Các loại bộ giảm nhiệt khác

Bộ giảm nhiệt kiểu Venturi

Bộ giảm nhiệt kiểu Venturi sử dụng một chỗ thu hẹp trong đường ống hơi quá nhiệt để tạo ra vùng vận tốc cao và nhiễu loạn nơi nước làm mát được phun vào. Điều này giúp tạo ra sự tiếp xúc chặt chẽ giữa hơi nước và nước làm mát, nâng cao hiệu quả quá trình giảm nhiệt quá nhiệt. Quá trình giảm nhiệt quá nhiệt được thực hiện trong hai giai đoạn riêng biệt:

1. Giai đoạn đầu tiên của giảm nhiệt quá nhiệt xảy ra trong bộ khuếch tán bên trong. Một phần hơi nước được gia tốc trong vòi phun bên trong và vận tốc được sử dụng để phun sương nước đầu vào. Nước làm mát được phun vào bộ khuếch tán thông qua nhiều tia nhỏ, giúp phun sương nước tốt hơn.
2. Trong giai đoạn thứ hai của giảm nhiệt quá nhiệt, một dạng sương mù bão hòa xuất hiện từ bộ khuếch tán bên trong vào bộ khuếch tán chính, nơi nó trộn với phần còn lại của hơi nước. Bộ khuếch tán chính tạo ra sự thu hẹp đối với phần còn lại của hơi nước, từ đó tăng vận tốc trong vùng này. Do đó, có một vùng nhiễu loạn nơi giai đoạn thứ hai của giảm nhiệt quá nhiệt xảy ra. Cơ chế này giảm thiểu sự tiếp xúc của nước làm mát với thành bên, kết hợp hiệu quả giảm nhiệt tối đa với mài mòn đường ống tối thiểu.

Tỷ lệ turndown dòng chảy hơi nước thay đổi tùy thuộc vào điều kiện thực tế, nhưng 4:1 là phổ biến.

Trong các ứng dụng có trạm giảm áp chuyên dụng phía trước bộ giảm nhiệt, turndown hơi nước khả dụng có thể được cải thiện lên hơn 5:1.

Turndown nước làm mát thường đạt yêu cầu cho hầu hết các ứng dụng nhà máy, với 20:1 có thể đạt được tùy thuộc vào điều kiện vận hành thực tế. Khi turndown nước làm mát vượt quá 20:1, nhu cầu về bơm tăng áp nước làm mát cũng tăng lên.

Bộ giảm nhiệt kiểu Venturi có thể được lắp đặt theo chiều ngang hoặc chiều dọc với dòng hơi hướng lên trên. Khi lắp đặt theo chiều dọc, quá trình trộn tốt hơn, có thể dẫn đến tỷ lệ turndown cải thiện trên 5:1. Vấn đề chính là đảm bảo đủ không gian chiều dọc để lắp đặt bộ giảm nhiệt, vì nó dài hơn vài mét.

Một biến thể của bộ giảm nhiệt kiểu Venturi tiêu chuẩn là bộ giảm nhiệt attemperator. Về cơ bản sử dụng cùng phương pháp phun chất làm mát vào hơi quá nhiệt, nhưng không sử dụng phần trộn hình Venturi. Bộ giảm nhiệt attemperator được sử dụng thay cho kiểu Venturi ở những nơi có đủ không gian để lắp đặt đường ống hấp thụ dài, đặc biệt khi yêu cầu turndown hơi cao hơn, nhưng chi phí bổ sung cho kiểu phun sương bằng hơi không thể biện minh được.

Thuật ngữ attemperator cũng thường được sử dụng để chỉ bộ giảm nhiệt được lắp đặt sau lò hơi hoặc bộ siêu nhiệt để điều khiển chính xác nhiệt độ và áp suất. Ưu điểm:

1. Tỷ lệ turndown hơi nước lên đến 5:1 và turndown nước làm mát trên 20:1.
2. Nguyên lý vận hành đơn giản (mặc dù phức tạp hơn kiểu phun).
3. Không có bộ phận chuyển động.
4. Kiểm soát chính xác nhiệt độ hơi đã giảm nhiệt; thường trong phạm vi 3°C so với nhiệt độ bão hòa.
5. Phù hợp cho vận hành trong điều kiện hơi ổn định hoặc thay đổi.
6. Giảm mài mòn trong đường ống hạ lưu so với bộ giảm nhiệt kiểu phun, vì nước làm mát xuất hiện dưới dạng sương thay vì tia phun. Nhược điểm:
7. Gây ra tổn thất áp suất (mặc dù thường nhỏ và trong giới hạn chấp nhận được).
8. Chiều dài hấp thụ vẫn dài hơn kiểu phun sương bằng hơi; cần nhiều không gian hơn để lắp đặt.
9. Yêu cầu lưu lượng nước làm mát tối thiểu. Ứng dụng:
10. Phù hợp cho hầu hết các ứng dụng nhà máy thông thường, ngoại trừ các trường hợp yêu cầu turndown cao trên lưu lượng hơi nước

Bộ giảm nhiệt phun sương bằng hơi

Bộ giảm nhiệt phun sương bằng hơi sử dụng nguồn hơi phụ trợ áp suất cao để phun sương nước làm mát đầu vào. Quá trình giảm nhiệt quá nhiệt xảy ra trong hai giai đoạn: Giai đoạn đầu tiên xảy ra trong bộ khuếch tán, nơi nước làm mát được phun sương bởi hơi phun sương vận tốc cao. Áp suất hơi phụ trợ cần ít nhất 1,5 lần áp suất đầu vào của bộ giảm nhiệt, thường với áp suất tối thiểu 4 bar a. Lưu lượng hơi phun sương thường nằm trong khoảng 2% đến 5% lưu lượng đường ống chính. Việc sử dụng hơi phun sương có nghĩa là nước làm mát có thể được đưa vào bộ khuếch tán ở áp suất thấp hơn. Nói chung, yêu cầu duy nhất là áp suất phải lớn hơn áp suất hơi quá nhiệt. Trong giai đoạn thứ hai, một dạng sương mù ướt xuất hiện từ bộ khuếch tán, nơi nó trộn với hơi đường ống chính trong đường ống. Quá trình bay hơi xảy ra trong đường ống ngay sau bộ giảm nhiệt, nơi các giọt nước còn lại vẫn lơ lửng trong hơi nước và từ từ bay hơi.

Sử dụng hơi để phun sương nước làm mát tạo ra các hạt nước mịn, đảm bảo quá trình truyền nhiệt và bay hơi hiệu quả.

Bố trí này cho phép tỷ lệ turndown hơi nước cao; tỷ lệ lên đến 50:1 có thể đạt được. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng ở turndown lớn hơn 20:1, vận tốc đường ống thấp có thể dẫn đến hiện tượng nước lắng xuống, do động lượng giảm dần của các giọt nước. Trong trường hợp này, cần có bố trí thoát nước và tuần hoàn lại (xem Hình 15.3.3). Nếu không thể lắp đặt bố trí tuần hoàn lại, tỷ lệ turndown sẽ bị giảm. Bố trí lắp đặt điển hình của bộ giảm nhiệt phun sương bằng hơi được minh họa trong Hình 15.3.3. Ưu điểm:

1. Turndown tốt - turndown hơi nước lên đến 50:1 có thể đạt được, nhưng vận hành và điều khiển hiệu quả nhất ở turndown khoảng 20:1.
2. Rất nhỏ gọn - với chiều dài hấp thụ ngắn so với các loại khác.
3. Tổn thất áp suất không đáng kể.
4. Nước làm mát có thể dùng nước lạnh, vì hơi phun sương sẽ làm nóng trước.
5. Tiếp cận nhiệt độ bão hòa thấp - thường trong phạm vi 6°C so với nhiệt độ bão hòa. Nhược điểm:
6. Cần có hơi áp suất cao phụ trợ.
7. Lượng thiết bị bổ sung cần thiết và đường ống thêm tương đối đắt đỏ. Ứng dụng:
8. Phù hợp cho các ứng dụng mà lưu lượng hơi nước thay đổi rộng, ví dụ như trong các trạm giảm áp kết hợp giảm nhiệt quá nhiệt.

Bộ giảm nhiệt khẩu độ biến thiên

Bộ giảm nhiệt khẩu độ biến thiên điều khiển dòng nước làm mát vào đường ống chính bằng một pít-tông tự do đặt trong dòng chảy. Bộ giảm nhiệt khẩu độ biến thiên bao gồm một pít-tông di chuyển lên xuống trong lồng. Chuyển động này được giới hạn bởi một điểm dừng hành trình tích hợp ở đỉnh lồng. Vị trí của nó trong lồng phụ thuộc vào dòng hơi quá nhiệt trong đường ống chính. Khi không có dòng chảy, pít-tông nằm trên ghế van, được bao quanh bởi một vòng nước làm mát. Khi hơi quá nhiệt bắt đầu chảy qua bộ giảm nhiệt, pít-tông bị đẩy ra khỏi ghế bởi áp suất hơi. Khi lưu lượng tăng, pít-tông được nâng xa hơn khỏi ghế, từ đó tạo ra một khẩu độ biến thiên giữa pít-tông và ghế. Sự tăng vận tốc giữa pít-tông và ghế tạo ra sự giảm áp suất qua vòng, hút nước vào dòng hơi quá nhiệt. Áp suất thấp hút nước vào đường ống cũng giúp phun sương nước thành sương mịn. Sự nhiễu loạn liên quan đến thay đổi về vận tốc và hướng của hơi nước hỗ trợ trộn chất làm mát và hơi nước. Các xoáy được tạo ra ngay phía trước pít-tông đảm bảo chất làm mát được trộn hoàn toàn với hơi nước. Sự trộn hiệu quả của chất làm mát và hơi quá nhiệt trong thân bộ giảm nhiệt có nghĩa là chiều dài hấp thụ tương đối ngắn, và phần tử cảm biến nhiệt độ có thể được lắp đặt trong phạm vi 4 hoặc 5 mét từ thân bộ giảm nhiệt. Tốc độ nước làm mát đi vào vòng được thay đổi bởi van điều khiển được điều chỉnh theo hàm của nhiệt độ hạ lưu. Pít-tông thường được trang bị một pít-tông lò xo, làm tăng ma sát giữa pít-tông và lồng, giảm chấn chuyển động của pít-tông một cách hiệu quả. Với sự giảm áp suất cố định qua van, điều này cho phép lượng nước làm mát được thay đổi khi trộn với dòng hơi quá nhiệt. Pít-tông cũng cung cấp sự ổn định trong điều kiện tải nhẹ. Thực tế là chất làm mát không được phun vào bộ giảm nhiệt, và gần như toàn bộ quá trình giảm nhiệt quá nhiệt xảy ra trong thân thiết bị, có nghĩa là rất ít mài mòn đường ống liên quan hoặc bản thân bộ giảm nhiệt. Do đó, vỏ bảo vệ nhiệt là không cần thiết. Bố trí lắp đặt điển hình của bộ giảm nhiệt khẩu độ biến thiên được minh họa trong Hình 15.3.6 Ưu điểm:

1. Turndown chỉ bị giới hạn bởi van điều khiển nước làm mát, và tỷ lệ turndown hơi nước lên đến 100:1 có thể dễ dàng đạt được.
2. Tiếp cận nhiệt độ bão hòa thấp - thường trong phạm vi 2,5°C so với nhiệt độ bão hòa.
3. Chiều dài hấp thụ ngắn.
4. Áp suất nước làm mát chỉ cần cao hơn 0,4 bar so với áp suất hơi quá nhiệt.
5. Vận tốc hơi quá nhiệt có thể rất thấp. Nhược điểm:
6. Giảm áp suất đáng kể qua bộ giảm nhiệt.
7. Chi phí tương đối cao hơn.
8. Bộ giảm nhiệt phải được lắp đặt theo chiều dọc. Nếu có đoạn uốn ngay sau đầu ra, nó phải có bán kính dài. Ứng dụng:
9. Phù hợp cho các ứng dụng mà lưu lượng hơi nước thay đổi rộng và giảm áp suất tương đối cao không phải là vấn đề quan trọng.
10. Nơi vận tốc hơi nước có thể rất thấp.

Van điều khiển áp suất kết hợp bộ giảm nhiệt

Trong một số trường hợp, tiện lợi hơn khi tích hợp van điều khiển áp suất và bộ giảm nhiệt thành một đơn vị. Phần giảm áp tương tự van giảm áp tiêu chuẩn. Mặc dù nhiều thiết kế van giảm áp khác nhau có thể được sử dụng, cấu hình góc hoặc dạng cầu là phổ biến nhất. Ngoài ra, van thường thuộc loại cân bằng (với pít-tông cân bằng hoặc bố trí màng bellow cân bằng) để giảm lực chấp hành cần thiết. Vì kiểm soát áp suất chính xác thường quan trọng trong các ứng dụng bộ giảm nhiệt, chấp hành khí nén của van gần như phổ biến, và việc sử dụng bộ định vị cũng vậy. Ngoài ra, vì có thể liên quan đến giảm áp suất khá lớn, nhà sản xuất thường sẽ cung cấp bộ phận giảm tiếng ồn cho van điều khiển áp suất (xem Hình 15.3.8). Phần giảm nhiệt quá nhiệt cũng sẽ thay đổi tùy theo ứng dụng, nhưng thường sử dụng kiểu phun tia xuyên tâm nhiều điểm. Sự trộn của chất làm mát và hơi nước được cải thiện do vận tốc cao của hơi quá nhiệt sau van giảm áp. Bộ giảm nhiệt kiểu phun tia xuyên tâm có ưu điểm là có thể dễ dàng kết hợp với van giảm áp để tạo thành một đơn vị duy nhất. Trong một số trạm điều khiển áp suất kết hợp giảm nhiệt quá nhiệt, có nhiều tấm chắn được lắp đặt ngay sau trạm giảm nhiệt quá nhiệt. Các tấm này tạo ra sự giảm áp suất bổ sung và cải thiện sự trộn của hơi nước và chất làm mát. Các trạm van điều khiển áp suất kết hợp giảm nhiệt quá nhiệt thường được sử dụng trong các bypass tuabin, nơi van xả dòng chảy trực tiếp vào bộ ngưng tụ hoặc vào “tái nhiệt lạnh”.

So sánh các loại bộ giảm nhiệt

Bảng 15.3.1 so sánh đặc tính hiệu suất và lắp đặt điển hình của các loại bộ giảm nhiệt khác nhau. Cần lưu ý rằng các đặc tính này có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất khác nhau, và thực tế, chúng có thể phụ thuộc vào điều kiện vận hành cụ thể của hệ thống.