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。

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。

    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：

    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：

    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。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(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%。現(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

3.3 節(jié)約資金

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。