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如何通过换热公式,计算蒸汽消耗量?

 福田书屋 2024-10-30

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众所周知,当疏水阀、减压阀、控制阀、流量计、安全阀或管道选型时,蒸汽流量是必须要知道的参数。

蒸汽的本质就是含有足够热量的气态水,当蒸汽加热产品时,在发生相变的过程,从汽态变成液态时释放大量潜热,热量被产品吸收,迅速冷凝。

这个过程中,其质量并没有变,只是能量发生了转移,所以理论上,消耗多少蒸汽,就会产生多少冷凝水。

因此,知道了蒸汽流量,就知道冷凝水量,可以进行疏水阀的选型。知道了蒸汽流量,就可以计算出最大流量系数,即Kv值,就可以进行控制阀的选型。

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一、确定设备蒸汽耗量的方法

从上述说明我们知道,所有阀门和管道的选型,都需要知道流量,那我们怎么确定流量呢?

一般确定工厂的蒸汽用量有三种方法:

1、计算:利用传热相关公式来分析计算,因为传热的影响因素很多,可能有很多未知的变量,所以计算出来的结果不一定非常精确,不过这个计算精度对于大多数的应用来说已经足够了。

2、计量:安装流量计直接计量,但是这仅仅局限于已投入使用的设备。

3、额定热功率:根据设备厂商铭牌上的额定热功率,就可以很简单的转换计算出蒸汽耗量,不过这个只是理想状态的最大蒸汽耗量,与实际耗量还是有一定差距。

蒸汽流量(kg/h=热负荷kw×3600/工作压力下的hfg

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二、加热设备蒸汽耗量计算公式

1、对于连续流动流体加热器的蒸汽耗量计算(kg/h)---连续性生产,间接加热

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举例1:

管壳式换热器:蒸汽压力6barg,循环水量为20t/h,循环利用。温升大约5℃,计算需要多少蒸汽?

解答:

首先查蒸汽表,查出6barg蒸汽的热焓值r=494kcal/kg,ΔT=5℃,水的比热容=1,代入公式可计算出蒸汽耗量:

Q=CpMΔT/r=1*20000*5/494=202kg/h

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举例2:

板换换热器:蒸汽压力3barg,循环水流量30t/h,从常温升到85℃,计算需要多少蒸汽?

解答:

首先查蒸汽表,查出3barg蒸汽的热焓值r=510kcal/kg,ΔT=85-20=65℃,水的比热容=1,代入公式如下:

蒸汽流量Q=CpMΔT/r=1*30000*(85-20)/510=3823kg/h=3.8t/h

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2、对于流体储存式加热器的蒸汽耗量计算(kg/h)---间歇性生产,间接加热

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举例3:

反应釜:釜内物料为药液,蒸汽压力3~4~5barg,反应釜2000L,物料量按最大2000kg/h(实际可能装料80-90%)。

要求从20℃加热到80℃,加热时间按最少0.5h考虑,就是30分钟,计算需要多少蒸汽?

解答:

首先查蒸汽表,查出4barg蒸汽的热焓值r=503.9kcal/kg,ΔT=80-20=60℃,药液的比热容大约在0.9~1之间,这里直接按1来计算。

由此可计算出:

蒸汽消耗量Q=CpMΔT/rt=1*2000*(80-20)/(503.9*0.5)=476kg/h图片

3、空气烘干类设备(空气加热机组,加热热风)蒸汽耗量的计算---连续性生产,间接加热

举例4:

技术参数:蒸汽压力8barg,查出热焓值hfg为2030KJ/kg,空气流量(风量)为12000 m3/h,温度从30℃加热到150℃,热负荷为550KW。

A、计算蒸汽耗量(公式1):

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代入公式如下:

Q=12000*(150-30)*1.3/2030=922kg/h

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B、计算蒸汽耗量(公式2):

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代入公式如下:

Q=550*3600/2030=975kg/h

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4、盘管和夹套加热蒸汽耗量计算---连续性生产,间接加热

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浸没在液体中的盘管总传热系数大致值 W/(m2·)

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带有夹套的容器总传热系数大致值 W/(m2·)

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各蒸发器的总传热系数

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5、工业箱体类塔类或滚筒类湿物料干燥设备,蒸汽耗量的计算:---连续性生产,间接加热

举例5:水稻烘干塔,

蒸汽耗量:

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Q=蒸汽流量(kg/h); 

Mw = 湿水稻的产量 (kg/h)---3000t/d,即125000kg/h(一个塔)

Md= 干水稻的产量 (kg/h);---参见下面计算过程,得知Md=2922t/d,即121750kg/h

(注意:一般工厂只能给出湿物料或干物料的其中一个质量流量,进料的含水比例和出料的含水比例,我们需要据此算出实际的物料质量流量)

T2 = 物料离开机器的温度 (℃);--45~50℃

T1 = 物料进入机器的温度 (℃);--20℃

hfg = 烘筒中蒸汽的蒸发焓 (kJ/kg);---10.5~11barg蒸汽的hfg =1985.27kJ/kg

以上公式中的系数根据经验取以下常数:

1.5 = 烘筒干燥设备的平均系数;

2590 = 平均加热水焓+蒸发掉水分的蒸发焓=4.19*(100-20)+2256=2590;

(这个数据是指在大气压下蒸发,且假设物料初始温度为20℃,若负压下蒸发,小于2590)

1.26 = 物料的平均比热容。kJ/kg·K

因此单个烘干塔的蒸汽耗量

Q=1.5*[2590*(125000-121750)+1.26*121750*(50-20)]/1985.27=9838kg/h

两个塔一共消耗9838*2=19676kg/h大约20t/h

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备注:干水稻计算

湿水稻的产量=3000t/d,含水16.5~17.5%,

算出水分=3000*17.5%=525t/d,

纯水稻=3000-525=2475t/d

烘干后干水稻含水分为15.3~15.5%

计算出烘干后水稻产量=2475/(1-15.3%)=2922t/d

6、蒸汽直接喷射加热---连续性生产,直接加热

应用最广泛的是锅炉给水箱加热。之所以选择这种方式主要是它简单,不需要换热面或蒸汽疏水阀,而且不用考虑冷凝水回收系统。

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举例6:

一个水箱,采用5barg蒸汽喷射直接加热,3吨水,要求15分钟内从10℃加热到60℃,计算蒸汽量。

解答:

查蒸汽表,得知5barg蒸汽的总焓hg =2756.14kJ /kg

Q= CpMΔT/t(秒)=4.19*3000*(60-10)/(3600*15/60)=698KW

Ms=Q/[hg- Cp*T]=3600*698/(2756.14-4.19*60)=1003kg/h

另外,因为蒸汽直接喷射进水箱,因此水箱里面的水位也增加了。

因此我们还要用同样的方法来计算,加热这部分增加的水,和水箱箱体本身所需要的蒸汽耗量。

大约小于100Kg/h,这里忽略不计。总的蒸汽耗量:

Q=Q1+Q2=1003+100=1100kg/h

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