減溫器的類型與應用

張振基，余博，蒲鑒

(1． 黔希煤化工投資有限責任公司，貴州 黔西 551500； 2． 東華工程科技股份有限公司，合肥 230024)

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減溫器的類型與應用

張振基1，余博2，蒲鑒1

(1． 黔希煤化工投資有限責任公司，貴州 黔西 551500； 2． 東華工程科技股份有限公司，合肥 230024)

摘要：減溫器的功能是將過熱蒸汽轉化為飽和蒸汽或者過熱度較低的蒸汽，通過減溫水與過熱蒸汽的熱交換，降低過熱蒸汽溫度，最終達到熱平衡。通過相關參數的計算，選擇合適的減溫器。介紹了常見減溫器的類型，分析了影響減溫效果的因素，提出了減溫器在選型及安裝過程中應注意的問題，對減溫器的更好了解和使用有一定的幫助。

關鍵詞：過熱蒸汽減溫器噴嘴霧化焓值

蒸汽作為熱源，廣泛應用于電力、石化、化工、造紙、冶金、城市熱網等行業中。過熱蒸汽是指溫度高于飽和溫度的蒸汽，比飽和蒸汽具有更多的熱能和更高的比熱容。在實際生產過程中，經常遇到過熱蒸汽，而在最終使用端，常需要接近飽和狀態的蒸汽或過熱度較低的蒸汽，這時就需要精確的溫度控制來改善熱效率，消除調節過程中的意外過熱工況，保護下游產品免受過熱損壞，減溫器廣泛應用于這些場合，其功能是將過熱蒸汽轉化為飽和蒸汽或過熱度較低的蒸汽，大多數使用場合為過熱蒸汽轉化成飽和蒸汽。

1減溫器的工作原理

將減溫水通過減溫器送入蒸汽管道，通過減溫噴嘴將減溫水初級霧化，分散成小尺寸的水滴，因蒸汽流動產生的氣體動力大于水分子的表面張力，初級霧化的水滴被進一步擊碎，進行二級霧化，形成水霧，與過熱蒸汽充分混合，吸收過熱蒸汽能量，霧化蒸發，降低蒸汽溫度，最終達到熱平衡，生成飽和蒸汽或過熱度較低的過熱蒸汽。

減溫器常見配置為減溫噴嘴、進水調節閥、測溫元件及控制器，減溫噴嘴和進水調節閥可以是一體式也可以是分體式。減溫器與減壓閥結合使用即減溫減壓器，常用于高壓過熱蒸汽減溫減壓場合。

減溫器典型帶儀表控制點的分體式和一體式流程如圖1和圖2所示。

圖1　減溫噴嘴和減溫水閥分體式流程示意

圖2　減溫噴嘴和減溫水閥一體式流程示意

1) 減溫水的流量計算。在過熱蒸汽減溫過程中，主要遵循熱焓平衡原理?！办省笔且粋€熱的動態量，它是物質內部能量和其體積與壓力之積的和，即熱容量。根據熱焓平衡原理，減溫水可以采用如下公式進行核算：

H1qm1+HWqmW+(qm1+qmW)H2

(1)

式中：H1——入口蒸汽操作狀態下的焓值，kJ/kg；HW——入口減溫水操作狀態下的焓值，kJ/kg；H2——出口蒸汽操作狀態下的焓值，kJ/kg；qm1——入口蒸汽質量流量，kg/h；qmW——入口減溫水質量流量，kg/h。

根據式(1)則可得到：

(2)

其中狀態下的焓值(H1，H2，HW)可通過有關手冊查到。

2) 減溫噴嘴的CV值計算。減溫噴嘴的CV值計算和閥門CV值計算公式基本一致。

(3)

(4)

式中：qVW——減溫水的體積流量，m3/h；SG——減溫水比密度；Δp——建議的減溫器噴嘴兩端的壓差；ρW——操作狀況下減溫水密度，kg/m3。

2典型的減溫器類型

目前市場上的減溫器種類繁多，結構多樣。主要分為兩類： 減溫水閥與噴嘴一體式結構；減溫水閥與噴嘴分體式結構。還有一種將減溫減壓功能組合在一起，稱為減溫減壓閥門式，使用在復雜工況下，結構復雜，設備費用較高，此處不做闡述。

減溫水閥與噴嘴一體式減溫器具有獨立調節減溫水流量的能力，因而不需要額外配置減溫水閥，又稱為可調型減溫器。這種減溫器是通過控制執行機構來調節減溫器閥芯的高度，進而控制噴嘴打開的開度，控制減溫水的流量。在要求減溫溫差較大的工況，一體式減溫器還有輔助蒸汽型。減溫噴嘴通常分為可變幾何形狀減溫噴嘴、固定幾何形狀減溫噴嘴、彈簧背壓式減溫噴嘴、幾何形狀輔助對夾式噴嘴、文丘里型減溫噴嘴、蒸汽輔助霧化減溫噴嘴。各個廠家還有不同結構或不同名稱的減溫噴嘴。

利用高壓蒸汽來實現噴射水的快速和徹底的霧化。霧化的蒸汽壓力通常比主蒸汽管線壓力高兩倍或更多，輔助蒸汽在噴嘴腔體內與水相遇，在那里膨脹的霧化蒸汽的能量被用來將水霧化成極小的水滴。這些更小的水滴可更快地轉化成蒸汽并可在很低的蒸汽流速下仍然呈懸浮狀態，從而徹底地汽化。該類型的減溫器能處理很高的負荷變化，可調比可達50∶1；但該類型的噴嘴需要高壓輔助蒸汽和額外的管道、設備連接，相對費用較高。

3影響減溫效果的因素

在實際應用中，影響減溫效果的因素很多，主要有以下幾方面。

kw_jieba = list（jieba.cut（text,cut_all=False, HMM=False）） #分詞

1) 霧化后水滴的大小。實驗證明，一滴直徑20μm的水滴完全蒸發需要的時間為0.01s，而一滴200μm的水滴完全蒸發需要的時間為1s，即水滴的尺寸增大了10倍，而蒸發所需要的時間卻增加了100倍。由此可見水滴尺寸與蒸發時間成平方關系，對霧化效果的影響很大。因此，減溫器必須很好地控制水滴尺寸，主要有兩種方法： 控制噴射速度；控制噴射方向。如果霧化效果控制不好，則會產生水擊現象，達不到減溫效果，嚴重時會損壞管道。

2) 管道尺寸和蒸汽速度。水滴需要足夠的時間蒸發，如果蒸汽速度太慢，其流動產生的空氣動力小于水分子的表面張力時，水滴不會分裂，不會持續保持懸浮，將會落在管壁上，引起溫度控制不穩定，同時對管道產生水擊破壞。實驗證明，蒸汽的水滴直徑在0.25～0.30mm時，需要保證蒸汽流速為30～76m/s。

3) 蒸汽管道直管段。如直管段太短，水滴無法完全霧化，水滴會在彎管區域因流向變化直擊管道，產生動力干擾，出現水擊，并且會慢慢聚積，最終導致溫度無法控制。

4) 測溫元件的安裝位置。測溫點的位置離減溫器的距離以水滴完全氣化為準。離減溫器太近，水滴無法完全霧化，檢測點溫度不能真實反應減溫后的蒸汽溫度，導致蒸汽減溫失控；離減溫器過遠，導致溫度響應時間過長，引起溫度控制不穩定。安裝位置與如下幾個因素有關：

a) 噴水量與蒸汽量的比值。一般減溫水與蒸汽比值小于15%時，測溫點的位置離減溫器的距離為0.2倍最大蒸汽流速；減溫水與蒸汽比值大于15%時，測溫點的位置離減溫器的距離為0.3倍最大蒸汽流速。

b) 想要降低的溫度與蒸汽飽和溫度的接近程度。在實際工藝過程中，不可能降低到飽和蒸汽溫度，這樣會有大量水滴形成，導致無法控制溫度。

c) 蒸汽流速越小，測溫點離減溫器的安裝距離越遠。一般蒸汽流速小于30m/s時，安裝距離不得小于12m?？傊?，測溫元件安裝距離除了減溫水和蒸汽的本身狀態有關，還與減溫器的類型和制造商有關。

6) 減溫水的壓力。根據減溫器類型和制造商不同，要求減溫水的最小壓力也各不相同，壓力過低會導致減溫水無法噴入蒸汽管道。

4設計選型和安裝使用中需注意的問題

1) 減溫器的安裝條件需有足夠的直管段，測溫元件需安裝在合適的位置。

2) 蒸汽進出口溫差較大、噴水較多的場合，需選擇合適類型的減溫器，或采用多級減溫器。在減溫水與蒸汽比超過15%時就要慎重選擇減溫器類型，一般可采用蒸汽輔助霧化減溫噴嘴、多級減溫器或其他特殊類型減溫器，根據各制造商而異。如采用多級減溫，會增加一套減溫器和減溫水閥，同時需要更多的直管段要求，設備費用也會隨之上升。

3) 對于減溫器本身噴水量有最小要求，不是所有小流量的蒸汽都能使用減溫器，這種情況下只有采用加大過熱蒸汽量，產生過多的減溫蒸汽送至相應的蒸汽管網或直接排放。如在某項目中，要求將溫度545℃，壓力4.1MPa，最小質量流量186kg/h的過熱蒸汽減溫至252℃，減溫水為104℃，5.6MPa，在選型中詢問多家制造商，最低可調蒸汽流量只能在400kg/h左右，在此情況下，減溫器只能按最小流量400kg/h選型，而工藝操作實際需要最小蒸汽流量為186kg/h，因而過剩的蒸汽需送至相應壓力等級的蒸汽管網或放空。

4) 減溫系統大多數是為飽和蒸汽系統設計的，但減溫器的材質和壓力等級需能承受過熱蒸汽狀態下的溫度和壓力，同時應與減溫水管道壓力等級保持一致。

5) 減溫水流過控制閥會產生壓力降，當減溫水的溫度接近飽和溫度時，應確保通過控制閥的壓降不至于使減溫水閃蒸，防止閥門氣蝕現象產生。

6) 一般應在減溫器下游管道安裝疏水器，防止不能完全霧化的減溫水聚積后對管道或下游設備產生破壞。

7) 在實際使用中，安裝方向及位置經常被忽略，正確的安裝方向及位置可能比減溫器本身產生更大的影響。主要包括管道連接件、彎頭和其他類型的存在于噴水點下游的管道阻擋物的位置；在安裝時還要注意流向，應按設備上標示的流向安裝。

8) 在實際生產中，調試減溫器控制回路應注意相應參數的設定，特別需要考慮微分時間，具體參數可以根據現場操作情況設定。微分即誤差的變化速率，誤差變化越快，其微分絕對值越大。誤差增大時，其微分為正；誤差減小時，其微分為負?？刂破鬏敵隽康奈⒎植糠峙c誤差的微分成正比，反映了被控量變化的趨勢。有經驗的操作人員在溫度上升過快，但是尚未達到設定值時，根據溫度變化的趨勢，預計溫度將會超過設定值，出現超調，于是調節給水閥，提前減小給水閥門開度。

5結束語

減溫器在生產中經常使用，需要根據具體工況選用合適類型的減溫器，才能保證過熱蒸汽按要求轉化為合適的蒸汽，保證蒸汽管網的穩定運行，滿足實際生產需要。

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Type and Application of Desuperheater

Zhang Zhenji1， Yu Bo2， Pu Jian1

(1. Qianxi Coal Chemical Investment Co. Ltd.， Qianxi， 551500，China;

2. East China Engineering Science and Technology Co. Ltd.， Hefei ，230024， China)

Abstracts： The function of desuperheater is to convert superheated steam into saturated steam or low temperature superheated steam. The temperature of superheated steam is reduced through heat exchange between warm water and superheated steam to reach heat balance eventually. Suitable desuperheater is selected by calculating relative parameters. Problems about selection and installation of desuperheater are presented with introduction of types of desuperheater and evaluation of factors affecting temperature reduction， which help to understand and use it better.

Key words：superheated steam; desuperheater; nozzle; atomization; enthalpy

中圖分類號：TK223.3+7

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)06-0073-03

作者簡介：張振基(1966—)，男，1988年畢業于蘭州大學，現就職于黔希煤化工投資有限責任公司，負責設備管理工作，任高級工程師。

稿件收到日期：2015-08-29。