如何通过换热公式，计算蒸汽消耗量？

如何通过换热公式，计算蒸汽消耗量？

蒸汽流量是许多工业设备选型的关键参数，包括疏水阀、减压阀、控制阀、流量计和安全阀等。本文将详细介绍如何通过换热公式计算蒸汽消耗量，涵盖连续流动流体加热、储存式加热、空气烘干、盘管加热、箱体干燥以及直接喷射加热等多种应用场景。

确定设备蒸汽耗量的方法

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？

1. 计算方法

利用传热相关公式来分析计算，虽然传热的影响因素很多，可能有很多未知的变量，但计算出来的结果对于大多数的应用来说已经足够精确。

2. 计量方法

安装流量计直接计量，但这种方法仅适用于已投入使用的设备。

3. 额定热功率方法

根据设备厂商铭牌上的额定热功率，可以简单转换计算出蒸汽耗量，不过这仅是理想状态的最大蒸汽耗量，与实际耗量有一定差距。

加热设备蒸汽耗量计算公式

1. 连续流动流体加热器的蒸汽耗量计算

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=1200005/494=202kg/h

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=130000(85-20)/510=3823kg/h=3.8t/h

2. 流体储存式加热器的蒸汽耗量计算

举例3：反应釜

反应釜内物料为药液，蒸汽压力345barg，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=12000(80-20)/(503.9*0.5)=476kg/h

3. 空气烘干类设备的蒸汽耗量计算

举例4：空气加热机组

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）：

代入公式如下：

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

B、计算蒸汽耗量（公式2）：

代入公式如下：

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

4. 盘管和夹套加热的蒸汽耗量计算

浸没在液体中的盘管总传热系数大致值 W/(m²·℃)
带有夹套的容器总传热系数大致值 W/(m²·℃)
各蒸发器的总传热系数

5. 工业箱体类、塔类或滚筒类湿物料干燥设备的蒸汽耗量计算

举例5：水稻烘干塔

蒸汽耗量：
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
T2 = 物料离开机器的温度 (℃)；--4550℃
T1 = 物料进入机器的温度 (℃)；--20℃
hfg = 烘筒中蒸汽的蒸发焓 (kJ/kg)；---10.511barg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)+1.26121750(50-20)]/1985.27=9838kg/h
两个塔一共消耗9838*2=19676kg/h，大约20t/h

备注：干水稻计算
湿水稻的产量=3000t/d，含水16.517.5%，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15.315.5%
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

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。

举例6：水箱加热

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)=4.193000（60-10）/（360015/60）=698KW
Ms=Q/[hg- CpT]=3600698/(2756.14-4.1960)=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