锅炉蒸发压力下降的问题
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锅炉蒸发压力下降的问题
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蒸汽所要求的能量储存在锅炉中,锅炉越大,储存的能量越多。事实上,能量储存在饱和温度下的水中,而不是蒸汽中。
在锅炉的内部,蒸汽空间与水的空间相比相当小。从蒸汽表中也可看到,10bar压力的蒸汽其比容为0.177m3/kg,而水为0.001m3/kg,即密度为177倍。
当锅炉必须供应比它的蒸发量多的蒸汽时,锅炉内的压力将下降。锅炉中的水在高压下的饱和状态,当压力下降时,水中的一部分过剩的能量将使部分锅炉水闪蒸为二次蒸汽。
假定锅炉压力为10bar。锅炉为火管锅炉,蒸发量为5,500kg/h,锅炉内的储存水量约为2,400kg。当锅炉压力由于负荷增大下降至9bar时:
计算二次蒸汽量
注意这并不是23kg/h的蒸汽,而是23kg的蒸汽。压力由10bar降至9bar的过程可能只有几秒钟。例如,假定压降在10秒钟内完成,则相当于蒸汽流量为8,280kg/h。
锅炉压力 Bar | 二次蒸汽 kg |
10 | - |
9 | 23 |
8 | 46 |
7 | 72 |
6 | 101 |
5 | 132 |
4 | 168 |
3 | 210 |
2 | 262 |
1 | 320 |
压力下降时的二次蒸汽量
该表显示了随着压力下降,蒸汽的产生量。
锅炉压力 Bar | 蒸汽比容增量 % |
10 | - |
9 | 11 |
8 | 23 |
7 | 38 |
6 | 56 |
5 | 81 |
4 | 114 |
3 | 164 |
2 | 251 |
1 | 405 |
压力下降时蒸汽比容增量
压力下降,蒸汽体积增大,必须以更高的速度离开锅炉的水面。速度的增大与比容的变化成比例。
从上表中也可看到,压力的变化与比容并非成线性。压力越低,变化越快。例如,压力从10bar变至9bar时,比容变化为11%,但压力从4bar变至3bar时,比容变化为23%。
这一点很重要。随着蒸汽速度越来越高,水滴与蒸汽分离的时间也越少,引起锅炉中出来的蒸汽越湿。最后当到达临界点时,水和蒸汽一起进入蒸汽管道中,这就是汽水共腾,采用瓦特外置汽水分离器提高蒸汽干度对设备将造成损坏。
锅炉厂商在设计锅炉时采用的是同一逻辑,因而很少会有锅炉设计运行在7bar以下。因为在这一压力下,蒸汽的压力与比容曲线变得很陡。但有时,锅炉必须在低压下运行,锅炉的蒸发量低于额定量,同时必须尽可能避免锅炉负荷的突然变化,因为此时在锅炉的运行压力与汽水共腾点间仅有很小的余地。