喷水式减温减压器的研究进展

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摘要：本文根据喷水式减温减压器的工作原理，讨论了其工作特性及设计过程的关键问题，并总结了喷水式减温减压器关键参数的设计计算方法。

关 键 词：喷水式减温减压器； 结构； 关键参数

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

引言

减温减压器是用来调节蒸汽压力、温度的重要装置。它主要用于对电站锅炉、工业锅炉以及热电厂供热机组的抽、排汽口等处输送来的一次蒸汽（新蒸汽）进行减温减压，使二次蒸汽的压力和温度满足用户的要求。减温减压器一般根据一次蒸汽和二次蒸汽的参数和用量，按制造厂提供的选用表选择，其出口流量的变化范围为10％—100％。减温减压器在热电站作为抽汽机组事故时的备用；或作为尖峰负荷时的调峰；对于中小型热电站，减温减压器常作为厂用蒸汽的热源。

喷水式减温减压器的工作原理及工作特点

喷水式减温减压器的基本工作原理是首先进行蒸汽减压：将高温高压蒸汽通过减压装置节流绝热降压。此时，蒸汽的过热度增加，原来是饱和蒸汽则变为过热蒸汽，原来是过热蒸汽的则蒸汽的过热度增加。然后，在对已经减压的蒸汽进行绝热加湿：将经过喷嘴雾化后的减温水直接喷入过热的蒸汽流中，减温水滴从过热的蒸汽流中吸收热量，使水升温、蒸发和过热，从而使蒸汽的温度降低，达到调节过热汽温的目的。喷水式减温减压器的效果和冷却水直接与蒸汽接触的表面积大小有关，与水及蒸汽的相对速度有关，与温度差有关；而二者的温度差则决定了热交换过程进行的强弱。为了增大减温水与蒸汽的接触面积，可利用雾化喷嘴将减温水喷入蒸汽流里，并在混合段内加装网罩、插垫等零件，以便造成涡旋、混合的动作。一般用喷进的减温水量来调节汽温。为了喷射的均匀，减温减压器的喷水压力应高于减温减压器出口压力。

蒸汽的减压过程是靠减压阀、节流孔板来实现的。减压阀带有杠杆，杠杆的一端与阀杆相连，阀杆与阀瓣相连接，由电（气）动执行结构操纵连杆，带动杠杆，使阀瓣在阀座内上下运动，以改变通道面积的大小来达到减压的目的。采用节流网罩可使蒸汽的压力进一步降低。

2．喷水减温减压器的结构设计

要使喷入蒸汽的减温水尽快地汽化，使蒸汽的降温过程尽可能在最短的行程内完成，在结构设计时要完成以下过程：

（1） 高速汽流雾化。为了减压必须节流，节流过程中必然会出现高速汽流，利用这个暂时高速汽流雾化减温，效果最好。

（2） 水室独立。减温水环形室独立，因而膨胀和收缩是自由的。

（3） 减温水进水管通过弹性补偿圈与外壳体焊接。补偿圈有足够的强度，又有很好的弹性，可有效地避免焊口因过大的热应力而开裂。

（4） 隔板与水室不接触。其工作温度接近周围汽流温度及对应的壳体温度，因而减小了隔板与壳体间的焊口应力。

（5） 减温减压器出口设有靶板和分配板，使汽流降速，并均匀地流入后级用汽设备。这可以避免直接冲击后级用汽设备的壁面及其部件。

减温水的雾化效果取决于喷嘴前的水压和所采用的喷嘴型式。减温水的压力和净度是减温器设计的一个要素。不同的减温器喷嘴要有不同的喷水压力差，才能保证必要的雾化程度。常见的有旋流式喷嘴和离心式喷嘴两种。但旋流式喷嘴的雾化效果较差，而离心式喷嘴的雾化效果较好，是一种较理想的喷嘴型式。

减温减压器的一个重要的经济指标就是喷水量。减温水量取决于减温水的温度和从减温蒸汽中吸收的最大热量，其计算可通过在给定的蒸汽流量下，减温水吸收的热量和蒸汽被减温后放出的热量之间的简单热平衡即可求得。

根据选用喷水减温器的简要规定：在向喷水减温器供给水时，喷水装置可以是装在圆柱形保护套内的多孔管，孔径为3—5mm。在铭牌负荷和最大喷水流量时，许用水速为10—20m/s；在喷射冷凝水时，为了增大喷水和蒸汽的压差，可装置从喉部送入冷凝水的文丘里管。喷水孔径为3—5mm。

关键参数的设计计算

（1） 减温水量计算

设减温器入口蒸汽量为q1，蒸汽在减温前后的热焓为h1和h2。设喷入的减温水量为qw，焓为hw，则喷水减温器的热平衡式为：

q1 h1+qwhw=（q1+qw）h2 （1）

则蒸汽减温所需要的减温水量：

qw= q1·（h1- h2）/（h2-hw） （2）

由（2）式可见，喷水减温器的减温水量与需要减温的蒸汽量和减温幅度成正比。当其它条件不变时，减温水量随着蒸汽压力的上升而增大，因为蒸汽压力升高时，汽化热变小，比热增大。在相同的减温幅度下，蒸汽可给出更多的热量。当减温水未能全部蒸发，有一部分从疏水管道流出时，减温水量可按下式计算：

Dps=（h0- hjwy）·Djwy/[ h0 -hps-φ·(h0- h’jwy )] （3）

其中，Dps—减温水量（kg/h）；

h0—新蒸汽的焓（kJ/kg）；

hjwy—减温减压后蒸汽焓（kJ/kg）；

Djwy—减温减压后蒸汽量（kg/h）；

hps—减温水焓（kJ/kg）；

φ—减温水中未蒸发部分所占份额，一般取0.3—0.35；

h’jwy—减温减压后的饱和水焓（kJ/kg）。

（2） 减温水汽化长度的确定

减温水的汽化长度也就是雾化长度，是指从喷水点到喷入的减温水完全汽化所需要的距离，它关系到喷水减温器中内衬混合管的长短，是喷水减温器的一个重要设计数据。由于减温水最终在内衬混合管中完成汽化，所以内衬混合管起到保护联箱的作用，避免未完全汽化的减温水滴直接滴到联箱上造成热冲击。因此，汽化长度设计取值是否合理关系到喷水减温器能否正常运行。

文丘里管喷水减温器中水滴汽化所需时间的经验计算公式为：

tqh=4.2×105·[G（h1- h’）/ D（h3- h”）]1.1·(μ2/ρsσ)0.4·(σ·d00.6)/ ρq1αq wxd 2(4)

式中，h3—把喷入的减温水加热到饱和水后过热蒸汽还具有的热焓，h3=h1-(h’-hjw)G/D,kJ/kg；

h1,h2—蒸汽减温前,后的焓，kJ/kg；

h’,h”—在减温器内压力下饱和水和饱和蒸汽的焓，kJ/kg；

hjw—减温水的焓，kJ/kg；

G—喷入的减温水流量，kg/s；

D—进入减温器的蒸汽流量，kg/s；

μ—在减温器内压力下饱和水的动力粘度（N.s）/m2；

σ—在减温器内压力下饱和水的表面张力系数，N/m；

ρs—在减温器内压力下饱和水的密度，kg/m3；ρq1, ρq2—减温前，后蒸汽的密度，kg/m3；

αq—在减温器内压力平均温度tpj下蒸汽的导热系数,W/(m2·K)；tpj=(t3+tb)/2;

d0—喷水孔径；

wxd—相对速度，m/s； wxd =(w32+wjw2)1/2；

w3—蒸汽在文丘里管缩口处的速度，m/s；

wjw—减温水流过喷孔的速度，即喷水速度，m/s。

式（4）的适用范围为，0.18≤[G（h1- h’）/ D（h3- h”） ≤0.53 及d2/d3＜3。

由此式可以看出，喷水减温器内水滴完全汽化的时间取决于蒸汽的参数和流速、减温水的流量和温度、喷孔的尺寸等。

减温水的汽化长度可按下式计算

Lqh=l1+w2·[tqh –(l1d1d2)/(w3d32)] (5)

其中，d1，d2，d3—扩管口直径，衬管直径，喉管直径；

l1—扩管长度；

w2—蒸汽在混合管（d2）中的平均流速，可按下式求得:

w2=[D(1+0.6G/D)]/[0.785·d22·(0.4ρq1+0.6ρq2)](6)

式（5）适用于蒸汽压力为3.5—7.0Mpa，求得的结果误差范围为。国内不少厂家进行了工业性实验，结果表明，喷头式喷水减温器的汽化长度最长，达4米以上；文丘里喷水减温器次之，达3—4米；旋涡式喷水减温器最短，仅为2米。

结束语

喷水式减温减压器结构设计的合理性，直接关系到其使用效果，其工作性能的优劣直接关系到系统中其它重要设备的运行与安全，所以对喷水减温器工作特性、结构设计进行深入研究,有着重大的实际意义。

参 考 文 献

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[2]张世涌.雾化喷嘴减温器的研究[J].电站辅机,1992(3)：36－39.

[3]王颖,洛永平等.新型低压减温减压器的研制及应用[J]. 汽轮机技术,1998,40(2)：89－91.

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