过热减温器作用原理

过热减温器运作原理

过热蒸汽为机械能量的产生提供一个极佳的能源。然而，在许多情况下，蒸汽经过大量减温接近饱和状态时，被证明是更适合使用的。这符合大多数热转换应用的实际情况。精确的温度控制对于改善热效率、消除调节过程中的过高的过热、以及保护下游产品或设备免受过热温度的损坏是必需的。降低温度的一种办法是安装一个减温器。

减温器通过把经过控制的、预定量的水喷射到蒸汽流体中以达到降低蒸汽温度的目的。为了取得最佳效果，减温器必须为应用工况而进行正确的设计和选择。虽然有时在设计中看似很简单，但阀门减温器必须集成各种各样的复杂的热力学和流体动力学变量，以取得减温效果。

控制喷水量，从而控制蒸汽温度，需要使用一个温度控制回路。这个回路包括一个下游的温度感测装置、一个控制器和一个传送装置。控制器的作用是计算并消除被测温度相对于设定点的偏差纠正信号；传送装置的作用是将一个比例信号传送给控制水的阀门、执行机构组件从而控制要求的水量。

一个特定的减温器装置的成功与否取决于一系列的物理、热力和几何因素，其中有些因素是很明确的，而有些是模糊的，但所有这些因素都对所安装的系统的设备的性能有不同的影响。

首要的、同时也许是对减温器的有效工作最重要的影响因素是针对每一个工况选择正确的减温器型号。在系统环境的限制范围内，减温器可以有不同的形状和尺寸，可以使用不同的能量转换和机械技术以取得要求的性能，下一节将详细说明现有的各种类型的减温器的区别及其预期的性能。

减温器的安装

过热减温的技术特点，一些影响减温系统的性能的物理参数包括：

1、安装方位

2、下游直管长度

3、喷水温度和压力

4、喷水量

5、管道或衬里尺寸

6、蒸汽密度

7、雾化方法

8、蒸汽速度

9、设备对系统的调节性

安装方位是一个经常被忽视、但在系统性能中又极关键的因素。对减温器的工作而言，减温器的放置可能比装置本身有更大的影响。对大多数减温器来说，最好的安装方位是置于流向向上的垂直管道里，这与目前所见到的大多数的安装方式不同。其它安装方位因素包括管道连接件、弯头、和其它类型的存在于喷水点下游的管道阻挡物。

如果系统设计的所有参数（包括喷水方向都设计正确，则减温器几乎在任何位置都可以正确工作。喷水温度会对减温器性能有很大的影响。与通常的逻辑相背离的是，高温水更适合于减温。随着喷水温度的增加，流体和热力学特性得到改善，以下方面也会受到影响：

1.表面张力

2.水滴大小分布

3.雾化需要的潜在热量

4.雾化率

由于喷水温度的增加，所有这些方面的改进会提高系统的总体性能。同样重要的是喷水系统（喷水阀和喷嘴）的压降。增加该系统可用的压降，对于减温装置下游的直管长度的要求显著缩短。

喷水量对雾化时间有直接的成正比的影响。热交换过程是与时间有关的，因此喷水量将影响完全雾化的时间和热力学的稳定性。

某些单点式喷射型减温器不能产生足够的喷嘴能量，无法把水吹散到管道的整个流动截面上，其结果就是喷射模式的失效和热力分层的产生。被过热蒸汽笼罩着的冷却中心核也就形成了。这种现象通常会在喷水流束在管道内改变几次方向以后消失，但由于控制系统或过程的局限性，这并不总是发生的。把高能量、多喷嘴减温器正确地安装在较大口径的管道中，通常可以避免热力分层的产生。

蒸汽的最大和最小速度和冷却水与其的成功混合有直接的关系。该速度直接影响水与蒸汽混合所需的驻留时间。如果最大速度太高，那么有可能在遇到诸如弯头或T 型接头等阻碍物之前，水没有足够的时间与蒸汽混合。理想的管道内蒸汽最大速度通常在150-250 英尺/秒之间（46-76 米/秒）。注意，在喷射点处较高的局部速度可能是有益的。如果最小速度太低，湍流减少，那么水滴趋向于从蒸汽中的悬浮状态滴落下来。作为一个准则，对于弹簧加载喷嘴，能令水保持悬浮状态的最小蒸汽速度近似为15-30 英寸/秒（4.5-9 米/秒）。对于较低蒸汽速度的应用场合，可以使用具备文丘里管或能够提供雾化蒸汽的减温器以达到较好的混合效果。

在减温领域中的一个被最多滥用和误解的概念是调节性。当这个概念被用于终端控制元件，例如阀门时，调节性是最大与最小可控制流量的简单的比例。调节性有时与可调比交互使用，然而，当它用于实际的性能比较时，其确切的含义有很大的差别。

减温器不是终端控制元件，因此，它的性能与其系统环境直接相关。减温器系统的每个部件都具有自身的可调比（蒸汽PRV、水TCV、管道蒸汽速度，喷嘴dP）。实际的系统调节性更像是一个系统参数的函数，而不是基于设备的经验化的流量变化。一旦对此有所了解，那么这就显而易见了：一个好的减温器不能防止一个差的系统的失败。我们必须要基于它们不同的优点做出适当的选择。

即使喷嘴设计技术有改进，管道衬里的需求也经常被明确提出，特别是在需要级间或末级减温器的HRSG 领域。在汽轮机旁路应用中，很少会用到衬里。由于喷水系统和管道中经常存在颗粒，管道内过滤器也许是需要的。作为设计中明确指定的一部分，网格尺寸取决于为应用所选择的特定喷嘴的尺寸。忽略这些网格尺寸可能导致降温不当或管道损坏。

前面的计算和建议为选择正确的减温器型式和尺寸提供了必要的信息。这种选择应当基于不同的应用情况，例如：

1.最小到最大的载荷要求可调比

2.最小和最大蒸汽速度

3.减温器下游的直管段长度和温度传感器的距离

4.蒸汽管道尺寸和壁厚

5.水和蒸汽之间的压差

减温器喷水穿透度

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