在一些生产工艺流程中,加热水槽,除了传统的夹层锅、盘管换热,还有蒸汽喷射,即引入蒸汽在加热槽直接喷射低温液体加热,如鹤城某腐竹厂节能改造的黄豆蒸煮锅,蒸汽管道直接引入锅中加入常温水与黄豆,蒸汽直接喷射蒸煮,理论上,直接加热方式是利用了蒸汽焓、潜热、液体焓方式,对热能利用率更高。实践证明:蒸煮效率比盘管换热效率显著提高,蒸煮时间更短。
蒸汽消耗计算公式:

ms:指平均蒸汽流量,单位 :kg/s
Q:指平均换热功率 单位:kj/s
hg:指蒸汽焓 单位:kj/kg
T: 指水的最终温度 单位:℃
Cp:水的比热 单位:kj/(kg.℃)
由公式中可以看出蒸汽消耗和需要的热量相关,在系统设计时候要保证最大换热效率,否则蒸汽气泡会在液体表面破裂逃逸造成热损失。
蒸汽喷射管的设计与安装

蒸汽管按规律钻了许多小孔,蒸汽从管内出来形成小气泡。
怎么计算蒸汽罐喷射加热水槽的蒸汽负荷
1.获取所需要热量
例:
2000公斤水,20℃加热到80℃,1小时内需要的热量:

开口水槽 0.015m厚钢板 (密度 = 7850 kg/m³, cp = 0.5 kJ/(kg·℃)
根据上面公式代入:
Q = 加热水所需的平均换热量 (kW);
m = 2000 kg;
cp = 4.19 kJ/(kg·℃);
∆T = 80 – 20 = 60℃;
t = 1h x 3600 = 3600 s
Q(水)=2000kg x 4.19 kJ/(kg·℃) x 60 ℃ /3600s=140KW
2.确认蒸汽焓值
控制阀压力是0.7m bar(表压)查找是2767.5hg 《饱和水及饱和蒸汽表》
3.计算加热水需要的平均蒸汽流量
根据上面公式代入:
ms = 加热水箱中的水需要的平均蒸汽流量 单位:kg/s
Q = Q(水) = 加热水的平均换热量 = 140 kW;
hg = 控制阀前的蒸汽总焓 = 2767.5 kJ/kg;
T = 最终水温 = 80℃;
cp = 水的比热 = 4.19 kJ/(kg·℃)
水的平均蒸汽流量 ms =140/[2767.5-(80℃ x 4.19)]=0.0575kg/s
换算小时:0.0575kg/s x 3600s=207kg/h
4.计算加热水箱需要的热量
公式:

水箱厚度 = 0.015m
钢的体积 = ((1.5m×2m×4)+(1.5m×1.5m))×0.015m
钢的体积 = 0.214m3
钢的质量 = 0.214m3×7850 kg/m³
钢的质量 = 1679.9kg
Qm(水箱)=mcp∆T/3600s
Qm(水箱)=1679.9 x 0.5 x60/3600s
Qm(水箱)=13.99kw
5.计算加热水箱需要的平均蒸汽流量
根据上面公式代入:
ms = 加热水箱材料的平均蒸汽流量 单位:kg/s
Q = Q(水箱) = 加热水箱材料的平均换热量 = 13.99 kW;
hg = 供给蒸汽的总焓 = 2767.5 单位:kJ/kg
T = 最终水箱温度 = 80℃;
cp = 水箱材质的比热 (钢) = 0.5 单位: kJ/(kg·℃)
加热水箱的平均蒸汽流量ms = 13.99/(2767.5-80 x 0.5)=0.0051kg/s
换算后=18.36kg/h
6.计算水箱在暖管时候热损失的平均蒸汽流量
7.计算蒸汽加热水箱的蒸汽负荷
附文可能影响因素:
蒸汽气泡:要保证蒸汽气泡完全冷凝,冷凝快,就需要产生尽可能小气泡。蒸汽比容会因压力升高而下降,当压力下降时,会增加气泡尺寸,蒸汽喷射管要做到尽可能压力越低越好。
气泡压差:蒸汽管道和蒸汽喷入点的压力差,也会影响气泡大小。
喷射点的液体静压:喷射点的液体静压会产生背压,压差<蒸汽压力,如静压力增大喷管内蒸汽压力降低,此时压力变化就小,形成的蒸汽泡可以达到最小。喷射点静压力越大,蒸汽气泡到达液体表面之间冷凝机会就越大。
气泡速度:喷射点的气泡速度取决蒸汽压力和液体静压力压差。因此要尽可能降低,让气泡有足够时间到达表面时冷却。
液体温度:蒸汽冷凝速率、蒸汽、被加热流体温差正正比。最佳方案是把液体温度控制到要求最低点,可以获得最大换热功率,不会造成热能浪费。