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凝結(jié)水與二次閃蒸汽熱能回收利用技術(shù)改造

發(fā)布時間:2019-05-08  發(fā)布作者:

    摘 要:蒸汽鍋爐被購買過熱蒸汽經(jīng)減溫減壓系統(tǒng)所替代,目前,減溫減壓工藝利用凝結(jié)水回收率≤27%,遠低于國家≥60%的回收標準,且富余凝結(jié)水與二次閃蒸汽直接排放環(huán)境中,造成極大的能源浪費和環(huán)境污染。利用熱交換技術(shù)對凝結(jié)水和二次閃蒸利用進行了重新設(shè)計,將達到飲用水標準的高溫凝結(jié)水和高熱量二次閃蒸汽,通過“浸入汽水混合器”直接與洗浴水混合換熱較大能效的利用熱量和水資源。實際應(yīng)用效果表明,此舉措可明顯提高凝結(jié)水與二次閃蒸汽回收利用率≥78%,節(jié)約了蒸汽與自來水量,取得了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。
引言
    蒸汽作為煙草加工企業(yè)中應(yīng)用較廣泛的熱源,用來完成生產(chǎn)中所需要的各種加熱過程,其放出汽化潛熱后變成近于同壓的高溫飽和凝結(jié)水,由于蒸汽的使用壓力大于大氣壓力,所以,凝結(jié)水所具有的熱量可達蒸汽全熱量的20%~30%,而且壓力、溫度越高,凝結(jié)水具有的熱量就越多,占蒸汽總熱量的比例也就越大,且品質(zhì)極佳,相當于較純凈的蒸餾水,無須再經(jīng)過軟化、脫鹽等水處理過程。因此,合理、高效地回收凝結(jié)水具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
    長期以來,我國很多企業(yè)對高溫凝結(jié)水和二次閃蒸汽的回收問題不夠重視,即便有部分企業(yè)回收,由于受技術(shù)條件的限制,回收效率很低,其中相當部分二次閃蒸汽會排放到大氣中,造成熱能和水資源的巨大浪費。為了充分利用高溫凝結(jié)水和二次閃蒸汽的熱焓,延吉卷煙廠針對閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)運行現(xiàn)狀進行了調(diào)查,對凝結(jié)水回收系統(tǒng)進行了優(yōu)化技術(shù)改造,利用“閉式凝結(jié)水系統(tǒng)”與“浸入汽水混合器”,提高凝結(jié)水與二次閃蒸汽的回收利用率,節(jié)約能源,減少環(huán)境污染。(相關(guān)產(chǎn)品推薦:高溫高壓磁翻板液位計
1 現(xiàn)狀調(diào)查
1.1凝結(jié)水與二次閃蒸汽回收系統(tǒng)
    延吉卷煙廠生產(chǎn)、生活過程中產(chǎn)生的凝結(jié)水通過閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng),集中至各區(qū)域凝結(jié)集水罐,通過多級離心凝結(jié)水泵,間斷式將凝結(jié)水和二次閃蒸汽輸送至鍋爐除氧器再利用。
    2016年停用SHL20-1.6-AⅡ蒸汽鍋爐,采購國電龍華熱電廠≥1.0MPa過熱蒸汽,經(jīng)減溫減壓工藝輸出≥0.85MPa飽和蒸汽,滿足生產(chǎn)車間用汽設(shè)備與冬季供暖使用。凝結(jié)水回收過程是利用除氧器為緩沖容器,通過多級離心凝結(jié)水泵輸送至減溫減壓站蓄水箱用于減溫減壓工藝使用。減溫減壓系統(tǒng)回收利用凝結(jié)水和二次閃蒸示意圖,如圖1所示。
凝結(jié)水和二次閃蒸改造前回收利用示意圖
1.2凝結(jié)水與二次閃蒸汽利用
    2015年10月~2016年5月,凝結(jié)水回收量5569t,2016年5月~2016年10月,凝結(jié)水回收量3397t,2015~2016年度總凝結(jié)水回收量9087t。
    其中,減溫減壓系統(tǒng)使用凝結(jié)水量2419t,現(xiàn)減溫減壓系統(tǒng)回收利用率η1為27%。原鍋爐回收利用凝結(jié)水,忽略泄漏等外在原因,認為全部回收利用,故原鍋爐系統(tǒng)回收率利用率η2為100%。
    按GB/T12712—1991規(guī)定,凝結(jié)水回收率ηn應(yīng)不小于60%,現(xiàn)在減溫減壓系統(tǒng)回收利用凝結(jié)水率≤27%,遠低于國家標準。且富余的凝結(jié)水無處可用,直接排放環(huán)境,造成污染環(huán)境并導(dǎo)致嚴重浪費。
    二次閃蒸汽的回收量通過理論計算:集水罐凝結(jié)水產(chǎn)生≤0.2MPa二次閃蒸汽。
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    式中:Gm—閃蒸蒸汽量(t);h1—閃蒸前凝結(jié)水的熱焓,取值504.78kcal/kg;h2—閃蒸后凝結(jié)水的熱焓,取值417.52kcal/kg;r2—閃蒸后的水的汽化潛熱,取值2257.6kcal/kg;G—閃蒸前的凝結(jié)水量,9087t;解得二次閃蒸汽回收量為351.23t,閃蒸率3.9%。原鍋爐系統(tǒng)回收二次閃蒸汽,忽略泄漏等外在原因,認為全部回收利用,利用率為100%;2015~2016年,度減溫減壓系統(tǒng)二次閃蒸汽,通過除氧器直接排放,認為完全無回收利用,利用率為0%。
    因此,目前的凝結(jié)水和二次閃蒸汽的回收利用,長期運行給企業(yè)帶來了極大的能源浪費和環(huán)境污染。
1.3管線水錘
    凝結(jié)水輸送管網(wǎng)中各種瞬變流都可能會產(chǎn)生快速、巨大的水錘,并以聲速在系統(tǒng)中傳播。水錘會對管線產(chǎn)生破壞性的影響,尤其是蒸汽凝液回收管線水溫較高,空泡的形成和潰滅是不可避免的,并且延吉卷煙廠凝結(jié)水回收系統(tǒng),采用凝結(jié)水回收系統(tǒng)與二次閃蒸汽同一管線,由此帶來的問題也比一般的凝結(jié)水回收系統(tǒng)嚴重。
    綜上所述,減溫減壓系統(tǒng)利用凝結(jié)水與二次閃蒸汽的利用率低,凝結(jié)水輸送管線水錘現(xiàn)象嚴重,想要提高凝結(jié)水與二次閃蒸汽利用率,改善輸送管線水錘現(xiàn)象,需對凝結(jié)水回收利用系統(tǒng)進行改造,提高利用率,避免水錘。
2 設(shè)計方法
2.1設(shè)計思路
    根據(jù)車間實際情況設(shè)計原則:(1)高溫物料加熱方式;(2)分區(qū)域就近利用改造,降低施工難度和成本。通過水質(zhì)監(jiān)測中心對凝結(jié)水的檢驗,已達到飲用水標準,可直接用于職工洗浴。根據(jù)就近改造原則,將系統(tǒng)改造分為3個區(qū)域。區(qū)域一:綜合站房熱力站;區(qū)域二:制絲熱力站和鍋爐房;區(qū)域三:辦公樓熱力站,鋪設(shè)凝結(jié)水與二次閃蒸汽管線,至各區(qū)域洗浴水箱,利用“浸入式汽水混合器”將凝結(jié)水與二次閃蒸汽直接輸送洗浴水箱內(nèi)部混合加熱洗澡水。凝結(jié)水和二次閃蒸改造后回收利用示意圖如圖2所示。
凝結(jié)水和二次閃蒸改造后回收利用示意圖
凝結(jié)水回收利用系統(tǒng)主要材料包括:
    DN50截止閥18臺,DN50止回閥3臺,DN50電動閥開關(guān)閥2臺,DN50三通電動閥1臺,DN25電磁閥3臺,浸入式汽水混合器3臺,溫度傳感器1臺,液位傳感器1個,以及無縫鋼管凝結(jié)水和二次閃蒸汽輸送管道。
    為了保證凝結(jié)水和二次閃蒸汽自動加熱洗澡水效果,系統(tǒng)改造設(shè)計時采取以下措施。
    (1)區(qū)域一和區(qū)域三凝結(jié)水系統(tǒng),對凝結(jié)水罐出口電動三通閥管道,進行改造安裝截止閥和管線,通過切換截止閥的方式,改變到鍋爐房除氧器的凝結(jié)水輸送方式,可直接輸送至洗浴水箱;區(qū)域二凝結(jié)水系統(tǒng),對除氧器出口管道,進行改造安裝電動三通閥和管線,通過自動切換電動三通閥的方式,改變到減溫減壓站的凝結(jié)水輸送方式,可直接輸送至洗浴水箱。實現(xiàn)凝結(jié)水的自動補充。
    (2)對區(qū)域一和區(qū)域三的二次閃蒸汽系統(tǒng),通過原壓力傳感器控制電動閥的開啟,將集水罐出口管線安裝至洗浴水箱上方與改造凝結(jié)水管線共管,直接輸送至洗浴水箱內(nèi)部;對區(qū)域二的二次閃蒸汽,通過除氧器上方安全閥管線改為三通管線,將二次閃蒸汽直接輸送至洗浴水箱上方與改造凝結(jié)水管線共管,直接輸送至洗浴水箱內(nèi)部。實現(xiàn)二次閃蒸汽的完全利用。
    (3)采用凝結(jié)水與二次閃蒸汽在洗浴水箱共管的方式,在管線末端洗浴水箱底部安裝“浸沒式汽水混合器”,提升高溫凝結(jié)水、二次閃蒸汽與低溫自來水傳熱效率。由于將二次閃蒸汽在各區(qū)域內(nèi)完全使用,凝結(jié)水輸水系統(tǒng)基本避免了汽水共管線的現(xiàn)象,實現(xiàn)大幅度減少輸送管線“水錘”問題,延長管線的使用壽命。
    (4)區(qū)域一和區(qū)域三洗浴水箱利用原液位和溫度傳感器,區(qū)域二水箱安裝磁浮子液位計和溫度傳感器,在PLC程序內(nèi)設(shè)定液位和溫度的比例關(guān)系,對PLC控制系統(tǒng)程序進行改造設(shè)計。當洗浴水箱水溫溫度不在50~60℃范圍,系統(tǒng)會自動開啟或關(guān)閉自來水電磁閥,降溫處理;當洗浴水箱液位不在標準范圍內(nèi),系統(tǒng)會自動切換凝結(jié)水輸送管線。
2.2設(shè)計計算
凝結(jié)水輸送管徑按體積流量理論計算:
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    式中:dn—凝結(jié)水管道內(nèi)徑(mm);qv—工作狀態(tài)下的體積流量,根據(jù)多級離心泵額定參數(shù)確定,qv1=21m3/h、qv2=30m3/h、qv3=15m3/h;w—工作狀態(tài)下的流速,取值2m/s。
    解得管徑dn1=60.6mm;管徑dn2=72.8mm;管徑dn3=51.5mm。根據(jù)動力管道設(shè)計手冊及凝結(jié)水間歇式輸送實際狀況確定,全部采用Φ57×3.5的無縫鋼管。二次閃蒸汽輸送管徑按質(zhì)量流量理論計算:
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    式中:dz—凝結(jié)水管道內(nèi)徑(mm);qm—工作狀態(tài)下的質(zhì)量流量,根據(jù)二次閃蒸率3.9%及凝結(jié)水較大瞬時流量計算,qm1=0.17t/h、qm2=0.27t/h、qm3=0.05t/h;w—工作狀態(tài)下的流速,22.5m/s;ρ—工作狀態(tài)下的密度,取平均值0.59kg/m3。
    解得管徑dz1=67.3mm,管徑dz2=85.7mm,管徑dz3=36.5mm。根據(jù)動力管道設(shè)計手冊及管道安裝實際情況確定,區(qū)域一綜合站房采用Φ57×3.5的無縫鋼管;區(qū)域二鍋爐房采用Φ73×3.5的無縫鋼管;區(qū)域三辦公樓采用Φ38×2.5的無縫鋼管。
2.3管道說明
    改造管道采用管徑為Φ38×2.5、Φ57×3.5、Φ73×3.5的無縫鋼管。根據(jù)動力管道設(shè)計手冊和現(xiàn)場實際情況:較終選擇管道支架間距為3.1、4.2、5m,管道支架采用型號為L40×4角鋼作為主要支撐材料?紤]到降低管道熱量散失的要求,管道采用玻璃棉保溫材料,外包0.5mm的不銹鋼板做保護層。
3 效果分析
    凝結(jié)水與二次閃蒸汽回收利用系統(tǒng)對綜合站房區(qū)域、辦公樓區(qū)域、制絲熱力站與鍋爐房區(qū)域,經(jīng)過2年多的運行,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,回收利用與節(jié)能減排效果良好。
3.1凝結(jié)水和二次閃蒸汽利用率
    2016年10月~2017年10月,總凝結(jié)水量為14499t,2017年10月~2018年10月,總凝結(jié)水量為12941t,2016~2018年度總凝結(jié)水回收量27440t。其中,減溫減壓系統(tǒng)使用凝結(jié)水量10773t,洗浴系統(tǒng)使用凝結(jié)水量為10589t,總計凝結(jié)水使用量為21362t,凝結(jié)水利用率ε1為78%,二次閃蒸汽回收量1061t,由于現(xiàn)洗浴系統(tǒng)回收二次閃蒸汽,認為完全回收利用,因此,二次閃蒸汽回收率利用率ε2為100%。
    按GB/T12712—1991規(guī)定,凝結(jié)水回收率ηn應(yīng)不小于60%,F(xiàn)在減溫減壓系統(tǒng)回收利用凝結(jié)水率≥78%,高于國家標準。
3.2節(jié)約飽和蒸汽量和自來水量
2016~2018年度,平均每日洗浴節(jié)約蒸汽量
2016~2018年度,節(jié)約飽和蒸汽量和自來水量情況
3.3 節(jié)約資金
2016~2018年度,節(jié)約資金情況
4 結(jié)語
    通過凝結(jié)水回收系統(tǒng)對洗浴水利用的改造,凝結(jié)水利用率≥78%,超出了國家≥60%的標準,但仍然有近20%的凝結(jié)水量未被利用,將以此為契機挖掘更科學(xué)化的凝結(jié)水利用節(jié)能方式。系統(tǒng)改造解決了直接排放凝結(jié)水和二次閃蒸汽對環(huán)境造成污染和浪費的問題,系統(tǒng)改造費用約為12.5萬元,每年可節(jié)約能源資金20萬元以上,當年即可回收成本且年凈節(jié)約資金7.5萬元以上,取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

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