X(2024)01-0062-07文献标识码：B DOI:10.13520/ki.rpte.2024.01.013蒸汽中的热能以高压饱和水的形式储存起来（即为充热过程）；在蒸汽需求量增加时，高压饱和水瞬间转化为高压过热水并发生“闪蒸”，产生大量的饱和蒸汽（即为放热过程）。

张渝1，段琼2，彭岚1摘要：介绍了蒸汽蓄热器的原理、结构、应用场合及装设要求等，并结合实例分析了装设蒸汽蓄热器所带来的经济效益。

关键词：蒸汽蓄热器；节能；锅炉中图分类号：TK223.3+5 文献标识码：B 文章编号：1004一7948(2006)05一0038一021前言目前，能源危机几乎已成为世界各国所共同面临的重要问题，严重的危机向人类提出了严厉的警告。

基于这样的能源形势，节能技术已经被提到了前所未有的高度。

蒸汽蓄热器作为一种重要的节能工具，理应受到进一步的推广和应用。

我国自上世纪60年代起开始进行蒸汽蓄热器的研究，并在80年代从日本全套引进了先进的设计和制造技术。

但目前这一先进节能设备在我国的推广应用还非常有限，主要原因在于许多蒸汽供热单位对该技术还不够了解。

2蒸汽蓄热器的工作原理及结构2.1蒸汽蓄热器的工作原理蒸汽蓄热器的工作原理是在压力容器中储存水，将蒸汽通入水中，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；而在容器内压力下降的条件下，饱和水成为过热水，并立即沸腾而蒸发产生蒸汽。

它设置在汽源和用汽负荷之间，在室内室外均可安装，通常装设在锅炉房附近。

2.2蒸汽蓄热器的分类按蒸汽蓄热器的结构可将其分为立式和卧式两种。

卧式蓄热器的蒸发面积较大，安装检修方便，对强度和稳定性的要求也比较低。

所以目前卧式蓄热器应用较多，但缺点是占地面积大。

立式蓄热器的优缺点与之相反。

2.3蒸汽蓄热器的结构目前使用的蒸汽蓄热器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，容器壁上有蒸汽入口和出口、入孔、进水口，其底部装有排水口和定位支座，如图1。

此此，还装有水位计、压力计等检测仪表。

蒸汽蓄热器与汽源的连接方式有串连和并联之分，但常见的卧式蒸汽蓄热器与锅炉并联的较多，如图2所示。

当高压供汽量与低压用汽量平衡时，蓄热器不工作，如果高压供汽量大于低压用汽量时，则通过阀2、阀3储热，当高压供汽量低于低压用汽量时，则由蓄热器供热补充。

一、蒸汽蓄热器作用及使用的必要条件蒸汽蓄热器是一种蒸汽热能的储存容器，具有平衡供汽峰谷负荷的作用。

可用于负荷波动的供汽系统，使锅炉负荷稳定;用在余热利用系统，能有效的回收热量。

蒸汽蓄热器是一种行之有效的节能设备，合理使用蒸汽蓄热器后，一般能节约燃料3％--20％。

常用的蒸汽蓄热器是一种变压式蓄热器，借助工作压力变化进行蓄热和放热。

使用变压式蒸汽蓄热器的必要条件：1。

工艺设备用汽负荷是波动的，日负荷曲线变化频繁和剧烈;2. 部分用户的用汽压力必须小于汽源（锅炉或热电站供热）的工作压力,低压蒸汽消耗量必须大于或等于最大用汽负荷与锅炉房额定蒸发量之差。

二、蓄热器工作原理：蒸汽蓄热器使用时筒体内部充有90%以下的饱和热水，水面以上为蒸汽空间，水空间装有充热装置.蒸汽蓄热器一般安装于锅炉与用汽设备之间，平衡用汽设备的波动负荷。

其热交换过程是：当用汽设备负荷小于锅炉产汽量时，锅炉供汽管中压力升高,蒸汽通过蓄热器内部充热装置喷入热水中,加热热水,提高热水温度，相应的使蓄热器汽空间的饱和蒸汽压力升高，这是蓄热器的充热过程；当用汽设备负荷高于锅炉供汽量时，锅炉供汽管中压力将会降低，一直降到低于蓄热器汽空间饱和压力时，蓄热器中饱和热水成为过热水，从而进行沸腾放热，产生蒸汽以补充供给设备用汽,这是蓄热器的放热过程。

蓄热器充热过程是饱和水温和饱和汽压升高的过程；蓄热器放热过程是饱和汽压和饱和水温降低的过程.蓄热器工作时，内部压力是变化的，因此这种蒸汽蓄热器又称为变压式蒸汽蓄热器。

由于蓄热和放热是通过内部热水实现的，故又称为显式变压式蓄热器。

三、设备基本配置蓄热器是一个卧式容器,顶部设集汽包、人孔,底部设固定支座和滑动支座各一只，内部装设充热装置,配置水位计、压力表、温度计，设有蒸汽入口、蒸汽出口、进水、放水、排污、放气及安全阀接管。

1。

顶部集汽包出口设汽水分离装置，以保证出汽不带水和蒸汽冷凝时水的回流。

2. 蒸汽蓄热器的充热装置是由蒸汽分配管和若干喷嘴组组成,每组喷嘴有一只循环导流筒和一组喷嘴。

《【浅析蒸汽蓄热器的原理与应用】蒸汽蓄热器》摘要：1、前言当前,能源危机已经成为世界所共同面临的重要问题,严重的危机向人类提出了严厉的警告，蒸汽蓄热器的热效率很高,一般均在98%，⑴应用举例以某啤酒厂为例,该厂有三台4t/h的快装锅炉,由于生产的发展,高峰用汽量为15t/h,低峰用汽量为8t/h锅炉满足不了生产的需要摘要:介绍蒸汽蓄热器的工作原理与热效率及分析实际工作中何种情况下应该装设蒸汽蓄热器并结合实例说明装设蓄热器所带来的效益。

关键词:蒸汽蓄热器;能源;节能;锅炉1、前言当前,能源危机已经成为世界所共同面临的重要问题,严重的危机向人类提出了严厉的警告。

基于目前的能源形式,节能技术已经被提到了前所未有的高低。

蒸汽蓄热器是一种能够配合工业企业用汽有较大波动的场合起稳定锅炉运行的一种节能设备。

合理应用蒸汽蓄热器,是一项为国家节能的事业,理应受到进一步的推广。

2、蒸汽蓄热器的工作原理与热效率 2.1 蒸汽蓄热器的工作原理蒸汽蓄热器的工作原理是在密闭的压力容器中储存水,当用汽负荷减少时,将多余的蒸汽吹入密闭容器中的水中,使蒸汽与水完全接触,使其保持有充分的热能,同时要容器中的水尽量均一地进行着这种作用。

这样贮存起来的饱和压力下的热水的热能,于锅炉产汽量不足时补充之,以缓和负荷变动。

蓄热器即使从外部一点不加热量,也能对应一定状态,产生大量的蒸汽。

即当负荷增加时,蓄热器中的压力下降,蓄热器中的热水就蒸发,产生蒸汽。

当蒸汽引入容器的水中时,压力升高,就是蓄热器充热。

反之,蒸汽取出时,压力降低,就是蓄热器放热。

当压力较高时,对应于此饱和压力下的水的热焓,较压力较低时为大,因此就产生了差值。

此差值就使水蒸发。

差值越大,也就是充热压力与放热压力之差越大。

能产生的蒸汽量也越大。

2.2 蒸汽蓄热器的热效率蒸汽蓄热器的热效率很高,一般均在98%。

蓄热器的热损失,主要是蓄热器外表表面积向周围空气的散热损失。

除此以外,尚有漏气损失及排污损失等,但与前者相比可以略去不计。

一蒸汽蓄热器作用及使用的必要条件蒸汽蓄热器是一种能够蓄热并稳定蒸汽温度的装置。

它通常由一个蓄热罐和相应的蒸汽管道组成。

蒸汽蓄热器通过将高温高压蒸汽冷凝为饱和蒸汽，并通过传热方式将热量释放到蓄热罐中，从而实现蒸汽的蓄热。

蒸汽蓄热器的主要作用是稳定蒸汽温度。

蒸汽在工业生产过程中，常常需要稳定的温度条件，这样才能保证生产过程的稳定性和产品的质量。

蓄热罐中的水起到了吸热和供热的作用，当蒸汽温度下降时，水会释放热量给蒸汽，提高蒸汽温度；当蒸汽温度升高时，水会吸收蒸汽中的热量，降低蒸汽温度。

通过这种方式，蒸汽蓄热器可以稳定蒸汽的温度，使其在一定范围内保持恒定。

蒸汽蓄热器的使用有一些必要条件。

首先，蒸汽蓄热器需要与蒸汽主管道相连接。

主管道中的高温高压蒸汽通过蓄热器进行冷凝和蓄热，然后再经过蓄热器释放给下游设备。

因此，蓄热器必须与主管道连接，在合适的位置上设置。

其次，蒸汽蓄热器需要一定的安全措施。

因为蒸汽蓄热器中的蒸汽温度较高，存在一定的安全隐患。

所以，在蓄热器上需要设置安全阀和过热保护装置，以防止蓄热器超压和过热。

另外，蒸汽蓄热器的水质要求较高。

水质对蓄热器的使用寿命和性能有一定的影响。

水中的杂质和溶解物质会在蓄热器内部沉积和结垢，影响传热效果和蓄热罐的使用寿命。

因此，在蒸汽蓄热器中需要使用经过处理的清洁水，定期对蓄热器进行清洗和维护。

此外，蒸汽蓄热器的维护和保养也是必要条件。

蒸汽蓄热器作为一个设备，需要进行定期的检查和保养，以确保其正常运行和高效率的工作。

维护包括对水质的监测和调整、蓄热罐内部的清洗和防腐处理，以及与蒸汽主管道的连接和密封检查等。

总之，蒸汽蓄热器作为一种能够稳定蒸汽温度的装置，在工业生产中发挥着重要的作用。

它需要与蒸汽主管道相连接，并具备安全措施，水质要求高，同时还需进行定期的维护和保养。

只有在满足这些必要条件的前提下，蒸汽蓄热器才能发挥其作用，确保工业生产的稳定性和产品质量。

1 蒸汽蓄热器的分类及其在蒸汽供热系统中的安装位置 (1)2 蒸汽蓄热器的结构及工作原理 (2)2.1蒸汽蓄热器的结构 (2)2.2蒸汽蓄热器的工作原理 (4)3 蒸汽蓄热器的适用范围 (5)4 装用蒸汽蓄热器的基本技术要求 (6)4.1已知条件 (6)4.2 热工计算 (6)5 蓄热器应用举例及效益浅析 (7)5.1 应用举例1 (7)5.2 效益浅析 (7)5.3 工艺改造 (8)5.4 经济效益 (9)5.5 应用实例2 (9)引言本世纪初，美国人发明了蓄热器。

1930年由瑞典的卢兹博士完成蓄热器技术，后来经日本人的研究开发，蓄热器的技术已日趋成熟。

蓄热器是一种有效的节能装置，在保证热用户汽压和流量的前提下，平衡汽源、供汽量和波动的汽负荷，使锅炉在一个连续稳定的状态下运行，从而实现最高的热效率，最经济的运行。

蓄热器分为变压式和定压式两种，变压式蓄热器又称蒸汽蓄热器。

蒸汽是一种可同时满足多种热用户对供热介质参数的不同要求、适应多种热负荷的不同变化规律的热媒。

在现代化工业园区中，它不仅仅可用于采暖用户，更重要的是还要满足不同的工艺、不同的产品、不同的蒸汽参数、不同的用汽规律的生产用户的供热要求。

不同热用户的生产热负荷取决于各自的生产工艺、原料、产量和用汽设备的性能参数等。

有一些用户的用汽量波动幅度很大，其峰值的出现没有确定的规律，甚至启动和停机都有随机性；有一些用户对用汽参数要求非常严格，参数出限将影响到产品质量，造成重大经济损失。

因此在有多个生产热用户的复杂蒸汽供热系统中，保证蒸汽流量和用汽参数是一个关系到生产部门和供热行业的经济利益、服务质量和企业形象的重要问题。

蒸汽供热系统中，可采用以下办法来保证用户的用汽要求：1．利用锅炉自身的蓄热量产生自蒸发蒸汽以适应高峰负荷；2．适当调整锅炉燃烧控制装置，改变燃烧工况以适应高峰负荷；3．加装蒸汽蓄热器。

利用锅壳式锅炉水容量大的特点，借助其蓄热量以应付短时间高峰负荷和借助锅炉自控装置调整以应付较平缓的高峰负荷是可行的，但都要求运行操作人员具有较高水平的操作技能，并需要经常关注供汽情况以便及时处理可能出现的突发情况，综合比较，安装蒸汽蓄热器是最有效、合理的方法。

空调系统蓄热的方法1、蓄热原理在绝大多数情况下，一个供热系统的用热量，在时间上总不会是均衡稳定的，事实上这一负荷随时间的波动是相当大的。

图1即表示这一状况。

图1.系统一昼夜间可能的热负荷波动假定一个供热系统的锅炉容量可以由昼夜间负荷图来确定，例如：锅炉房要满足这种变动负荷的要求，有两种解决的途径。

一种是按最大的高峰负荷Q max来确定锅炉的容量。

这时，锅炉只是在短暂的高峰负荷期间发挥全部能力，而在其余绝大多数时间里，锅炉的容量总是程度不等地闲置着，这显然是不经济的。

另一种解决办法是按昼夜间热负荷的平均值Q av来确定锅炉的容量，并利用蓄热器来达到均衡产热，适时按需供热。

显然，这后一种情况是经济合理的。

更多的情况是，原有的老系统往往满足不了逐年增大的热负荷要求。

这时，同样也有两种解决问题的途径：一种是加大锅炉房设备的安装容量；另一种则是添置相应规模的蓄热器。

常用的蓄热器可按热媒的种类区分，主要有热水蓄热器和蒸汽蓄热器两类。

2、蓄热器（1）热水蓄热器热水作为热媒，具有适用于蓄热的一些特性。

由于水的比热容大，系统的热容量也大，因而能适应热负荷的较大波动，而不致对系统的压力状态和流量特性产生显著影响。

热水蓄热器的工作原理主要基于水的两个性质：①水的热导率相对较小，当水处于静止状态时，不同温度的相邻水层之间的热流也较小；①水的密度随温度的差异而不等，温度低、密度大趋于下沉，温度高、密度小趋于上浮。

这种温度的明显分层现象，正是置换式热水蓄热器工作所依据的原理。

置换式热水蓄热器大多是做成立式筒形容器。

当负荷减小，热源设备供热量有多余时，来自热源设备的较高温度的水，由上方进入蓄热器，将蓄热器内温度相对较低的水向下推移，不同温度热水之间的接触界面层下移。

反之，当负荷增大，热源设备供热量不足时，来自用热设备温度相对较低的回水，由蓄热器的下部接管进入，蓄热器中温度相对较高的热水从容器的上部引出，进入供热管网，容器内不同温度热水之间的接触界面层上移。