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通过蒸汽注入加热VATS和罐

直接蒸汽喷射涉及在较低温度下将蒸汽气泡排出到液体中以转移热量。本教程解释了使用的过程和使用的方法，包括相关的传热计算。

直接蒸汽喷射涉及在较低温度下将一系列蒸汽气泡排出一系列蒸汽气泡。蒸汽气泡冷凝并放大热量到周围的液体。

热量是通过蒸汽和液体之间的直接接触来传递的，因此这种方法只在稀释和液体质量的增加是可以接受的情况下使用。因此，被加热的液体通常是水。由于溶液的稀释会降低反应速率，降低生产效率，因此很少采用蒸汽直接注入的方法来加热发生化学反应的溶液。

直接蒸汽注入是整个工业锅炉饲料供热的最广泛使用的方法。由于其简单性，通常选择该方法。不需要传热表面或蒸汽阱组，无需考虑冷凝水回路系统。

蒸汽消耗计算

在直接蒸汽注入期间，热量以不同的方式转移到间接热交换。随着热量在表面上不转移，并且蒸汽与加热的过程流体自由混合，必须以不同的方式计算蒸汽中的可用热量。这可以使用等式2.11.1找到：

等式2.11.1显示蒸汽喷射利用蒸发（或潜热）的所有焓和蒸汽中所含液体焓的比例。使用的液体焓的实际比例将取决于注射过程结束时水的温度。

间接加热和直接蒸汽注入之间的一个主要差异，是通过注入的蒸汽加入蒸汽的加入过程流体的体积（和质量）增加。

另一个不同之处在于，当计算到蒸汽线圈的蒸汽流量时，考虑线圈中的压力，但是对于蒸汽喷射，考虑控制阀之前的压力。

在一些情况下（如果液体表面不在溢流管级），则随着时间的推移，这将在喷射器上增加液体头。然而，这种增加可能很小，在计算中很少考虑到。

影响传热速率的因素

在等式2.11.1中，蒸汽消耗率与热需求直接相关。除非设计蒸汽喷射系统使所有条件有利于最大传热，否则蒸汽气泡可以简单地破坏液体的表面并逸出到大气中;蒸汽中包含的一些热量将损失到大气中，并且水的实际传热速率将小于预期。

在浸没线圈的情况下，预热时段开始时的最大传热速率将取决于通过控制阀及其相关的管道允许的最大蒸汽流量，以及线圈表面区域允许的最大热量输出。

在直接蒸汽喷射期间，可以预期预热时段开始的最大传热速率取决于通过控制阀的最大流量，以及管道或喷射器本身。但是，如上所述，它也将取决于其他因素，例如：

蒸汽泡沫的大小
汽泡的凝结取决于汽泡表面的传热。为了保证汽泡完全凝结，表面积/体积比必须尽可能大。较小的气泡单位体积比较大的气泡有更大的表面积，所以最好是产生非常小的气泡。气泡出现时的压差(在蒸汽管道和蒸汽排入水中的点之间)也会影响蒸汽气泡的大小。蒸汽的比体积会随着压力的降低而增加，所以压力的下降会增加蒸汽气泡的大小，因为它会逃逸到液体中。即使蒸汽气泡是从一个非常小的孔中释放出来的，如果蒸汽压力很高，气泡的大小可能会显著增大。因此，喷管内的压力越低越好。
在注射点上液体头
注射点上的液体头部将产生背压，使得差压将小于蒸汽压力。如果液体头部大并且喷射管中的蒸汽压力低，则可能只有非常小的压力变化，使得形成的气泡的尺寸保持最小。在注射点的液体中更大的液体将使蒸汽气泡最大的机会在到达表面之前冷凝。
气泡速度
注射点处的气泡的速度也取决于蒸汽压力和液体头之间的差异。希望尽可能低地保持这种差压，使得气泡速度也尽可能低，并且在其到达表面之前给出气泡的最大时间以冷凝。
液体温度
蒸汽将冷凝的速率与蒸汽和被加热的液体之间的温差成正比。与所有传热过程一样，热交换速率与温差成比例。

最好确保正确控制液体的温度，并保持在应用所需的最低温度，以保持最大的传热速率，没有能量的浪费。

喷管管道

This is simply a pipe mounted inside the tank, with the holes drilled at regular positions (typically 4 o’clock and 8 o’clock) when viewed from the end, equally spaced along the length of the pipe, and with the end blanked off. The steam exits the pipe through the holes as small bubbles, which will either condense as intended or reach the surface of the liquid (see Figure 2.11.1).

喷淋管道造价低廉，安装方便，但容易造成高水平的振动和噪音。更有效的方法是使用设计合理的蒸汽喷射器。

例2.11.1 - 通过蒸汽注入确定蒸汽负荷加热水箱

这些计算（步骤1至5）均基于实施例2.9.1和2.10.1，只要含热损失，而且含有水的罐（CP = 4.19 kJ / kg°C），而不是弱酸溶液水被蒸汽喷射而不是蒸汽线圈加热的水。

步骤1 - 通过使用等式2.6.1发现在2小时内将12 000kg水从8°C加热12 000kg水所需的能量：

蒸汽在2.6巴g的控制阀上供应到控制阀。为了计算平均蒸汽流量，必须在该压力下确定蒸汽（Hg）中的总焓。从表2.11.1（来自蒸汽表的提取物）可以看出，2.6巴g的蒸汽（Hg）的总焓为2733.89kJ / kg。

步骤2 - 找到通过使用等式加热水的平均蒸汽流量2.11.1：

步骤3 - 找到加热罐材料（钢）的平均蒸汽流量。

从实施例2.9.1，罐材料的平均传热速率=（罐）= 14 kW

用式2.11.1再次计算罐体材料加热的平均蒸汽流量:

步骤4 - 找到平均蒸汽流量，以在预热期间弥补罐中的热量损失。从例2.9.1：

虽然合理的是接受蒸汽的液体焓会导致水和罐材料的温度升高，但更难以接受蒸汽的液体焓会如何增加由于辐射而从罐中丢失的热量。因此，计算用于热损失的蒸汽（等式2.11.2）的等式仅考虑蒸汽在大气压下蒸发的焓。

步骤5 - 通过蒸汽注入确定加热水箱的蒸汽负荷。总平均蒸汽流量可以如下计算：

重要的是要记住，在蒸汽喷射系统中，液体的最终质量等于冷液体的质量，加上加入的蒸汽的质量。

在这个例子中，该过程开始于12 000公斤的水。在所需的加热期间，2小时的蒸汽以569kg / h的速率注射蒸汽。因此，液体的质量增加了2小时×569 kg / h = 1138千克。

液体的最终质量是：12 000kg + 1 138 kg = 13 138千克

另外1138千克缩合物的体积约为138升（1.138m³），还将增加水位：

显然，过程罐需要在起始水水平上方具有足够的空间以允许这种增加。为了安全，溢出应始终包括在涉及蒸汽喷射的罐结构中。

或者，如果过程要求以1200千克的质量完成，则过程开始时的水质将是：

蒸汽喷射器

如图2.11.3所示，蒸汽喷射器是喷射管的一个更有效的替代方案。喷油器将冷液体吸入，并将其与喷油器内的蒸汽混合，将加热后的液体分配到罐内。

喷射器本体的设计比简单的喷射管更加复杂，可以使用更高压力下的蒸汽。即使在相对较高的压力下，喷嘴内部也会产生一个湍流区，以确保蒸汽和液体的完全混合。这具有搅拌和循环液体的作用，使整个罐内保持恒定的温度，没有温度分层或冷点。

这些喷射器比喷射管更紧凑，因此可以避免任何可能浸在罐中的物体的干扰。它们比喷射管道更强大，通常更安静，尽管如果没有正确安装，仍可能遇到噪音问题。

蒸汽喷射器的噪音

使用高压蒸汽喷射器时，在以下条件下生产三种不同的噪声水平：

正常运行
在喷射器入口处的蒸汽压力高于2巴g的情况下，在正常运行条件下产生的噪声可以被描述为柔软的咆哮。
噪音是由放电管内蒸汽的冷凝引起的，因为它混合在通过孔中拉入铸造体中的再循环水。在正常条件下，喷射器管的排出量大约比进入的水更热。
这种类型的噪声随蒸汽压力，水温和喷射器的数量而增加，但在蒸汽压力下方很少令人反感，低于8巴g。尽管罐含量的强烈循环发生在8巴G以上的压力下，但应稍微振动。
凝结不完整
这是一个特点，软碰撞噪音，有时伴随着沉重的振动。当液体温度过高(通常在90°C以上)时发生。当液体太热时，注入器的效率降低，一部分蒸汽从排出管流出。
在较高的蒸汽压力下，蒸汽的冷凝可能导致振动，这不推荐用于大气罐。然而，在坚固设计的圆柱形压力容器中，这可能不会导致任何问题。
低流量
当入口处的入口处的蒸汽压力下降到1.5巴g以下时，可以听到独特的噼啪作用。在这些条件下，蒸汽在留下喷射管之前，蒸汽无法放弃蒸发焓。
在低流量下，蒸汽以较低的速度行进，而不是在其他操作模式中，并且在体铸造和连接管道中凸起的蒸汽气泡被发现，诱导空化。这种噪音通常被认为是令人反感的，并且如果蒸汽喷射器系统已经过大，则可以找到。
噪音也可能是由于喷射器的差而导致的。矩形罐的侧面可以由相当柔性的面板制成。将喷射器连接到柔性面板的中间可能会引起振动和噪声。将喷射器安装在坦克的拐角处，可能往往更好地安装在结构上是更硬的。