CN114282345B - 烧嘴用水夹套的换热计算方法、换热方法及换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧嘴用水夹套的换热计算方法、换热方法及换热系统，换热计算方法包括如下步骤：确定即将饱和冷却水的出口温度T′₁；设定即将饱和冷却水的出口干度x′₁，确定即将饱和冷却水的出口比焓H′₁；根据H′₀＝H′₁‑q′/Q′计算出即将饱和冷却水的入口比焓H′₀；确定即将饱和冷却水的入口温度T′₀；确定出口密度ρ′₁和入口密度ρ′₀；判断比值ρ′₀/ρ′₁是否满足ρ′₀/ρ′₁＜A，如果不满足，则自动调整出口干度x′₁，直至满足该关系，通过调整后的最终出口干度x′₁，确定最终入口温度T′₀。根据本发明，可以实现过冷沸腾换热，提高换热系数例如提高至1.5倍以上，强化换热，可以降低烧嘴尤其是其壁面的温度，能大大提高换热效率，有效保护烧嘴尤其是烧嘴端部的壁体，延长烧嘴的使用寿命。

Description

烧嘴用水夹套的换热计算方法、换热方法及换热系统

技术领域

本发明涉及化工工艺处理的技术领域，具体而言涉及一种烧嘴用水夹套的换热计算方法、换热方法及换热系统。

背景技术

化工领域的很多设备例如气化炉都会配备有烧嘴，例如煤气化炉配备有煤烧嘴。烧嘴是气化炉运行的关键设备之一，烧嘴的可靠性直接影响气化炉的长周期稳定可靠运行。由于气化炉内的环境为高温高压以及包含复杂物质，烧嘴长时间处于该环境会极易烧损，因此，气化炉的烧嘴需要采用冷却水夹套结构，以便对烧嘴，尤其是烧嘴端部的壁体，进行冷却保护。

然而，由于冷却水的冷却效率较低，一定程度上限制了烧嘴的使用寿命。

因此，需要一种烧嘴用水夹套的换热计算方法、换热方法及换热系统，以至少部分地解决以上问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种烧嘴用水夹套的换热计算方法，烧嘴设置有用于换热的水夹套，所述水夹套具有入口和出口，采用即将达到饱和温度的即将饱和冷却水作为冷却介质，所述换热计算方法包括如下步骤：

已知所述即将饱和冷却水的出口压力P′₁，根据出口压力P′₁确定所述即将饱和冷却水的出口温度T′₁，其中出口温度T′₁为所述即将饱和冷却水在出口压力P′₁下的饱和温度；

设定所述即将饱和冷却水的出口干度x′₁，根据出口压力P′₁、出口温度T′₁和出口干度x′₁，确定所述即将饱和冷却水的出口比焓H′₁；

已知单位时间热流密度q′和所述即将饱和冷却水的流量Q′，并且根据公式(1)计算出所述即将饱和冷却水的入口比焓H′₀；

H′₀＝H′₁-q′/Q′ (1)

已知所述即将饱和冷却水的入口压力P′₀，且入口干度x′₀为0，根据入口压力P′₀、入口干度x′₀和出口比焓H′₀，确定所述即将饱和冷却水的入口温度T′₀；

根据出口温度T′₁，确定所述即将饱和冷却水的出口密度ρ′₁；

根据入口温度T′₀，确定所述即将饱和冷却水的入口密度ρ′₀；

已知比值ρ′₀/ρ′₁的预设上限值A，判断比值ρ′₀/ρ′₁是否满足关系式(2)，如果不满足，则自动调整出口干度x′₁，直至满足关系式(2)；以及

ρ′₀/ρ′₁＜A (2)

通过调整后的最终出口干度x′₁，确定所述即将饱和冷却水在换热时的入口温度T′₀。

可选地，判断比值ρ′₀/ρ′₁是否满足关系式(2)，如果满足但比值ρ′₀/ρ′₁与预设上限值A的差大于或等于预定值，则自动调整出口干度x′₁，直至比值ρ′₀/ρ′₁与预设上限值A的差小于该预定值。

可选地，所述预设上限值A为1.5，设定的所述即将饱和冷却水的出口干度x′₁为0.015。

可选地，还包括已知采用液体对流换热方法中的常规冷却水的单位时间热流密度q，根据公式(4)计算单位时间热流密度q′，

q′＝N×q (4)，其中倍数N为1.5～2.5。

可选地，还包括：

已知所述常规冷却水的入口压力P₀、入口温度T₀、出口压力P₁和出口温度T₁，根据入口压力P₀和入口温度T₀，确定入口比焓H₀，根据出口压力P₁和出口温度T₁，确定出口比焓H₁；

已知常规冷却水的流量Q，根据公式(3)计算单位时间热流密度q，

q＝Q×(H₁-H₀) (3)。

可选地，入口压力P′₀等于入口压力P₀，出口压力P′₁等于出口压力P₁。

根据本发明的另一方面提供了一种烧嘴用水夹套的换热方法，烧嘴设置有用于换热的水夹套，所述水夹套具有入口和出口，采用即将达到饱和温度的即将饱和冷却水作为冷却介质，其中所述即将饱和冷却水的入口温度根据上述任一方面所述的换热计算方法确定。

可选地，监测所述即将饱和冷却水的入口温度，并当所述入口温度高于预设上限值时，产生预警信号。

可选地，监测所述即将饱和冷却水的出口干度，并当所述出口干度高于预设上限值a时，产生预警信号，当所述出口干度高于预设上限值b时，停止所述烧嘴的运行，其中预设上限值b大于预设上限值a。

可选地，所述预设上限值a为所述最终出口干度x′₁，所述预设上限值b大于或等于所述预设上限值a加上0.005。

根据本发明的再一方面提供了一种烧嘴用水夹套的换热系统，其应用根据上述任一方面所述的换热方法，所述换热系统包括：

烧嘴，所述烧嘴设置有用于换热的水夹套，所述水夹套具有入口和出口，其中采用即将达到饱和温度的即将饱和冷却水作为冷却介质；

干度检测单元，用于检测所述即将饱和冷却水的出口干度；以及

干度预警单元，所述干度预警单元与干度检测单元连接，用于监测所述即将饱和冷却水的出口干度并产生预警信号和/或停运信号。

可选地，包括：

温度检测单元，用于检测所述即将饱和冷却水的入口温度和出口温度；以及

温度预警单元，所述温度预警单元与温度检测单元连接，用于监测所述即将饱和冷却水的入口温度和出口温度并产生预警信号。

本发明提供的换热计算方法能够用于采用即将达到饱和温度的冷却水作为冷却介质的换热方法和换热系统，可以获得在预定压力和流量的条件下的即将达到饱和温度的冷却水的入口温度T′₀。在该预定压力和流量的条件下，饱和冷却水以此入口温度T′₀进入水夹套，可以实现过冷沸腾换热，使得相对于现有的采用液体对流换热的常规换热方法，能够提高换热系数例如提高至1.5倍以上，强化换热。由此，可以降低烧嘴尤其是其壁面的温度，能大大提高换热效率，有效保护烧嘴尤其是烧嘴端部的壁体，延长烧嘴的使用寿命。并且，整体汽化量较少，水夹套内冷却水的体积变化较小，整体换热过程安全可靠。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明的换热计算方法的示意框图；

图2为垂直管内沸腾状态与对流换热系数的关系图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。

为了对诸如气化炉的烧嘴进行冷却保护，通常烧嘴设置有水夹套，水夹套具有入口和出口，水夹套的内部与烧嘴的内部之间间隔有一层壁体，通常看作为烧嘴壁体。冷却介质从入口进入，在水夹套内流动，从出口流出。冷却介质在水夹套内与该烧嘴壁体的壁面直接接触，进行换热。烧嘴端部处的温度较高，换热后，烧嘴壁体的温度被降低，尤其是烧嘴端部的壁体需要降低到一定温度以下，从而可以实现烧嘴，尤其是烧嘴端部的壁体的冷却保护。

常规的换热方法采用通常使用的冷却水作为冷却介质，可以理解，通常使用的冷却水其温度相对于饱和温度较低，不会因换热而在水夹套内改变状态。在换热过程中，通常使用的冷却水温度会变化，但存在状态不变即不会发生相变。由此，换热时，仅存在液体对流换热，这种换热方法存在换热效率较低的问题。

本发明提供了一种烧嘴用水夹套的换热方法。该换热方法主要利用的是过冷沸腾的原理。具体地，该换热方法采用即将达到饱和温度的冷却水作为冷却介质，以代替通常使用的冷却水。在换热过程中，即将达到饱和温度的冷却水局部会发生相变。由此，换热时，不仅存在液体对流换热，还存在局部相变换热。这能够提高换热系数，强化换热，降低烧嘴尤其是其壁面的温度，能大大提高换热效率，有效保护烧嘴尤其是烧嘴端部的壁体，延长烧嘴的使用寿命。由于沸腾换热仅在局部发生属于过冷沸腾，即近壁面的冷却水达到饱和温度而汽化，随后在主流的未饱和水中凝结，整体汽化量较少，因此，水夹套内冷却水的体积变化较小，整体换热过程安全可靠。

为使文本描述简洁，本文将即将达到饱和温度的冷却水称为即将饱和冷却水，将使用该即将饱和冷却水的换热方法称为新型换热方法，从换热形式看可以称为液体对流及相变换热方法；将通常使用的冷却水称为常规冷却水，将使用该常规冷却水的换热方法称为常规换热方法，从换热形式看可以称为液体对流换热方法。

为了使新型换热方法中，整体汽化量保持在一定范围内以避免因水夹套内冷却水的体积变化太大而产生安全问题，需要控制即将饱和冷却水进入水夹套的入口时的入口温度。由此，本发明还提供了一种烧嘴用水夹套的换热计算方法。

该换热计算方法基于工艺安全方面的考虑，进行了设计。一个方面是，即将饱和冷却水的出口干度需要符合安全要求，避免出口干度变化过大，由此，首先确定出口参数，然后基于出口参数反算出入口参数。另一个方面是，根据项目工艺及安全需求，即将饱和冷却水的出口干度x′₁需满足入口密度与出口密度的比值ρ′₀/ρ′₁<A的要求，从而避免冷却水的流速变化过大。

基于上述的两个方面，如图1所示，换热计算方法包括如下步骤：

从即将饱和冷却水的出口参数，获得其出口比焓H′₁；其中该出口参数包括出口压力P′₁、出口温度T′₁和出口干度x′₁。从单位时间热流密度q′和即将饱和冷却水的流量Q′，获得其入口比焓H′₀。从即将饱和冷却水的入口参数和入口比焓H′₀，获得其入口温度T′₀；其中该入口参数包括入口压力P′₀和入口干度x′₀。从出口温度T′₁和入口温度T′₀，获得出口密度ρ′₁和入口密度ρ′₀。判断比值ρ′₀/ρ′₁是否满足ρ′₀/ρ′₁＜A。如果不满足，则需降低x′₁，若仍有一定余量则提高x′₁，然后进行迭代计算，直到满足工艺及安全要求。安全运行条件允许情况下，x′₁越大越有利于提高换热性能。

其中，因为即将饱和冷却水在入口处未发生相变，即在入口处为未饱和水，所以其入口干度x′₀为0；对于初始的即将饱和冷却水的出口干度x′₁，可以根据设计者的项目经验、工程实践或相关资料而设定；对于限值A，可以根据设计者的项目经验、工程实践或相关资料而设定。

考虑到实际换热过程会受到温差影响，本发明提供的换热计算方法适用于本发明的换热方法的入口温度与常规换热方法的入口温度的差小于20℃，即T′₀-T₀<20℃的烧嘴工艺。

进一步地，换热计算方法包括如下具体步骤：

已知即将饱和冷却水的出口压力P′₁，根据出口压力P′₁确定即将饱和冷却水的出口温度T′₁。出口温度T′₁为即将饱和冷却水在出口压力P′₁下的饱和温度。

设定即将饱和冷却水的出口干度x′₁，根据出口压力P′₁、出口温度T′₁和出口干度x′₁，确定即将饱和冷却水的出口比焓H′₁。例如可以通过数据对应表确定出口比焓H′₁，当然也可以通过相关的计算公式来确定。该设定的即将饱和冷却水的出口干度x′₁可以为0.015。

已知单位时间热流密度q′和即将饱和冷却水的流量Q′，并且根据公式(1)计算出即将饱和冷却水的入口比焓H′₀。

H′₀＝H′₁-q′/Q′ (1)

已知即将饱和冷却水的入口压力P′₀，且入口干度x′₀为0，根据入口压力P′₀、入口干度x′₀和出口比焓H′₀，确定即将饱和冷却水的入口温度T′₀。例如可以通过数据对应表确定入口温度T′₀，当然也可以通过相关的计算公式来确定。

根据出口温度T′₁，确定即将饱和冷却水的出口密度ρ′₁。根据入口温度T′₀，确定即将饱和冷却水的入口密度ρ′₀。例如可以通过数据对应表确定出口密度ρ′₁和入口密度ρ′₀，当然也可以通过相关的计算公式来确定这两者。

已知比值ρ′₀/ρ′₁的预设上限值A，判断比值ρ′₀/ρ′₁是否满足关系式(2)，如果不满足，则自动调整出口干度x′₁，直至满足关系式(2)。预设上限值A可以例如为1.5。

ρ′₀/ρ′₁＜A (2)

通过调整后的最终出口干度x′₁，确定即将饱和冷却水在换热时的入口温度T′₀。

以此实施方式，可以获得在预定压力和流量的条件下的饱和冷却水的入口温度T′₀。在该预定压力和流量的条件下，饱和冷却水以此入口温度T′₀进入水夹套，可以实现过冷沸腾换热，使得相对于现有的采用液体对流换热的常规换热方法，能够提高换热系数例如提高至1.5倍以上，强化换热。由此，可以降低烧嘴尤其是其壁面的温度，能大大提高换热效率，有效保护烧嘴尤其是烧嘴端部的壁体，延长烧嘴的使用寿命。并且，整体汽化量较少，水夹套内冷却水的体积变化较小，整体换热过程安全可靠。

判断比值ρ′₀/ρ′₁是否满足关系式(2)，如果满足但比值ρ′₀/ρ′₁与预设上限值A的差大于或等于预定值，则自动调整出口干度x′₁，直至比值ρ′₀/ρ′₁与预设上限值A的差小于该预定值。由此，可以使换热性能保持在较高的水平之上。作为示例，该预定值可以为0.1。具体地，如果满足但比值ρ′₀/ρ′₁与预设上限值A的差大于或等于0.1，则自动调整出口干度x′₁，直至比值ρ′₀/ρ′₁与预设上限值A的差小于0.1。

本实施方式的换热计算方法还包括根据上述常规换热方法，获得饱和冷却水的单位时间热流密度q′。具体地，如图1所示，从常规冷却水的入口压力P₀和入口温度T₀，获得其入口比焓H₀。从常规冷却水的出口压力P₁和出口温度T₁，获得其出口比焓H₁。从入口比焓H₀和出口比焓H₁，获得其单位时间热流密度q。而后从单位时间热流密度q，获得单位时间热流密度q′。

具体地，已知常规冷却水的入口压力P₀、入口温度T₀、出口压力P₁和出口温度T₁。根据入口压力P₀和入口温度T₀，确定入口比焓H₀。根据出口压力P₁和出口温度T₁，确定出口比焓H₁。例如可以通过数据对应表确定入口比焓H₀和出口比焓H₁，当然也可以通过相关的计算公式来确定这两者。其中入口压力P′₀等于入口压力P₀，出口压力P′₁等于出口压力P₁。

根据公式(3)计算单位时间热流密度q。

q＝Q×(H₁-H₀) (3)。

通过常规冷却水的单位时间热流密度q，并根据公式(4)计算单位时间热流密度q′。

q′＝N×q (4)。

需要说明的是，本发明提供的换热方法属于过冷流动沸腾换热，上述常规换热方法属于液体强迫对流换热。参见图2，图2示意性地示出了垂直管内沸腾状态与对流换热系数的关系。过冷流动沸腾换热过程相对于液体强迫对流换热可使换热系数提高一定倍数，根据热流密度方程k×△t，过冷流动沸腾换热的热流密度q′高于液体强迫对流换热的热流密度q一定倍数，即q′＝N×q。但由于冷却水吸热后金属温度降低，过冷流动沸腾换热的热流密度q′<N×q。考虑到安全系数，以q′＝N×q计算过冷流动沸腾换热的冷却水参数。

倍数N的取值范围可以根据图2所示的垂直管内沸腾状态与对流换热系数的关系图以及其他相关资料大致推算出。作为示例，倍数N可以为1.5～2.5，例如倍数N可以为1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5等。可选地，倍数N可以为1.5～2.0。

出于工艺安全方面的考虑，本发明的换热方法还可以包括：

监测即将饱和冷却水的入口温度，并当入口温度高于预设上限值时，产生预警信号；以及

监测即将饱和冷却水的出口干度，并当出口干度高于预设上限值a时，产生预警信号，当出口干度高于预设上限值b时，停止烧嘴的运行。

入口温度的预设上限值T可以通过T′₀-1<T<T′₀来获得。预设上限值b大于预设上限值a，即b>a。作为示例，预设上限值a可以为上述换热计算方法中的最终出口干度x′₁，预设上限值b可以大于或等于预设上限值a加上0.005，即b≥a+0.005。例如对应于产生预警信号的预设上限值a可以为0.015，对应于停止烧嘴的运行的预设上限值b可以为0.02。

由此，一旦入口温度、出口温度和出口干度偏离工艺设计条件将发出警报，严重偏离将停止烧嘴运行，保证烧嘴及气化炉安全运行。

根据本发明的再一方面提供了一种烧嘴用水夹套的换热系统，其应用根据上述任一方面的换热方法。换热系统包括烧嘴、干度检测单元和干度预警单元。烧嘴设置有用于换热的水夹套，水夹套具有入口和出口。水夹套的入口和出口分离连接有管路。采用即将达到饱和温度的即将饱和冷却水作为冷却介质。干度检测单元可以包括设置于水夹套的出口，以检测即将饱和冷却水的出口干度。干度预警单元能够与干度检测单元连接，用于监测即将饱和冷却水的出口干度并产生预警信号和/或停运信号。

干度检测单元能够将关于出口干度的信息发送至干度预警单元，干度预警单元设定有预设上限值a和b，其中预设上限值b大于预设上限值a。当出口干度高于预设上限值a时，干度预警单元产生预警信号，提醒操作人员。当出口干度高于预设上限值b时，干度预警单元产生停运信号，从而烧嘴停止运行，避免烧嘴烧损，确保系统安全。

换热系统还包括温度检测单元和温度预警单元。温度检测单元可以分别设置于水夹套的入口和出口，以检测即将饱和冷却水的入口温度和出口温度。温度预警单元与温度检测单元连接，用于监测即将饱和冷却水的入口温度和出口温度并产生预警信号。当入口温度过高时发出预警，避免过量汽化导致体积过大，流速大幅度增加，当入口温度过低时发出预警，避免冷却性能不佳；换热系统将根据预警信息对安全运行进行控制，当出口干度超过b值，温度无法维持在设计温度时，及时停止烧嘴运行，保证设备安全性。

本发明的换热过程如下：

进入水夹套的冷却水为未饱和水，烧嘴主要换热区域为烧嘴的与水夹套相隔的壁体区域。冷却水在水夹套内流动，近壁面的冷却水能够达到饱和温度，并进一步发生汽化，但由于主流的未饱和水的温度未达到饱和温度，汽化后的部分蒸汽将在主流的未饱和水中凝结，总体产生蒸汽量较少，处于过冷沸腾阶段，换热效率逐渐提高。随着换热过程的推进，冷却水的压力受管道阻力影响，逐渐降低，饱和温度降低，冷却水达到饱和温度，汽化过程加剧，换热效率大幅度提高。整体换热过程可以通过控制冷却水在入口处的流量控制含汽率，确保冷却过程的安全可靠。

实施例

以某项目的烧嘴换热工艺为例，常规换热方法中，冷却水的入口压力P₀为5.8MPa，入口温度T₀为250℃，冷却水的出口压力P₁为5.0MPa，出口温度T₁为252℃，冷却水的流量为11t/h。通过查询数据对应表，确定入口比焓H₀和出口比焓H₁分别是1085.65kJ/kg和1095.39kJ/kg。由此，可计算得到冷却水的单位时间热流密度q＝Q×(H₁-H₀)＝107.14MJ/h。

设定过冷沸腾换热的换热系数为液体对流换热的换热系数的2倍，从而公式(4)中的N设定为2。即将饱和冷却水的单位时间热流密度q′＝2×q＝214.28MJ/h。

由于限制了管内流速变化，可大致确认入口压力P′₀＝P₀＝5.8MPa、出口压力P′₁＝P₁＝5.0MPa。出口温度T′₁为P′₁＝5.0MPa压力下的饱和温度，通过查询数据对应表，确定T′₁＝263.94℃。出口干度x′₁设定为x′₁＝0.015。根据整体换热计算以及工艺条件确定冷却水流量Q′＝11t/h。根据T′₁＝263.94℃，通过查询数据对应表，确定出口密度ρ′₁＝538kg/m³。根据P′₁、T′₁、x′₁，通过查询数据对应表，确定出口比焓H′₁＝1179.10kJ/kg。根据换热量反算，入口比焓H′₀＝H′₁-q′/Q′＝1159.62kJ/kg。由于采用过冷沸腾换热方法，所以入口干度x′₀＝0，根据P′₀、x′₀和H′₀，确定入口温度T′₀＝265℃。根据T′₀＝265℃，通过查询数据对应表，确定入口密度ρ′₀＝777kg/m³。

将预设上限值A设定为1.5，比值ρ′₀/ρ′₁＝1.44<1.5。满足工艺及安全要求。

由此，最终可确定本发明提供的换热方法中，冷却水的入口参数P′₀、T′₀、Q′、x′₀、ρ′₀的各个数值。P′₀压力下的饱和温度为273.37℃，入口温度T′₀的过冷度为8.37℃。因此，可以选择入口参数P′₀为5.8MPa、T′₀为265℃、Q′为11t/h、x′₀为0、ρ′₀为777kg/m³的冷却水，对烧嘴进行冷却。

通过温度预警单元，监测冷却水的入口温度和出口温度，保证入口温度为264.0℃～265.0℃。通过干度预警单元，监测冷却水的出口干度，当出口干度x′₁超过0.015时，发出警报信号，当出口干度x′₁超过0.02时，停止烧嘴的运行，避免烧嘴烧损以及系统安全。

因此，可判断采用过冷沸腾换热的方法，当入口参数P′₀为5.8MPa、T′₀为265℃、Q′为11t/h时，能够满足工艺需求，且相比采用液体对流换热的常规方法，其换热量大幅度提高，并且出口参数P′₁为5.0MPa、T′₁为263.94℃、Q′为11t/h、x′₁为0.015。在上述参数下，入口为未饱和水，出口为汽水混合物。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (12)

1.一种烧嘴用水夹套的换热计算方法，烧嘴设置有用于换热的水夹套，所述水夹套具有入口和出口，其特征在于，采用即将达到饱和温度的即将饱和冷却水作为冷却介质，所述换热计算方法包括如下步骤：

已知所述即将饱和冷却水的出口压力P′₁，根据出口压力P′₁确定所述即将饱和冷却水的出口温度T′₁，其中出口温度T′₁为所述即将饱和冷却水在出口压力P′₁下的饱和温度；

设定所述即将饱和冷却水的出口干度x′₁，根据出口压力P′₁、出口温度T′₁和出口干度x′₁，确定所述即将饱和冷却水的出口比焓H′₁；

已知单位时间热流密度q′和所述即将饱和冷却水的流量Q′，并且根据公式(1)计算出所述即将饱和冷却水的入口比焓H′₀；

H′₀＝H′₁-q′/Q′ (1)

已知所述即将饱和冷却水的入口压力P′₀，且入口干度x′₀为0，根据入口压力P′₀、入口干度x′₀和出口比焓H′₀，确定所述即将饱和冷却水的入口温度T′₀；

根据出口温度T′₁，确定所述即将饱和冷却水的出口密度ρ′₁；

根据入口温度T′₀，确定所述即将饱和冷却水的入口密度ρ′₀；

已知比值ρ′₀/ρ′₁的预设上限值A，判断比值ρ′₀/ρ′₁是否满足关系式(2)，如果不满足，则自动调整出口干度x′₁，直至满足关系式(2)；以及

ρ′₀/ρ′₁＜A (2)

通过调整后的最终出口干度x′₁，确定所述即将饱和冷却水在换热时的入口温度T′₀。

2.根据权利要求1所述的换热计算方法，其特征在于，判断比值ρ′₀/ρ′₁是否满足关系式(2)，如果满足但比值ρ′₀/ρ′₁与预设上限值A的差大于或等于预定值，则自动调整出口干度x′₁，直至比值ρ′₀/ρ′₁与预设上限值A的差小于该预定值。

3.根据权利要求1所述的换热计算方法，其特征在于，所述预设上限值A为1.5，设定的所述即将饱和冷却水的出口干度x′₁为0.015。

4.根据权利要求1所述的换热计算方法，其特征在于，还包括已知采用液体对流换热方法中的常规冷却水的单位时间热流密度q，根据公式(4)计算单位时间热流密度q′，

q′＝N×q (4)，其中倍数N为1.5～2.5。

5.根据权利要求4所述的换热计算方法，其特征在于，还包括：

已知所述常规冷却水的入口压力P₀、入口温度T₀、出口压力P₁和出口温度T₁，根据入口压力P₀和入口温度T₀，确定入口比焓H₀，根据出口压力P₁和出口温度T₁，确定出口比焓H₁；

已知常规冷却水的流量Q，根据公式(3)计算单位时间热流密度q，

q＝Q×(H₁-H₀) (3)。

6.根据权利要求5所述的换热计算方法，其特征在于，入口压力P′₀等于入口压力P₀，出口压力P′₁等于出口压力P₁。

7.一种烧嘴用水夹套的换热方法，烧嘴设置有用于换热的水夹套，所述水夹套具有入口和出口，其特征在于，采用即将达到饱和温度的即将饱和冷却水作为冷却介质，其中所述即将饱和冷却水的入口温度根据权利要求1至6中的任一项所述的换热计算方法确定。

8.根据权利要求7所述的换热方法，其特征在于，监测所述冷却水的入口温度，并当所述入口温度高于预设上限值时，产生预警信号。

9.根据权利要求7所述的换热方法，其特征在于，监测所述即将饱和冷却水的出口干度，并当所述出口干度高于预设上限值a时，产生预警信号，当所述出口干度高于预设上限值b时，停止所述烧嘴的运行，其中预设上限值b大于预设上限值a。

10.根据权利要求9所述的换热方法，其特征在于，所述预设上限值a为所述最终出口干度x′₁，所述预设上限值b大于或等于所述预设上限值a加上0.005。

11.一种烧嘴用水夹套的换热系统，其特征在于，应用根据权利要求7至10中的任一项所述的换热方法，所述换热系统包括：

烧嘴，所述烧嘴设置有用于换热的水夹套，所述水夹套具有入口和出口，其中采用即将达到饱和温度的即将饱和冷却水作为冷却介质；

干度检测单元，用于检测所述即将饱和冷却水的出口干度；以及

干度预警单元，所述干度预警单元与干度检测单元连接，用于监测所述即将饱和冷却水的出口干度并产生预警信号和/或停运信号。

12.根据权利要求11所述的换热系统，其特征在于，包括：

温度检测单元，用于检测所述即将饱和冷却水的入口温度和出口温度；以及

温度预警单元，所述温度预警单元与温度检测单元连接，用于监测所述即将饱和冷却水的入口温度和出口温度并产生预警信号。