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蒸汽減溫器

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  減溫器是一種用于控制蒸汽溫度的設備。其工作原理是將減溫水通過霧化噴嘴,把水霧化成極細的液滴注入高溫過熱蒸汽中,霧化液滴瞬間被過熱蒸汽蒸發吸收,通過熱焓值的轉換,從而達到降低過熱蒸汽溫度的目的。與溫度變送器組成PID閉環控制,可精確控制二次蒸汽的溫度。
  考核蒸汽減溫器使用性能的最重要指標是減溫器噴嘴的霧化效果。這會嚴重影響整個裝置的能耗甚至是系統安全。如果經減溫器噴嘴噴出的減溫水沒有被霧化或霧化不充分,減溫水就不能與過熱蒸汽快速混合,達到瞬間降低和控制二次蒸汽溫度的目的。這會造成二次蒸汽溫度波動范圍大,控制誤差大。而且會導致二次蒸汽溫度往往高于實際使用所需的溫度,造成熱能長年累月的大量浪費,裝置能耗大。與此同時噴入的減溫水不能被過熱蒸汽充分吸收,容易在管道底部積聚,需要加疏水系統進行排放。若是在高溫高壓蒸汽管道上使用可能會導致蒸汽主管道產生開裂,引發安全事故。
  減溫器與減壓閥組合成為蒸汽減溫減壓裝置,其中減壓系統用于控制蒸汽管網的壓力,而減溫器則用于控制二次蒸汽的溫度。
  蒸汽減溫器一般分為:分體式和一體式二大類

  一.分式減溫器
  分體式減溫器是把減溫水調節控制功能和霧化噴嘴分開,即需要一個減溫水控制閥加上一個減溫器噴嘴組合成一套減溫器。圖一為典型的分體式減溫器結構原理圖。
  分體式減溫器工作原理:減溫水通過濾器進入減溫水閥,經減溫水閥調節控制流量、壓力后,經止回閥進入霧化噴嘴,由于進入減溫器的減溫水與噴嘴出口的蒸汽存在壓差,產生霧化動力,經噴嘴離心發散后,將減溫水霧化成極細的液滴噴出,與蒸汽主管道的高溫過熱蒸汽瞬間混合,實現蒸汽減溫的目的。
 

  分體式減溫器通常也稱作減溫器噴嘴,結構型式繁多。按使用功能及霧化效果不同,常用的有以下幾種型式:插入式笛形噴嘴、插入式彈簧背壓式噴嘴、環形多噴嘴減溫器、文丘里減溫器、小流量環形減溫器、自力式減溫器等等。
 
  1.插入式笛形噴嘴
  顧名思義就是在插入蒸汽管道中的管子上打多個小孔,類似樂器長笛。減溫水噴出為水柱狀,不能發散霧化,與過熱蒸汽不能快速混合,造成二次蒸汽溫度波動大,控制誤差大。一般須在蒸汽混合管道內加文丘里襯套管才能達到蒸汽混合降溫的效果。同時需加疏水系統,能耗較大。僅適合中低壓、中低溫及對控制精度要求不高的工況場合。
 

  2.插入式彈簧背壓式噴嘴
  如下圖所示,減溫器上裝有1個或多個彈簧背壓式霧化噴嘴,可根據減溫水量及噴嘴的流通能力進行排列組合。其工作原理是:通過減溫水閥調節的減溫水注入減溫器,因減溫水的壓力與過熱蒸汽存在壓差,克服噴嘴上的彈簧打開噴嘴閥芯,由于噴嘴中入口孔為螺旋布置,使得經噴嘴噴出的減溫水離心發散,呈傘狀霧化噴出。由于彈簧作用力,當減溫水閥關閉時,噴嘴閥芯會自動關閉,不會產生過熱蒸汽倒流入減溫水管路中。因此在減溫器入口可不加止回閥。
 
 
  該減溫器霧化效果好,尤其適合于高溫高壓及大容量場合。典型應用于鍋爐發電裝置上高溫高壓過熱蒸汽及再加熱過熱蒸汽的溫度控制。彈簧背壓霧化噴嘴一般需要3~5Bar壓差的霧化動力,此時霧化效果佳。
  根據該噴嘴的固有流量特性和霧化性能,在小流量及小壓差時霧化效果差。因此不太適合于微小流量或噴嘴壓損低于2Bar的工況場合。
  減溫水調節閥的選擇,必須要結合彈簧背壓式噴嘴的固有流量特性及霧化動力壓差來考慮,否則達不到最佳使用性能。
 
  3.環形多噴嘴減溫器
 
  該減溫器是將多個彈簧背壓噴嘴環形布置在主蒸汽混合管道上,適合于超大容量工況。典型應用案例為汽機旁路閥,與減壓系統組成一體式減溫減壓器。
 
  4.文丘里減溫器
 
  文丘里減溫器有多種型式,上圖是雙文丘里結構減溫器。該減溫器內置二級文丘里管。霧化效果好,蒸汽混合充分,沒有冷凝水析出,二次蒸汽溫度平穩,控制精度高。
  其工作原理為:減溫水注入到一級文丘里管內,從內置多個斜切孔中旋轉噴入到一級文丘里的喉管內,此時一部分高溫過熱蒸汽從一級文丘里管入口進入,因流道斷面收縮產生高速流(>100m/s),高速流會導致喉管內產生壓力降,這增加了減溫水與蒸汽的壓差,加大了減溫水的霧化動力,此時高溫高流速的過熱蒸汽與旋轉噴入的減溫水霧化液滴快速混合,使霧化水瞬間被加熱汽化,實現蒸汽輔助霧化,并形成濕飽和蒸汽從一級文丘里管擴散段噴出,進入到二級文丘里喉管內與主管道的高溫過熱蒸汽進行二次混合,最終達到所需要控制的蒸汽溫度。
  由于文丘里管高速流產生負壓以及一級文丘里蒸汽輔助霧化的功能,因此該減溫器噴嘴所需的噴嘴壓損可以較?。ㄗ钚?.5Bar),適合于減溫水與蒸汽壓差小的控制工況。
 
  5.小流量環形減溫器
  在小流量蒸汽工況時,因工藝管道小不能布置插入式噴嘴,因此可采用對夾式或焊接式的環形減溫器。
  該減溫器的結構為減溫器中內置一個文丘里管,在文丘里管的擴散段中開多個噴嘴小孔,同時文丘里管的外圓上開相應的流道凹槽與小孔相切。工作原理為:減溫水先通過流道凹槽再經過噴嘴小孔發散霧化后噴入到文丘里管內,與經過文丘喉管加速的高溫過熱蒸汽快速混合,達到溫度控制的目的。
  該減溫器噴嘴采用了旋渦霧化原理,減溫水噴出時霧化效果非常較好,同時所需的霧化動力壓差較?。?.5Bar即可充分霧化發散),結核文丘里管蒸汽加速及負壓抽吸功能,蒸汽混合效果充分,溫度控制精度高。適合于DN40~100小管道蒸汽減溫控制工況。
 
  6.自力式減溫器
  該減溫器在內部設有一個重錘式閥芯,通過其本身重量使得主蒸汽在閥芯和閥座上產生壓差,從而提高了蒸汽速度。
  工作原理為:減溫水進入減溫器里面的水室,通過多個斜孔噴入到閥座出口與套筒之間的錐形混合室腔中,高溫過熱蒸汽向上推開閥芯,加速后進入到混合室腔,與減溫水混合后經套筒上開設的窗口噴入到減溫器后段繼續混合,從而得到穩定的二次蒸汽。
  由于閥芯自重的作用,在不同流量工況下,閥芯能自動調節蒸汽流速,從而實現與減溫水最佳的混合效果,因此尤其適合于負荷變化大的高溫高壓工況。
  需要注意的是,該減溫器必須豎直安裝,蒸汽流向從下向上。
 
  
  二、一體式減溫器
  一體式減溫器即將減溫水控制閥與多個霧化噴嘴合二為一,其優點是體積小,毋須減溫水回路,現場安裝方便,控制精度高。
  1.可調噴嘴集成霧化式減溫器
 
  其工作原理是通過減溫器內置的柱塞閥芯向下運動時逐個開啟霧化噴嘴,使減溫水通過開啟的噴嘴充分發散霧化噴入到蒸汽主管道中,與過熱蒸汽迅速混合達到控制二次蒸汽溫度的目的。由于噴嘴是根據注水量的大小自動調節逐個開啟,在不同流量工況下每個噴嘴上的壓差均相同,因此確保被開啟的噴嘴能達到最佳的霧化效果。其霧化效果是所有減溫器中最好的,因而二次蒸汽溫度幾乎無波動,控制精度極高。
  該減溫器噴嘴可以按CV值大小任意排列組合,通常流量特性為線性。也可以針對大調節比的工況,在小開度時設置小CV噴嘴,大開度時設置大CV噴嘴,流量特性設計成多段折線狀,以滿足大小蒸汽流量范圍寬的控制場合。因而具有超大的調節比特性。
 
 
  2.固定噴嘴一體式減溫器
  固定噴嘴一體式減溫器與可調噴嘴集成霧化式減溫器主要區別是其噴嘴不可調節,是在減溫器內部設有調節流量的閥芯、閥座,噴嘴一般采用彈簧背壓式或旋渦霧化式結構,可以裝一個或多個排列組合。減溫器閥芯打開時,所有噴嘴都會同時打開。由于大小流量變化時,噴嘴上的壓差會受閥芯調節影響,因此在不同工況時,其霧化效果是不同的,達不到可調噴嘴的連續最佳狀態。
  相比可調噴嘴集成霧化式減溫器,固定噴嘴的生產成本要低,較適合于微小流量及大流量工況。
  在選擇固定噴嘴時要充分考慮其固有的流量特性、霧化動力(噴嘴背壓差)與內置調節閥芯的性能匹配,否則達不到最佳控制效果。
 
  三、減溫器選型參數及計算公式
  選擇減溫器時,須提供以下工藝參數:
  1.蒸汽的工作壓力P和流量F(要明確是入口蒸汽還是出口蒸汽流量)
  2.一次蒸汽的溫度T1及二次蒸汽的溫度T2
  3.減溫水的溫度T和壓力P
  減溫水計算公式:GW=GS x(H1-H2)/(h2-Hw)
    GW :減溫水量 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:減溫水焓值  KJ/Kg
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