凝结水与二次闪蒸汽热能回收利用技术改造
发布时间：2019-05-08 发布作者：
摘 要：蒸汽锅炉被购买过热蒸汽经减温减压系统所替代，目前，减温减压工艺利用凝结水回收率≤27%，远低于国家≥60%的回收标准，且富余凝结水与二次闪蒸汽直接排放环境中，造成极大的能源浪费和环境污染。利用热交换技术对凝结水和二次闪蒸利用进行了重新设计，将达到饮用水标准的高温凝结水和高热量二次闪蒸汽，通过“浸入汽水混合器”直接与洗浴水混合换热较大能效的利用热量和水资源。实际应用效果表明，此举措可明显提高凝结水与二次闪蒸汽回收利用率≥78%，节约了蒸汽与自来水量，取得了较大的经济效益和社会效益。
引言
蒸汽作为烟草加工企业中应用较广泛的热源，用来完成生产中所需要的各种加热过程，其放出汽化潜热后变成近于同压的高温饱和凝结水，由于蒸汽的使用压力大于大气压力，所以，凝结水所具有的热量可达蒸汽全热量的20%~30%，而且压力、温度越高，凝结水具有的热量就越多，占蒸汽总热量的比例也就越大，且品质极佳，相当于较纯净的蒸馏水，无须再经过软化、脱盐等水处理过程。因此，合理、高效地回收凝结水具有显著的经济效益和社会效益。
长期以来，我国很多企业对高温凝结水和二次闪蒸汽的回收问题不够重视，即便有部分企业回收，由于受技术条件的限制，回收效率很低，其中相当部分二次闪蒸汽会排放到大气中，造成热能和水资源的巨大浪费。为了充分利用高温凝结水和二次闪蒸汽的热焓，延吉卷烟厂针对闭式凝结水回收系统运行现状进行了调查，对凝结水回收系统进行了优化技术改造，利用“闭式凝结水系统”与“浸入汽水混合器”，提高凝结水与二次闪蒸汽的回收利用率，节约能源，减少环境污染。（相关产品推荐：
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1 现状调查
1.1凝结水与二次闪蒸汽回收系统
延吉卷烟厂生产、生活过程中产生的凝结水通过闭式凝结水回收系统，集中至各区域凝结集水罐，通过多级离心凝结水泵，间断式将凝结水和二次闪蒸汽输送至锅炉除氧器再利用。
2016年停用SHL20-1.6-AⅡ蒸汽锅炉，采购国电龙华热电厂≥1.0MPa过热蒸汽，经减温减压工艺输出≥0.85MPa饱和蒸汽，满足生产车间用汽设备与冬季供暖使用。凝结水回收过程是利用除氧器为缓冲容器，通过多级离心凝结水泵输送至减温减压站蓄水箱用于减温减压工艺使用。减温减压系统回收利用凝结水和二次闪蒸示意图，如图1所示。
1.2凝结水与二次闪蒸汽利用
2015年10月~2016年5月，凝结水回收量5569t，2016年5月~2016年10月，凝结水回收量3397t，2015~2016年度总凝结水回收量9087t。
其中，减温减压系统使用凝结水量2419t，现减温减压系统回收利用率η1为27%。原锅炉回收利用凝结水，忽略泄漏等外在原因，认为全部回收利用，故原锅炉系统回收率利用率η2为100%。
按GB/T12712—1991规定，凝结水回收率ηn应不小于60%，现在减温减压系统回收利用凝结水率≤27%，远低于国家标准。且富余的凝结水无处可用，直接排放环境，造成污染环境并导致严重浪费。
二次闪蒸汽的回收量通过理论计算：集水罐凝结水产生≤0.2MPa二次闪蒸汽。
式中：Gm—闪蒸蒸汽量（t）；h1—闪蒸前凝结水的热焓，取值504.78kcal/kg；h2—闪蒸后凝结水的热焓，取值417.52kcal/kg；r2—闪蒸后的水的汽化潜热，取值2257.6kcal/kg；G—闪蒸前的凝结水量，9087t；解得二次闪蒸汽回收量为351.23t，闪蒸率3.9%。原锅炉系统回收二次闪蒸汽，忽略泄漏等外在原因，认为全部回收利用，利用率为100%；2015~2016年，度减温减压系统二次闪蒸汽，通过除氧器直接排放，认为完全无回收利用，利用率为0%。
因此，目前的凝结水和二次闪蒸汽的回收利用，长期运行给企业带来了极大的能源浪费和环境污染。
1.3管线水锤
凝结水输送管网中各种瞬变流都可能会产生快速、巨大的水锤，并以声速在系统中传播。水锤会对管线产生破坏性的影响，尤其是蒸汽凝液回收管线水温较高，空泡的形成和溃灭是不可避免的，并且延吉卷烟厂凝结水回收系统，采用凝结水回收系统与二次闪蒸汽同一管线，由此带来的问题也比一般的凝结水回收系统严重。
综上所述，减温减压系统利用凝结水与二次闪蒸汽的利用率低，凝结水输送管线水锤现象严重，想要提高凝结水与二次闪蒸汽利用率，改善输送管线水锤现象，需对凝结水回收利用系统进行改造，提高利用率，避免水锤。
2 设计方法
2.1设计思路
根据车间实际情况设计原则：（1）高温物料加热方式；（2）分区域就近利用改造，降低施工难度和成本。通过水质监测中心对凝结水的检验，已达到饮用水标准，可直接用于职工洗浴。根据就近改造原则，将系统改造分为3个区域。区域一：综合站房热力站；区域二：制丝热力站和锅炉房；区域三：办公楼热力站，铺设凝结水与二次闪蒸汽管线，至各区域洗浴水箱，利用“浸入式汽水混合器”将凝结水与二次闪蒸汽直接输送洗浴水箱内部混合加热洗澡水。凝结水和二次闪蒸改造后回收利用示意图如图2所示。
凝结水回收利用系统主要材料包括：
DN50截止阀18台，DN50止回阀3台，DN50电动阀开关阀2台，DN50三通电动阀1台，DN25电磁阀3台，浸入式汽水混合器3台，温度传感器1台，液位传感器1个，以及无缝钢管凝结水和二次闪蒸汽输送管道。
为了保证凝结水和二次闪蒸汽自动加热洗澡水效果，系统改造设计时采取以下措施。
（1）区域一和区域三凝结水系统，对凝结水罐出口电动三通阀管道，进行改造安装截止阀和管线，通过切换截止阀的方式，改变到锅炉房除氧器的凝结水输送方式，可直接输送至洗浴水箱；区域二凝结水系统，对除氧器出口管道，进行改造安装电动三通阀和管线，通过自动切换电动三通阀的方式，改变到减温减压站的凝结水输送方式，可直接输送至洗浴水箱。实现凝结水的自动补充。
（2）对区域一和区域三的二次闪蒸汽系统，通过原压力传感器控制电动阀的开启，将集水罐出口管线安装至洗浴水箱上方与改造凝结水管线共管，直接输送至洗浴水箱内部；对区域二的二次闪蒸汽，通过除氧器上方安全阀管线改为三通管线，将二次闪蒸汽直接输送至洗浴水箱上方与改造凝结水管线共管，直接输送至洗浴水箱内部。实现二次闪蒸汽的完全利用。
（3）采用凝结水与二次闪蒸汽在洗浴水箱共管的方式，在管线末端洗浴水箱底部安装“浸没式汽水混合器”，提升高温凝结水、二次闪蒸汽与低温自来水传热效率。由于将二次闪蒸汽在各区域内完全使用，凝结水输水系统基本避免了汽水共管线的现象，实现大幅度减少输送管线“水锤”问题，延长管线的使用寿命。
（4）区域一和区域三洗浴水箱利用原液位和温度传感器，区域二水箱安装
磁浮子液位计和温度传感器，在PLC程序内设定液位和温度的比例关系，对PLC控制系统程序进行改造设计。当洗浴水箱水温温度不在50~60℃范围，系统会自动开启或关闭自来水电磁阀，降温处理；当洗浴水箱液位不在标准范围内，系统会自动切换凝结水输送管线。
2.2设计计算
凝结水输送管径按体积流量理论计算：
式中：dn—凝结水管道内径（mm）；qv—工作状态下的体积流量，根据多级离心泵额定参数确定，qv1=21m3/h、qv2=30m3/h、qv3=15m3/h；w—工作状态下的流速，取值2m/s。
解得管径dn1=60.6mm；管径dn2=72.8mm；管径dn3=51.5mm。根据动力管道设计手册及凝结水间歇式输送实际状况确定，全部采用Φ57×3.5的无缝钢管。二次闪蒸汽输送管径按质量流量理论计算：
式中：dz—凝结水管道内径（mm）；qm—工作状态下的质量流量，根据二次闪蒸率3.9%及凝结水较大瞬时流量计算，qm1=0.17t/h、qm2=0.27t/h、qm3=0.05t/h；w—工作状态下的流速，22.5m/s；ρ—工作状态下的密度，取平均值0.59kg/m3。
解得管径dz1=67.3mm，管径dz2=85.7mm，管径dz3=36.5mm。根据动力管道设计手册及管道安装实际情况确定，区域一综合站房采用Φ57×3.5的无缝钢管；区域二锅炉房采用Φ73×3.5的无缝钢管；区域三办公楼采用Φ38×2.5的无缝钢管。
2.3管道说明
改造管道采用管径为Φ38×2.5、Φ57×3.5、Φ73×3.5的无缝钢管。根据动力管道设计手册和现场实际情况：较终选择管道支架间距为3.1、4.2、5m，管道支架采用型号为L40×4角钢作为主要支撑材料。考虑到降低管道热量散失的要求，管道采用玻璃棉保温材料，外包0.5mm的不锈钢板做保护层。
3 效果分析
凝结水与二次闪蒸汽回收利用系统对综合站房区域、办公楼区域、制丝热力站与锅炉房区域，经过2年多的运行，系统运行稳定，回收利用与节能减排效果良好。
3.1凝结水和二次闪蒸汽利用率
2016年10月~2017年10月，总凝结水量为14499t，2017年10月~2018年10月，总凝结水量为12941t，2016~2018年度总凝结水回收量27440t。其中，减温减压系统使用凝结水量10773t，洗浴系统使用凝结水量为10589t，总计凝结水使用量为21362t，凝结水利用率ε1为78%，二次闪蒸汽回收量1061t，由于现洗浴系统回收二次闪蒸汽，认为完全回收利用，因此，二次闪蒸汽回收率利用率ε2为100%。
按GB/T12712—1991规定，凝结水回收率ηn应不小于60%。现在减温减压系统回收利用凝结水率≥78%，高于国家标准。
3.2节约饱和蒸汽量和自来水量
3.3 节约资金
4 结语
通过凝结水回收系统对洗浴水利用的改造，凝结水利用率≥78%，超出了国家≥60%的标准，但仍然有近20%的凝结水量未被利用，将以此为契机挖掘更科学化的凝结水利用节能方式。系统改造解决了直接排放凝结水和二次闪蒸汽对环境造成污染和浪费的问题，系统改造费用约为12.5万元，每年可节约能源资金20万元以上，当年即可回收成本且年净节约资金7.5万元以上，取得了明显的经济效益和社会效益。
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