凝結水與二次閃蒸汽熱能回收利用技術改造
發布時間：2019-05-08 發布作者：
摘 要：蒸汽鍋爐被購買過熱蒸汽經減溫減壓系統所替代，目前，減溫減壓工藝利用凝結水回收率≤27%，遠低于國家≥60%的回收標準，且富余凝結水與二次閃蒸汽直接排放環境中，造成極大的能源浪費和環境污染。利用熱交換技術對凝結水和二次閃蒸利用進行了重新設計，將達到飲用水標準的高溫凝結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。實際應用效果表明，此舉措可明顯提高凝結水與二次閃蒸汽回收利用率≥78%，節約了蒸汽與自來水量，取得了較大的經濟效益和社會效益。
引言
蒸汽作為煙草加工企業中應用較廣泛的熱源，用來完成生產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水，由于蒸汽的使用壓力大于大氣壓力，所以，凝結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，且品質極佳，相當于較純凈的蒸餾水，無須再經過軟化、脫鹽等水處理過程。因此，合理、高效地回收凝結水具有顯著的經濟效益和社會效益。
長期以來，我國很多企業對高溫凝結水和二次閃蒸汽的回收問題不夠重視，即便有部分企業回收，由于受技術條件的限制，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水和二次閃蒸汽的熱焓，延吉卷煙廠針對閉式凝結水回收系統運行現狀進行了調查，對凝結水回收系統進行了優化技術改造，利用“閉式凝結水系統”與“浸入汽水混合器”，提高凝結水與二次閃蒸汽的回收利用率，節約能源，減少環境污染。（相關產品推薦：
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1 現狀調查
1.1凝結水與二次閃蒸汽回收系統
延吉卷煙廠生產、生活過程中產生的凝結水通過閉式凝結水回收系統，集中至各區域凝結集水罐，通過多級離心凝結水泵，間斷式將凝結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，經減溫減壓工藝輸出≥0.85MPa飽和蒸汽，滿足生產車間用汽設備與冬季供暖使用。凝結水回收過程是利用除氧器為緩沖容器，通過多級離心凝結水泵輸送至減溫減壓站蓄水箱用于減溫減壓工藝使用。減溫減壓系統回收利用凝結水和二次閃蒸示意圖，如圖1所示。
1.2凝結水與二次閃蒸汽利用
2015年10月~2016年5月，凝結水回收量5569t，2016年5月~2016年10月，凝結水回收量3397t，2015~2016年度總凝結水回收量9087t。
其中，減溫減壓系統使用凝結水量2419t，現減溫減壓系統回收利用率η1為27%。原鍋爐回收利用凝結水，忽略泄漏等外在原因，認為全部回收利用，故原鍋爐系統回收率利用率η2為100%。
按GB/T12712—1991規定，凝結水回收率ηn應不小于60%，現在減溫減壓系統回收利用凝結水率≤27%，遠低于國家標準。且富余的凝結水無處可用，直接排放環境，造成污染環境并導致嚴重浪費。
二次閃蒸汽的回收量通過理論計算：集水罐凝結水產生≤0.2MPa二次閃蒸汽。
式中：Gm—閃蒸蒸汽量（t）；h1—閃蒸前凝結水的熱焓，取值504.78kcal/kg；h2—閃蒸后凝結水的熱焓，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，目前的凝結水和二次閃蒸汽的回收利用，長期運行給企業帶來了極大的能源浪費和環境污染。
1.3管線水錘
凝結水輸送管網中各種瞬變流都可能會產生快速、巨大的水錘，并以聲速在系統中傳播。水錘會對管線產生破壞性的影響，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水回收系統，采用凝結水回收系統與二次閃蒸汽同一管線，由此帶來的問題也比一般的凝結水回收系統嚴重。
綜上所述，減溫減壓系統利用凝結水與二次閃蒸汽的利用率低，凝結水輸送管線水錘現象嚴重，想要提高凝結水與二次閃蒸汽利用率，改善輸送管線水錘現象，需對凝結水回收利用系統進行改造，提高利用率，避免水錘。
2 設計方法
2.1設計思路
根據車間實際情況設計原則：（1）高溫物料加熱方式；（2）分區域就近利用改造，降低施工難度和成本。通過水質監測中心對凝結水的檢驗，已達到飲用水標準，可直接用于職工洗浴。根據就近改造原則，將系統改造分為3個區域。區域一：綜合站房熱力站；區域二：制絲熱力站和鍋爐房；區域三：辦公樓熱力站，鋪設凝結水與二次閃蒸汽管線，至各區域洗浴水箱，利用“浸入式汽水混合器”將凝結水與二次閃蒸汽直接輸送洗浴水箱內部混合加熱洗澡水。凝結水和二次閃蒸改造后回收利用示意圖如圖2所示。
凝結水回收利用系統主要材料包括：
DN50截止閥18臺，DN50止回閥3臺，DN50電動閥開關閥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，以及無縫鋼管凝結水和二次閃蒸汽輸送管道。
為了保證凝結水和二次閃蒸汽自動加熱洗澡水效果，系統改造設計時采取以下措施。
（1）區域一和區域三凝結水系統，對凝結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水輸送方式，可直接輸送至洗浴水箱；區域二凝結水系統，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水輸送方式，可直接輸送至洗浴水箱。實現凝結水的自動補充。
（2）對區域一和區域三的二次閃蒸汽系統，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水管線共管，直接輸送至洗浴水箱內部；對區域二的二次閃蒸汽，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水管線共管，直接輸送至洗浴水箱內部。實現二次閃蒸汽的完全利用。
（3）采用凝結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域內完全使用，凝結水輸水系統基本避免了汽水共管線的現象，實現大幅度減少輸送管線“水錘”問題，延長管線的使用壽命。
（4）區域一和區域三洗浴水箱利用原液位和溫度傳感器，區域二水箱安裝
磁浮子液位計和溫度傳感器，在PLC程序內設定液位和溫度的比例關系，對PLC控制系統程序進行改造設計。當洗浴水箱水溫溫度不在50~60℃范圍，系統會自動開啟或關閉自來水電磁閥，降溫處理；當洗浴水箱液位不在標準范圍內，系統會自動切換凝結水輸送管線。
2.2設計計算
凝結水輸送管徑按體積流量理論計算：
式中：dn—凝結水管道內徑（mm）；qv—工作狀態下的體積流量，根據多級離心泵額定參數確定，qv1=21m3/h、qv2=30m3/h、qv3=15m3/h；w—工作狀態下的流速，取值2m/s。
解得管徑dn1=60.6mm；管徑dn2=72.8mm；管徑dn3=51.5mm。根據動力管道設計手冊及凝結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量流量理論計算：
式中：dz—凝結水管道內徑（mm）；qm—工作狀態下的質量流量，根據二次閃蒸率3.9%及凝結水較大瞬時流量計算，qm1=0.17t/h、qm2=0.27t/h、qm3=0.05t/h；w—工作狀態下的流速，22.5m/s；ρ—工作狀態下的密度，取平均值0.59kg/m3。
解得管徑dz1=67.3mm，管徑dz2=85.7mm，管徑dz3=36.5mm。根據動力管道設計手冊及管道安裝實際情況確定，區域一綜合站房采用Φ57×3.5的無縫鋼管；區域二鍋爐房采用Φ73×3.5的無縫鋼管；區域三辦公樓采用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。根據動力管道設計手冊和現場實際情況：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。考慮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
凝結水與二次閃蒸汽回收利用系統對綜合站房區域、辦公樓區域、制絲熱力站與鍋爐房區域，經過2年多的運行，系統運行穩定，回收利用與節能減排效果良好。
3.1凝結水和二次閃蒸汽利用率
2016年10月~2017年10月，總凝結水量為14499t，2017年10月~2018年10月，總凝結水量為12941t，2016~2018年度總凝結水回收量27440t。其中，減溫減壓系統使用凝結水量10773t，洗浴系統使用凝結水量為10589t，總計凝結水使用量為21362t，凝結水利用率ε1為78%，二次閃蒸汽回收量1061t，由于現洗浴系統回收二次閃蒸汽，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規定，凝結水回收率ηn應不小于60%。現在減溫減壓系統回收利用凝結水率≥78%，高于國家標準。
3.2節約飽和蒸汽量和自來水量
3.3 節約資金
4 結語
通過凝結水回收系統對洗浴水利用的改造，凝結水利用率≥78%，超出了國家≥60%的標準，但仍然有近20%的凝結水量未被利用，將以此為契機挖掘更科學化的凝結水利用節能方式。系統改造解決了直接排放凝結水和二次閃蒸汽對環境造成污染和浪費的問題，系統改造費用約為12.5萬元，每年可節約能源資金20萬元以上，當年即可回收成本且年凈節約資金7.5萬元以上，取得了明顯的經濟效益和社會效益。
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