蓄热器

以水为的储热介质的蒸汽容器

蓄热器又叫作蒸汽蓄热器，是一种以水为的储热介质的蒸汽容器。它是提高蒸汽使用可靠性和经济性的一种高效节能减排设备。蒸汽蓄热器的用途广泛，可应用于钢铁、冶金、纺织印染、化纤、制浆造纸、酿酒、制药、食品加工、发电等行业。

产品介绍

在工业锅炉供汽系统中如果用汽量经常发生大幅度的波动，不仅会引起锅炉汽压、水位上下波动，使锅炉运行操作困难，还会导致锅炉燃烧效率降低。

在这种情况下应用蓄热器能有效地稳定锅炉负荷，改善锅炉运行条件，不使锅炉效率降低。锅炉蓄热器有变压式和定压式两类，变压式蓄热器的工作压力随所储热量的增减而变化，其中最典型的是蒸汽蓄热器。定压式蓄热器的工作压力恒定，其中以给水蓄热器最为常用。

发展

历史发展

蓄热器的发展漫长而又曲折。蒸汽的储存和利用最早是德国的拉特教授提出的。到1873年，美国的麦克·马洪将蒸汽以高温热水的形式来储存，为现代蓄热器奠定了基础。1880年，裴里希·列任斯和布洛尔·夏洛斯基博士共同在德国获得了有关蓄热器的专利，但没有在实践中应用。1893年，道留脱·哈罗宾设计的蓄热器，就是最早的给水蓄热器，于1903年建成，也没在实践中应用。但他对高温热水的循环方法及自动调节方面做了许多工作。

这样，以水为介质间接储蓄热能的方法有了进步。另一方面，直接储存蒸汽的方法也有改进，1921年爱斯脱尔拔就制造了1000米3的大容量汽罐。1916年，瑞典工程师鲁茨博士发明了著名的鲁茨蓄热器(蒸汽蓄热器)，为蓄热器的广泛应用打开了局面。鲁茨蓄热器广泛用于蓄热始于1921年，到1935年为止，全世界共有几百台蓄热器，其中鲁茨蓄热器就占500多台。鲁茨博士最初设置的蓄热器，效果是惊人的，可以节能12~37%，生产率增长7~45%，锅炉容量减少一半。因为鲁茨博士功绩卓著，被誉为蓄热器之父。

蓄热器从二十年代起，一直被广泛地应用于各工业企业，用来平衡高峰负荷，稳定锅炉工况。在火电站也有不少典型的应用。例如，1920年，在瑞典的马尔摩，鲁茨设计的蓄热器用于一座3750千瓦的电站中，首次配合汽轮机联合运行。1927年6月，在基尔召开的德国电气工程师协会会议中，专门讨论了利用鲁茨蓄热器来供应火电站在高峰负荷时所需的超额蒸汽问题。1929年，柏林最大的火电站安装了16个容量为300米3的蓄热器，为两台2.5万千瓦的汽轮机供汽，可在高峰负荷下持续供汽3小时。

电站设计影响

由于电站设计朝着大容量高参数方向发展非常迅速，致使蓄热器在电站中的应用进展缓慢。其原因为：第一，由于压力增加，容器所需壁厚几乎成比例地增加，因此，尽管单位蓄热能力增加，仍需较高的费用。第二，大容量的电站需配置相当容量的蓄热器，而当时大型容器在制造工艺和运输上都存在很大困难，就需要设置多个蓄热器。据此，电站中采用蓄热器组与采用高峰备用锅炉或燃气轮机等高峰设备相比，无论在投资还是在运行费用上都不经济。第三，在电站甚至国家之间扩展的电网也具有平衡高峰负荷的作用。此外，在锅炉设计方面也有很大进步，从而改善了锅炉的适应性，提高了热效率。凡此种种，长期以来，阻碍了蓄热器在电站中的应用。然而，有关蓄热器的两个重要发展的密切结合，将会改变这种状况。

首先，吉利教授早已证明在较高压力下蒸汽蓄热器的经济性反而不佳的结论，并不适用于最高压力超过50巴的蒸汽蓄热器。这就为使用高压蒸汽蓄热器提供了依据。1937年，吉利教授在维也纳电站安装了一台120巴的蒸汽蓄热器。它能在很短的时间内对工作压力为30巴的汽轮机供给15吨蒸汽。这种高压蒸汽蓄热器作为瞬时蓄能设备能在几秒钟内供应蒸汽，于是就避免了电压降低。用它代替备用锅炉来平衡瞬时的高峰负荷是经济合理的。

第二，预应力铸铁压力容器的研制成功，大大地改善了蓄热器在电站中的应用。直到现在，几乎所有的蓄热器都是钢制的压力容器。随着压力和容量的增加，壁厚和尺寸也要增加，而大型的厚壁容器又受到热处理的限制。因此，电站需要的巨大蓄热器只能由很多单元设备提供。这样就使系统复杂，占地面积大，相对的热损失也要增加。虽然目前欧洲与日本已能用多层钢板制造大型蓄热器，但制造工艺相当复杂，成本也高。预应力铸铁压力容器的应用完全可以避免多个单元设备和大型多层钢制容器的缺点。这种压力容器是由很多几乎能以任何尺寸在工地装配在一起的铸铁块组成。

我国发展历史

蓄热器技术的起源可追溯到十九世纪末叶。当时主要是为了改善锅炉运行工况、平衡用汽负荷波动，由德国的阿·拉特奥 (A Ratean) 提出。而这项技术传到我国却是在二十世纪三十年代，那时在日伪统治下的东北开山屯和石砚造纸厂有几台蓄热器。四十年代末，铁道部首次在陕西机务段将蓄热器用于蒸汽机车洗炉后的无火启动工艺中，蒸汽压力为8公斤/厘米2 。从三十年代到四十年代期间，由于国内战争多端、工业基础落后、科研水平低，因此蓄热器的应用和研究一直没有得到重视，近似于停滞状态。

五十年代初，山西省太原钢铁厂从奥地利引进了两台80米3的蓄热器，与50吨的转炉配套使用。1958年，东北友好木材厂从瑞典引进两套热水蓄热器(直径2.5米，高10米，压力22公斤/厘米2)，用于大型热压机的热水循环系统。1959年，第六机械工业部第九设计院与上海渔轮修造厂合作为该厂5 吨的蒸汽锤设计、安装了一台容积为22米3、压力为10公斤/厘米2的蓄热器。该蓄热器投运后效果很好，稳定了锅炉压力，避免了高峰用汽时的“吊水”现象，积累了一些设计和运行经验，开创了我国自行设计、制造、安装蓄热器的新局面。在此基础上，上海市机械工程学会热工学组就蓄热器的有关技术问题进行了一系列的学术活动，促进了蓄热器的应用和研究工作在全国范围内的开展。1963年，上海机械学院陈之航教授和顾景贤副教授对给水蓄热器在电站中的应用及其内部传热过程进行了研究，通过试验得出了给水蓄热器设计的半经验公式。原上海汽轮机锅炉研究所王孟浩工程师创议了一种“小型锅炉简易蓄热器”。同年，在北京召开的全国热化会议指出，按当时工业锅炉拥有量一万台、总容量七万吨/时、全国耗煤量一亿吨、蓄热器可节煤10%计算的话，每年可节约原煤约一千万吨。1964年，铁道部在甘肃省兰州市召开了“利用蓄热器实现机车无火启动工艺交流大会”。而上海机械学院龚洪年和顾景贤两位副教授对蓄热器在纺织工业中的应用进行了探讨困。同济大学奚士光副教授对典型的给水蓄热器进行了比较。1969年，上海造船厂安装了一台容量为22米3、压力为10公斤/厘米2的蓄热器，配合锅炉供汽给锻锤使用。在1970年至1972年间，四川省攀枝花钢铁厂、上海第五钢铁厂和辽宁省鞍山钢铁厂为了配合转炉汽化冷却，分别安装了两台容量为42米3和一台容量为22米3的蓄热器，获得了很好的效果，节省了运行费用。到七十年代中期，我国自行设计、制造，安装的蓄热器先后在机械、造纸、船舶、钢铁、煤气、化工等工业企业中得到应用。

七十年代末发生能源危机后，人们从节能、省力、保护环境等角度出发，开始了多种目的的蓄热器的应用和研究。我国巨大的钢铁基地上海宝山钢铁厂在引进技术设备的同时，也进口了日本的蓄热器，以最大限度地利用能源。1981年3月，我国动力工程技术人员与前来我国访问的日本光辉蓄热器公司社长前田利春进行了蓄热器技术交流，并在上海、北京、哈尔滨、无锡等地举办了学术讲座。同年10月，前田利春先生陪同日本大仓商事株式会社重机部长原口政士先生再次来我国进行技术座谈，大大促进了我国蓄热器的发展。为了探讨蓄热器的压降自蒸发机理和放汽过程中的蒸汽带湿规律，1982年，笔者在上海机械学院院长陈之航教授的指导下进行了蓄热器放热过程的试验研究，与此同时，哈尔滨锅炉厂为了取得蓄热器充汽喷嘴的设计数据而建立了试验台。1982年底，上海松江纸浆厂100米3的蓄热器和福州第二造纸厂20米3的蓄热器分别通过了技术鉴定，与会的专家和代表们对蓄热器的节能作用和经济效益作了高度的评价，一致认为很有必要在用汽负荷波动较大的工业企业中推广使用。1983年5月，哈尔滨糖厂首次在我国热电联营的热力系统中应用蓄热器获得成功，经运行试验鉴定，证明已取得了明显的技术经济效益。从1980年到1983年短短的三年中，仅上海就发展了29台蓄热器，而具有占地面积小等优点的立式蓄热器也正在研制中。

应用

波动用汽的工业企业

酿酒、橡胶、制糖、造纸、纺织、钢铁等工业企业，用汽负荷波动很大。设置蓄热器就能平衡波动负荷，稳定锅炉运行工况，提高锅炉热效率。

当用汽压力低于锅炉压力时，通常采用并联蒸汽蓄热器系统。由于饱和水在低压阶段降低1公斤/厘米2压力时的产汽量比高压阶段时的产汽量大得多因此，蒸汽蓄热器的放热压力在保证供汽的条件下，选择得越低越经济。若用汽压力为锅炉额定压力时，通常采用给水蓄热器。由于干汽包蓄热量小，体积大，不宜采用。在日本，干汽包蓄热已经淘汰。如果工厂有背压汽轮机发电机组，厂发电量要求不变，而汽轮机前或后，用汽负荷又有较大的波动，在这种情况下，装设蒸汽蓄热器，则用汽负荷的波动由蓄热器来调节，既能保证发电量不变，又能消除有时蒸汽要排空的热能损失。

平衡波动能源

(1)余热利用

在焚化炉里，蒸汽的发生量取决于废品或城市垃圾的燃烧，而这些物质的发热量却变化很大。所以，产生的蒸汽是波动的。只能用蓄热器来维持正常的蒸汽供应。工厂余热利用产生的蒸汽是波动的。为了用来发电或采暖就需装设蓄热器。

(2)太阳能发电

太阳能是一种理想的干净能源，但其缺点是下雨或云层遮挡时就不能产生高温蒸汽来推动汽轮机。然而，汽轮发电机是不能紧急中断或紧急起动的，所以就要求连续供应蒸汽。因此，蓄热器对于太阳能发电来说已是一种不可缺少的装置。

日本第一台1000千瓦太阳能电站正在香川县进行建设。系统中采用容量为73米3的蓄热器四台，最高使用压力为42公斤/厘米2，可蓄热3小时。据介绍美国太阳能电站蓄热器蓄热能力达6小时。

(3)核能发电

现代核电站的发电成本比火电站低，应使核电站保持额定功率运行，才能充分发挥核电站的优越性。从技术经济的观点，运行中的反应堆功率变化是不合理的。因此，为了应付外界电力负荷的波动，就必须装设蓄热器。当外界电力负荷降低时，将多余的蒸汽储存在蓄热器中，在高峰时再释放出来，使汽轮发电机发出更多的电能来满足高峰用电的需要。例如，某核电站的额定功率为90万千瓦，装设蓄热器以后，12小时可得到33万千瓦的附加峰值功率。原子能热电站中装设蓄热器，不仅能在切断供暖的汽机抽汽提高电站功率时保证供热，而且能平衡高峰热负荷。

瞬间耗汽极大的供汽

在宇航、卫星技术工程中，要在地面模拟一个真空环境，需设立高空性能试验室。其方法是利用蒸汽喷射泵抽真空。例如，某高空性能试验装置，蒸汽喷射泵的耗汽量高达576吨/时，而工作时间不过3分钟。显然，要装设这样大容量的锅炉是不合理的，在运行上也是十分困难的。如用一台6吨/时锅炉配置二台106米3的蒸汽蓄热器，锅炉只需向蓄热器充汽2~3天就能达到试验目的。

分类

蒸汽蓄热器

一种应用最广泛的变压式蓄热器（见图）。当锅炉蒸发量大于用汽量时,多余的蒸汽进入蓄热器加热其中的储水(饱和水),蒸汽本身也凝结于其中，蓄热器中的压力随之上升。当用汽量大于锅炉的蒸发量时,蓄热器中的储水（饱和水）因降压而沸腾，提供蒸汽以保持锅炉负荷不变。

整个工作过程由一组自动调节阀门自行控制。阀V1用以保持锅炉压力不变,阀V2用以保持用汽压力不变，而蓄热器压力则在二者之间变化。锅炉压力与用汽压力之间的压差越大，蓄热器可储蓄的热量也越大，并可按不同的情况来选择其容积。蒸汽蓄热器特别适用于工业锅炉系统。

给水蓄热器

一种定压式蓄热器。蓄热器压力、锅炉压力与用汽压力都基本相同。当用汽量低于锅炉蒸发量时,多余的蒸汽(或热量)用以加热给水,使给水成为饱和水并储存于蓄热器中。当用汽量增大时则用蓄热器中温度较高的饱和水代替温度较低的给水送入锅炉，使锅炉的蒸发量增大以满足需要。

给水蓄热器工作压力恒定，故也适于小型蒸汽动力装置，但其储蓄热量不大。锅炉给水温度越高，其蓄热能力越低。

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