【文章內(nèi)容簡介】 容積。從縱軸(長度)上找出15m的點，過此點引水平直線向右交直徑3m的斜線于一點，由此引平行于縱軸的直線交橫軸于98m3處，即它的容積。碟形封頭的筒體容積計算公式見附錄一。用t=L/D的值可示出蓄熱器筒體的體形.。t值可由圖2—2中查得。如L=D時t=1，即筒體為球形。利用圖2—2可在給定的容積和直徑下求得長度。為盡量減少熱損失和節(jié)省材料起見，在給定的容積下對所選蓄熱器筒體的表面積要力求最小。為此，須求取筒體容積V和表面積F的最佳值關系，這個表面和容積之比F/V稱為表面積率。半球形封頭的圓柱形蓄熱器的表面積F見下式：圖2—3即按上式關系計算的表面積和單位容積表面積率對容積的曲線圖，如上例D=3m，L=15m時V=98m3。t=L/D=5,在圖2—3中橫軸上取98m3的一點，平行于縱軸向上作直線與t=5曲線相交于一點，由此點向左在橫軸上可查得表面積140m2。由圖2一3可知：1)當t(=L/D)一定時，隨著筒體容積的增大，其表面積率變小(見圖中五條虛線)；2)當容積一定時，t值越小(筒體短而胖)，其表面積率越小。t的最小值為1，t=1時筒體呈球形，這時表面積率最小。球的表面積雖然最小，但實際上制造鋼制球形蓄熱器將因其制造費用的增加而抵消重量輕的得益。一般考慮到制造方便、費用低，常采用圓筒形。~5之間。碟形封頭的立式壓力容器宜取t≈4，臥式的取t4，對預應力鑄鐵結構蓄熱器則約近于6。此外，考慮到陸上運輸?shù)姆奖?，容積在50一150m3的蓄熱器直徑的上限為3m。蓄熱器的長度和直徑比(t=L/D)是對造價有相當影響的一個因素。直徑愈大則筒壁隨之加厚，長度愈長則表面積增大，兩者均影響到容器的重量，亦即造價。表面積如增大則保溫層費用相應增多。粗略估計，一般可以認為容器的重量正比于壓力和容積之積，這樣消除了直徑的因素。(2)、安裝占地面積立式蒸汽蓄熱器的安裝占地面積小于臥式的。隨著t值的增大，兩者占地面積的差數(shù)變大。t值愈接近1時，兩者占地面積的差數(shù)愈小。t=1時(球形)，兩者相等。此外，即使在t值相等而容積增大時，兩者占地面積的差數(shù)也變大。圖2—4為t=4時立式與臥式蒸汽蓄熱器占地面積的變化曲線。由該圖可知容積為100m3的蓄熱器，當它為立式時占地面積約為10m2，臥式時約為43m2，后者比前者多33m2。(3)、筒體強度。蒸汽蓄熱器筒體的強度計算公式根據(jù)各國的工業(yè)標準而定。日本采用：式中 t—筒體最小壁厚(mm)；P—設計工作壓力(kgf/cm2).，D—筒體內(nèi)壁直徑(mm)，a1—抗拉強度(kgf/mm2)；x一容許抗拉應力對鋼材抗拉強度之比，取1/4(焊接條件時1/)；η一縱向焊縫系數(shù)。1kgf/cm2=蓄熱器在反復的充熱和放熱過程中筒內(nèi)水溫不斷變化，裝在室外時受氣候影響較大，因此在設計選用容器材質(zhì)時須十分往意，在加工制造和安裝時須有相當?shù)木取?4)、筒體結構蒸汽蓄熱器的圓柱形筒體和普通的鍋爐鍋筒相同，制作時先將二、三塊鋼板拼接成圓環(huán)，然后將這些圓環(huán)拼接成長的圓筒。半球形封頭通常約用五塊鋼板拼合。如圖2一5所示，臥式蓄熱器球形封頭由球冠8和四塊扇形鋼板9拼成的球臺組成。筒體中部有集汽室，在此設有蒸汽出口2，安全閥座6，空氣閥座7。1為蒸汽入口，3為排水閥座，5為人孔。近來也有因受筒體運輸高度限制等原因而取消集汽室的。立式蓄熱器在筒體基本結構方面除無集汽室外，其余和臥式的相同。必須注意到立式蓄熱器在高度上比臥式的高得多，因此須考慮到筒體內(nèi)由于水位高度對筒體下部所形成的壓頭，所以筒體下部所用鋼板厚于上部。如果筒體高度為20m，(2kgf/cm2)。此外，因蓄熱器安裝于室外，對立式的須考慮能抗風壓。(5)、安裝基礎和筒體支座蒸汽蓄熱器在運行時內(nèi)盛熱水，其總重量達數(shù)十噸至上百噸，對立式的還須考慮抗風壓的平衡力矩，所以它必須有足夠堅固的基礎。在設計和安裝蓄熱器支座時必須考慮到蓄熱器內(nèi)熱水溫度變化所引起的筒體熱漲冷縮，因此對立式和臥式蓄熱器的支座均須考慮能吸收不同方向的伸縮。 (15kgf/cm2)時的蒸汽溫度約為200℃，如蓄熱器兩支座的間距為17m，則其縱向伸長量為42 .5mm。因此，如無允許自由伸縮的裝置，將會產(chǎn)生很大的推力。為此，蓄熱器除有固定支座外，必須考慮允許它向不同方向自由伸縮的活動支座。如圖2一6所示，可以裝設分別按伸縮方向布置的滾動支座和兼有防止擺動作用及允許斜方向伸縮的鉸接支座。圖中箭頭所指的方向即蓄熱器的膨脹方向。圖中所示臥式蓄熱器除裝有固定支座外，另采用滾動支座使筒體能自由伸縮，又為防止搖擺而采用有擋板的滾動支座。(鋼制臥式容器用的鞍式支座標準見機械部和燃化部部頒標準)上圖中最右面的是和一般不同的立式蓄熱器安裝形式，全部壓載在一個環(huán)形支座上，其縱向則可自由伸縮。2．充熱裝置和排汽裝置在蒸汽蓄熱器中，蓄熱時采用蒸汽對蓄熱器充熱，器內(nèi)以水為蓄熱介質(zhì)蓄熱。在釋放熱能時，部分飽和水自蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽攜帶熱能輸往用戶。在蒸汽進人蓄熱器加熱水時，蒸汽冷凝為水，器內(nèi)水溫、壓力和水位隨之升高，這就是充熱。正確的充熱過程要力求充熱時器內(nèi)水溫迅速地達到均勻，壓力損失小。為此，一般蓄熱器的水容積深而充熱放熱的壓差不大時，需要保證貯水有良好的對流循環(huán)的充熱裝置。裝置的形式隨蓄熱條件而定，現(xiàn)在常用蒸汽噴頭和循環(huán)套管。圖2—7表示臥式蒸汽蓄熱器內(nèi)充熱裝置的布置，有雙排(上圖)和單排(下圖)。通常由一根主蒸汽管接入蓄熱器筒體內(nèi)后沿水平方向分成左右兩根配汽總管，并在總管上接出若干垂直的蒸汽支管，支管末端接裝蒸汽噴頭。在蒸汽支管外套裝直徑較大的水流循環(huán)管，組合成加熱換流裝置，如圖2—8所示，(2kgf/cm2)充熱的低壓蒸汽蓄熱器。加熱換流裝置豎立在筒體水容積中。循環(huán)管的上端和下端分別以支撐固定于蒸汽支管和筒體底壁上、它使水在加熱時有良好的對流循環(huán)，水容積中的水溫較均勻。常用循環(huán)管的形狀有圓柱形和漸縮漸擴的喇叭形，圖2—8中所示下端成喇叭形，有的在上端也做成倒置喇叭形，如圖2—9所示蒸汽噴頭的作用為使蒸汽分成小股高速噴入水中，形成比重較輕的汽水混合物而引起水的對流。這就使蒸汽在水中迅速有效地均勻擴散后與水混合，放出汽化潛熱加熱全部水。噴頭與噴嘴的構造和充熱蒸汽壓力、加熱逮率、噪聲與振動的控制有關。圖2一9中所示為常用的葫蘆形噴頭，它分上下兩層。噴嘴位于噴頭的肩部，有一定的斜度。有的是在噴孔上接裝一小段漸擴形或漸縮形噴嘴。在充熱時，蒸汽從噴嘴噴入水中，于是循環(huán)管內(nèi)的水先受熱而水溫升高，以致比重減小，部分水為汽泡所置換而成為比重稍輕的汽水混合物，并擴散上升。又由于噴出汽柱的位能以及循環(huán)管外存在著水柱壓力的作用，使循環(huán)管下口的水向上流入壓力略低的循環(huán)管。如此不斷循環(huán)，筒體內(nèi)各部位的水溫就較快地趨向均勻。必須避免在蓄熱器筒體下部水容積中發(fā)生水溫差異較大的冷水區(qū)，以防金屬筒壁膨脹不均而導致開裂。圖2一9示出了加熱換流管的水循環(huán)路線。蓄熱器充熱進汽管和筒體內(nèi)蒸汽分配管管徑的選用必須考慮力求減少壓力損失，因為充熱蒸汽壓力的降低意味著單位水容積蓄熱量的減少。(1)、噴頭和噴嘴蒸汽噴孔的大小和數(shù)量應根據(jù)要求的充熱速率和噴嘴特性進行計算。在蓄熱器筒體尺寸定型化的條件下，每種尺寸的筒體內(nèi)安裝的噴頭數(shù)量可以根據(jù)不同工程要求的不同充熱速率而確定。在整個充熱過程中，蓄熱器內(nèi)壓力和充熱速率是變化的，所以噴嘴的蒸汽流速也是變化的，一般最大流速采用50m/s，噴嘴數(shù)量可按最大充熱速率計算。通常噴嘴的孔徑為10mm。例如，一個噴頭有40個噴嘴，則將有16cm2的有效開口面積，若噴嘴的蒸汽流速為50m/s，(14kgf/cm2)。低壓蒸汽噴頭用于低壓蒸汽蓄熱器。這類蓄熱器的充熱蒸汽壓力較低，(2kgf/cm2),一般為動力機械中已經(jīng)使用過的蒸汽，所以也稱廢汽蓄熱器。例如，用于貯存汽輪機抽汽或排汽等低壓汽源的蓄熱器。由于低壓蒸汽進入蓄熱器噴頭的壓力已較低，必須盡量減少其壓力損失，所以低壓噴頭的入水深度宜淺，但又要保持一定深度，以使筒體內(nèi)的水能較好地上下對流。如果噴嘴入水的深度過淺，就只能加熱上層的水，在水容積的中下層將形成深厚的冷水帶。水的上下層溫差大，就會嚴重影響蓄熱器的性能。圖2—8中右圖為帶有循環(huán)管的一種低壓蒸汽噴頭，這種形式最早用于法國人拉托教授創(chuàng)制的汽輪機廢汽蓄熱器。立式蒸汽蓄熱器的噴頭與臥式的完全不同。因沿筒體高度方向不能裝設粗大的蒸汽管子，所以只能在由上引下的進汽主管上從筒體上端算起約1/3高度處分接出幾個噴頭，如圖2—10中的1。也不能象臥式蓄熱器在每只噴頭外圍裝一根循環(huán)管，僅能裝用一根大直徑的長達近筒底處的循環(huán)總管，如圖2—10中的2。為提高立式蒸汽蓄熱器在放熱時的蒸發(fā)率，如圖2一10所示在循環(huán)管2外側的管子3的上端裝設疊置的圓錐形套管。充熱過程是個復雜的傳熱傳質(zhì)動力熱力過程。原來蓄熱器內(nèi)壓力較低，蒸汽流入器內(nèi)后先提高器內(nèi)壓力。由于充熱開始時器內(nèi)壓力低，所以流入的蒸汽汽泡首先被過熱，這部分熱能在開始冷凝時先傳給周圍的水。在充熱開始時，離開噴嘴的蒸汽并不冷凝而有經(jīng)過水層后上升到汽空間的趨向。這樣便使器內(nèi)壓力升高，并使以后流入的蒸汽的壓力上升到略高于相應的飽和溫度，這個飽和溫度高于該時的水溫。由于存在著這個溫差，就引起了器內(nèi)蒸汽汽泡的冷凝而將熱傳給水。然后，在器內(nèi)自動產(chǎn)生一個穩(wěn)定狀態(tài)，即小部分蒸汽總是流到汽空間以增高壓力，其余大部分蒸汽則在水中上升的過程中冷凝為水而釋放出熱能，并加熱了水。因為在噴頭截面處的蒸汽和水的熱交換不能將全部蒸汽的熱能傳給水，所以部分蒸汽將在水中擴散。蒸汽在擴散過程中與水進行熱交換，水容積內(nèi)存在水汽混合物，它的比容瞬時增大很多，因此這時蓄熱器的水位表上所示的水位常出現(xiàn)上下波動。在充熱過程中實際上存在一定的熱損失，使蓄熱器內(nèi)上部汽空間的溫度與水容積內(nèi)上層的水溫存在著溫差，引起了水容積內(nèi)水溫的分層性不均勻。隨著水深的增加，水溫和相應的飽和溫度的溫差愈大，因此蓄熱器內(nèi)各點有不同的溫差，這個溫差以平均小于4℃為較好。實踐證明，蒸汽噴頭的入水深度對蓄熱器內(nèi)各部位的溫差有重要的影響，即和蒸汽噴出時的壓頭(水柱高度)、汽泡上升時間等有關，所以噴頭入水深度應按蓄熱器的工作壓力和充熱速率來決定，力求減少總的溫度損失。(2)、集汽裝置和汽水分離裝置蒸汽蓄熱器的排汽裝置包括集汽裝置、限流裝置和汽水分離裝置。在蒸汽蓄熱器的設計中，已經(jīng)控制了筒體內(nèi)的蒸發(fā)強度和留有足夠的汽水分離空間高度，使之具有產(chǎn)生干飽和蒸汽的基本條件。但為了獲得質(zhì)量更好的蒸汽，可以在臥式蓄熱器筒體頂部排汽口上設置集汽室。傳統(tǒng)的集汽室為鐘罩形(俗稱將軍帽)，但近來有改用一段臥式圓柱形筒體的方案，它可以用法蘭連接于蓄熱器的排汽口。汽水分離裝置的形式較多，其安裝位置也隨形式而異，有的裝在集汽室中，有的裝在臥式蓄熱器筒體內(nèi)的頂部。通常在集汽室中裝置漸縮漸擴形限流噴嘴(即拉伐爾限流噴嘴)。在送汽管內(nèi)汽壓急劇下降時，這個限流噴嘴將限止自蓄熱器中流出的蒸汽流最于某一最高值，以防止蓄熱器內(nèi)急劇蒸發(fā)后蒸汽帶水很多。又由于這個噴嘴的節(jié)流作用，將使蒸汽中的水滴再次蒸發(fā)。從蒸汽蓄熱器中蒸發(fā)出的蒸汽經(jīng)過上述汽水分離裝置后，在流經(jīng)出口止回閥和自動調(diào)節(jié)閥時發(fā)生節(jié)流絕熱膨脹，致使原來的干飽和蒸汽成為具有十多度(℃)過熱度的微過熱蒸汽。3．附屬裝置(l)、止回閥為使蒸汽蓄熱器按照負荷變化的需要自動進行充熱和放熱，除了在供汽母管上裝設自動調(diào)節(jié)閥之外，對與鍋爐并聯(lián)連接的蒸汽蓄熱器，必須在其進汽口排汽口各裝設一只止回閥。對串聯(lián)連接的蓄熱器，則必須在其進汽口裝設一只止回閥。蓄熱器進汽口的止回閥可以防止蓄熱器放熱時熱水倒流而引起水擊和蒸汽帶水。排汽口如無止回閥則蒸汽可經(jīng)排汽口倒流入蓄熱器的汽空間，該處壓力立即上升，但筒體內(nèi)的水不能很快加熱以完成正常的蓄熱效果。此外可在緊靠蓄熱器進汽和排汽止回閥的前面或后面各裝設一只截止閥以利于止回閥的檢修。(2)、壓力計為監(jiān)視蒸汽蓄熱器內(nèi)的壓力，須在蓄熱器筒體的汽空間開孔接裝蒸汽壓力計。如要檢測和連續(xù)記錄蓄熱器在運行過程中充熱和放熱時的汽壓變化情況，可裝用有自動記錄的壓力計。(3)、液位計為監(jiān)視蒸汽蓄熱器在運行過程中的水位以及控制初次投運時加水的水位，必須在筒體上裝設適當?shù)囊何挥?。液位計的極限量程應大于充熱終了時的高水位和小于放熱終了時的低水位。蒸汽蓄熱器的充熱和放熱狀況，反映于蓄熱器內(nèi)的壓力(或溫度)和水位高度，所以水位也是重要的檢測目標。一般可采用自動連續(xù)記錄的儀表，并遠傳到鍋爐房控制臺一并監(jiān)視，或裝在蓄熱器旁邊的小亭內(nèi)。(4)、安全閥安全閥根據(jù)有關的安全監(jiān)察規(guī)程進行設計。安全閥安裝的位置，當有集汽室時安裝在集汽室上，無集汽室時安裝在蓄熱器筒體頂部汽空間的范圍內(nèi)。(5)、排水閥和給水閥蒸汽蓄熱器在運行過程中，為保持一定的汽空間高度和水量而必須定時調(diào)整水量，需要裝設排水閥和給水閥。在維修時要放出貯水，為此須在蓄熱器筒體底部最低點處裝設排水閥。排水閥和排水管的直徑根據(jù)蓄熱器容積而定。排水管可接到鍋爐給水箱，以回收排出的熱水及其熱能。蒸汽蓄熱器在初次運行時要先加入軟水。此外，如用過熱蒸汽充熱時在運行中須補充軟水，為此在鄰近臥式蒸汽蓄熱器筒體的水平中心線高度處向筒體內(nèi)水容積區(qū)間接入進水管，在進水管上裝設給水閥和止回閥各一只。(6)、空氣閥蒸汽蓄熱器在初次投運時須為加水而排出筒體內(nèi)的空氣，在維修時又須為放出貯水而將空氣引入筒體內(nèi)，以避免筒體內(nèi)造成真空。為此，在筒體的頂部高點處需裝設一只空氣閥。4．保溫裝置由于蒸汽蓄熱器內(nèi)貯存的水和蒸汽的溫度較高，筒體表面溫度與周圍空氣溫度的溫差較大，為減少熱能由筒壁傳給大氣的損失，必須在筒體外壁敷設良好的保溫層。蒸汽蓄熱器一般安裝在室外，所以在保溫層的外表面須敷設能防雨水侵入的防水層。保溫層厚度的計算方法通常有兩種：一種是按技術經(jīng)濟原則計算保溫層的經(jīng)濟厚度；另一種是控制單位面積熱損失，并按最大允許散熱量計算必要的保溫層厚度，最大允許散熱量取決于各國的能源政策而有所不同，日本現(xiàn)定為335kj/m2h(80kcal/m2h), 一般可取不大于420 kj/m2h(100kcal/m2h)的值。