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蒸汽减温器

浏览次数: 日期:2016年2月4日 09:20

  减温器是一种用于控制蒸汽温度的设备。其工作原理是将减温水通过雾化喷嘴,把水雾化成极细的液滴注入高温过热蒸汽中,雾化液滴瞬间被过热蒸汽蒸发吸收,通过热焓值的转换,从而达到降低过热蒸汽温度的目的。与温度变送器组成PID闭环控制,可精确控制二次蒸汽的温度。
考核蒸汽减温器使用性能的最重要指标是减温器喷嘴的雾化效果。这会严重影响整个装置的能耗甚至是系统安全。如果经减温器喷嘴喷出的减温水没有被雾化或雾化不充分,减温水就不能与过热蒸汽快速混合,达到瞬间降低和控制二次蒸汽温度的目的。这会造成二次蒸汽温度波动范围大,控制误差大。而且会导致二次蒸汽温度往往高于实际使用所需的温度,造成热能长年累月的大量浪费,装置能耗大。与此同时喷入的减温水不能被过热蒸汽充分吸收,容易在管道底部积聚,需要加疏水系统进行排放。若是在高温高压蒸汽管道上使用可能会导致蒸汽主管道产生开裂,引发安全事故。
  减温器与减压阀组合成为蒸汽减温减压装置,其中减压系统用于控制蒸汽管网的压力,而减温器则用于控制二次蒸汽的温度。


  蒸汽减温器一般分为:分体式和一体式二大类
  一.分式减温器
  分体式减温器是把减温水调节控制功能和雾化喷嘴分开,即需要一个减温水控制阀加上一个减温器喷嘴组合成一套减温器。图一为典型的分体式减温器结构原理图。
  分体式减温器工作原理:减温水通过滤器进入减温水阀,经减温水阀调节控制流量、压力后,经止回阀进入雾化喷嘴,由于进入减温器的减温水与喷嘴出口的蒸汽存在压差,产生雾化动力,经喷嘴离心发散后,将减温水雾化成极细的液滴喷出,与蒸汽主管道的高温过热蒸汽瞬间混合,实现蒸汽减温的目的。

 

  分体式减温器通常也称作减温器喷嘴,结构型式繁多。按使用功能及雾化效果不同,常用的有以下几种型式:插入式笛形喷嘴、插入式弹簧背压式喷嘴、环形多喷嘴减温器、文丘里减温器、小流量环形减温器、自力式减温器等等。

  1.插入式笛形喷嘴
  顾名思义就是在插入蒸汽管道中的管子上打多个小孔,类似乐器长笛。减温水喷出为水柱状,不能发散雾化,与过热蒸汽不能快速混合,造成二次蒸汽温度波动大,控制误差大。一般须在蒸汽混合管道内加文丘里衬套管才能达到蒸汽混合降温的效果。同时需加疏水系统,能耗较大。仅适合中低压、中低温及对控制精度要求不高的工况场合。

  2.插入式弹簧背压式喷嘴
  如下图所示,减温器上装有1个或多个弹簧背压式雾化喷嘴,可根据减温水量及喷嘴的流通能力进行排列组合。其工作原理是:通过减温水阀调节的减温水注入减温器,因减温水的压力与过热蒸汽存在压差,克服喷嘴上的弹簧打开喷嘴阀芯,由于喷嘴中入口孔为螺旋布置,使得经喷嘴喷出的减温水离心发散,呈伞状雾化喷出。由于弹簧作用力,当减温水阀关闭时,喷嘴阀芯会自动关闭,不会产生过热蒸汽倒流入减温水管路中。因此在减温器入口可不加止回阀。

  该减温器雾化效果好,尤其适合于高温高压及大容量场合。典型应用于锅炉发电装置上高温高压过热蒸汽及再加热过热蒸汽的温度控制。弹簧背压雾化喷嘴一般需要3~5Bar压差的雾化动力,此时雾化效果佳。
  根据该喷嘴的固有流量特性和雾化性能,在小流量及小压差时雾化效果差。因此不太适合于微小流量或喷嘴压损低于2Bar的工况场合。
  减温水调节阀的选择,必须要结合弹簧背压式喷嘴的固有流量特性及雾化动力压差来考虑,否则达不到最佳使用性能。

  3.环形多喷嘴减温器

  该减温器是将多个弹簧背压喷嘴环形布置在主蒸汽混合管道上,适合于超大容量工况。典型应用案例为汽机旁路阀,与减压系统组成一体式减温减压器。

  4.文丘里减温器

  文丘里减温器有多种型式,上图是双文丘里结构减温器。该减温器内置二级文丘里管。雾化效果好,蒸汽混合充分,没有冷凝水析出,二次蒸汽温度平稳,控制精度高。
  其工作原理为:减温水注入到一级文丘里管内,从内置多个斜切孔中旋转喷入到一级文丘里的喉管内,此时一部分高温过热蒸汽从一级文丘里管入口进入,因流道断面收缩产生高速流(>100m/s),高速流会导致喉管内产生压力降,这增加了减温水与蒸汽的压差,加大了减温水的雾化动力,此时高温高流速的过热蒸汽与旋转喷入的减温水雾化液滴快速混合,使雾化水瞬间被加热汽化,实现蒸汽辅助雾化,并形成湿饱和蒸汽从一级文丘里管扩散段喷出,进入到二级文丘里喉管内与主管道的高温过热蒸汽进行二次混合,最终达到所需要控制的蒸汽温度。
  由于文丘里管高速流产生负压以及一级文丘里蒸汽辅助雾化的功能,因此该减温器喷嘴所需的喷嘴压损可以较小(最小0.5Bar),适合于减温水与蒸汽压差小的控制工况。

  5.小流量环形减温器

  在小流量蒸汽工况时,因工艺管道小不能布置插入式喷嘴,因此可采用对夹式或焊接式的环形减温器。
  该减温器的结构为减温器中内置一个文丘里管,在文丘里管的扩散段中开多个喷嘴小孔,同时文丘里管的外圆上开相应的流道凹槽与小孔相切。工作原理为:减温水先通过流道凹槽再经过喷嘴小孔发散雾化后喷入到文丘里管内,与经过文丘喉管加速的高温过热蒸汽快速混合,达到温度控制的目的。
  该减温器喷嘴采用了旋涡雾化原理,减温水喷出时雾化效果非常较好,同时所需的雾化动力压差较小(0.5Bar即可充分雾化发散),结核文丘里管蒸汽加速及负压抽吸功能,蒸汽混合效果充分,温度控制精度高。适合于DN40~100小管道蒸汽减温控制工况。

  6.自力式减温器
  该减温器在内部设有一个重锤式阀芯,通过其本身重量使得主蒸汽在阀芯和阀座上产生压差,从而提高了蒸汽速度。
  工作原理为:减温水进入减温器里面的水室,通过多个斜孔喷入到阀座出口与套筒之间的锥形混合室腔中,高温过热蒸汽向上推开阀芯,加速后进入到混合室腔,与减温水混合后经套筒上开设的窗口喷入到减温器后段继续混合,从而得到稳定的二次蒸汽。
  由于阀芯自重的作用,在不同流量工况下,阀芯能自动调节蒸汽流速,从而实现与减温水最佳的混合效果,因此尤其适合于负荷变化大的高温高压工况。
  需要注意的是,该减温器必须竖直安装,蒸汽流向从下向上。

  
  二、一体式减温器
  一体式减温器即将减温水控制阀与多个雾化喷嘴合二为一,其优点是体积小,毋须减温水回路,现场安装方便,控制精度高。
  1.可调喷嘴集成雾化式减温器

  其工作原理是通过减温器内置的柱塞阀芯向下运动时逐个开启雾化喷嘴,使减温水通过开启的喷嘴充分发散雾化喷入到蒸汽主管道中,与过热蒸汽迅速混合达到控制二次蒸汽温度的目的。由于喷嘴是根据注水量的大小自动调节逐个开启,在不同流量工况下每个喷嘴上的压差均相同,因此确保被开启的喷嘴能达到最佳的雾化效果。其雾化效果是所有减温器中最好的,因而二次蒸汽温度几乎无波动,控制精度极高。
    该减温器喷嘴可以按CV值大小任意排列组合,通常流量特性为线性。也可以针对大调节比的工况,在小开度时设置小CV喷嘴,大开度时设置大CV喷嘴,流量特性设计成多段折线状,以满足大小蒸汽流量范围宽的控制场合。因而具有超大的调节比特性。

  2.固定喷嘴一体式减温器
  固定喷嘴一体式减温器与可调喷嘴集成雾化式减温器主要区别是其喷嘴不可调节,是在减温器内部设有调节流量的阀芯、阀座,喷嘴一般采用弹簧背压式或旋涡雾化式结构,可以装一个或多个排列组合。减温器阀芯打开时,所有喷嘴都会同时打开。由于大小流量变化时,喷嘴上的压差会受阀芯调节影响,因此在不同工况时,其雾化效果是不同的,达不到可调喷嘴的连续最佳状态。
  相比可调喷嘴集成雾化式减温器,固定喷嘴的生产成本要低,较适合于微小流量及大流量工况。
  在选择固定喷嘴时要充分考虑其固有的流量特性、雾化动力(喷嘴背压差)与内置调节阀芯的性能匹配,否则达不到最佳控制效果。

  三、减温器选型参数及计算公式
  选择减温器时,须提供以下工艺参数:
  1.蒸汽的工作压力P和流量F(要明确是入口蒸汽还是出口蒸汽流量)
  2.一次蒸汽的温度T1及二次蒸汽的温度T2
  3.减温水的温度T和压力P
  减温水计算公式:GW=GS x(H1-H2)/(h2-Hw)
    GW :减温水量 kg/h   GS :入口蒸汽流量 Kg/h
    H1:入口蒸汽焓值   H2:出口蒸汽焓值   Hw:减温水焓值  KJ/Kg

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