熊從貴（臺(tái)州龍江化工機(jī)械科技有限公司）

蓄熱器在蒸汽疏水余熱回收系統(tǒng)中的應(yīng)用*

熊從貴（臺(tái)州龍江化工機(jī)械科技有限公司）

針對(duì)目前的蒸汽疏水余熱回收方式不能滿足工廠運(yùn)用要求的缺點(diǎn)，提出一種帶有蓄熱器的蒸汽疏水余熱回收系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法，并計(jì)算了以每8 h生產(chǎn)1500 kg蒸汽疏水為例所獲得的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果表明蒸汽蓄熱器在蒸汽疏水系統(tǒng)中的應(yīng)用，方法可行，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

蒸汽；疏水；余熱回收；蓄熱器

引言

蒸汽在工業(yè)生產(chǎn)中是一種重要的能源。蒸汽的單位質(zhì)量熱焓值較高、易于控制，因此在化工廠、食品廠等很多工業(yè)生產(chǎn)中大部分都采用蒸汽作為熱源。蒸汽的熱能是由顯熱和潛熱組成，一般的熱交換過程只利用了蒸汽的潛熱和少量顯熱，蒸汽釋放潛熱和少量顯熱后成為高溫凝結(jié)水。

蒸汽管線內(nèi)的蒸汽由于管道熱損失等原因產(chǎn)生凝結(jié)水，底部的凝結(jié)水如不及時(shí)排除，會(huì)隨高速蒸汽一起流動(dòng)形成水波，當(dāng)累積到一定量后，可能在管道中形成“水錘”，破壞改變氣流方向的管件、閥門等。另外凝結(jié)水附著在熱交換設(shè)備的換熱面上，會(huì)增加傳熱熱阻，降低傳熱系數(shù)，影響產(chǎn)品性能。因此蒸汽管線和熱交換設(shè)備中的凝結(jié)水應(yīng)及時(shí)排除。

凝結(jié)水通常是飽和水，它的熱能占到蒸汽熱能的15%～25%左右，凝結(jié)水的溫度一般在80℃以上［1-2］，蒸汽溫度越高凝結(jié)水所占的熱能比例越高。在一些集中供熱的化工園區(qū)以及化工廠內(nèi)，蒸汽管線的疏水通常直接就地排放，化工裝置中換熱設(shè)備的蒸汽凝結(jié)水也是直接排放的，這造成了很大的能源浪費(fèi)。因此，采取有效的技術(shù)措施，回收系統(tǒng)凝結(jié)水的熱能是非常必要的?，F(xiàn)有的蒸汽凝結(jié)水余熱回收技術(shù)有開式水箱回收系統(tǒng)、閉式水箱回收系統(tǒng)和回收器回收系統(tǒng)［3］，這些只是蒸汽凝結(jié)水簡(jiǎn)單收集利用，很難滿足工程應(yīng)用要求。文中主要介紹一種用于蒸汽管道及用汽設(shè)備上疏水的余熱回收系統(tǒng)，是一種蓄熱器與蒸汽余熱回收系統(tǒng)的組合。

1　蓄熱器的工作原理

蓄熱器是利用水的蓄熱能力，在加壓狀態(tài)下使蒸汽以飽和水的狀態(tài)儲(chǔ)存起來，在需要時(shí)以飽和蒸汽的狀態(tài)釋放出來。蓄熱器通常設(shè)置在鍋爐或其他產(chǎn)汽裝置與用汽設(shè)備之間，其進(jìn)汽管與鍋爐的出汽管連接，出汽管與用汽設(shè)備連接，具體見圖1。并在蓄熱器的進(jìn)汽口和出汽口設(shè)置了自動(dòng)控制閥門，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充汽和自動(dòng)放汽。當(dāng)鍋爐的蒸汽產(chǎn)量大于用汽設(shè)備的用汽量時(shí)，多余的蒸汽進(jìn)入蓄熱器的充汽裝置，與蓄熱器內(nèi)的水混合，蒸汽本身冷凝成飽和水，蓄熱器內(nèi)的壓力上升。當(dāng)用汽量大于鍋爐的產(chǎn)汽量時(shí)，蓄熱器內(nèi)的飽和水由于壓力降低而蒸發(fā)，補(bǔ)充用汽設(shè)備的蒸汽量。鍋爐的蒸汽壓力與用汽壓力之間的壓力差越大，蓄熱器的蓄熱量就越大，可按不同的情況來選擇蓄熱器容積。

圖1　蓄熱器結(jié)構(gòu)

2　工程應(yīng)用

化工園區(qū)內(nèi)使用的蒸汽通常都由電廠集中供應(yīng)，蒸汽管道在進(jìn)入化工園區(qū)后供往各化工廠，然后分配到各用汽設(shè)備，如加熱器、反應(yīng)釜等。各用汽設(shè)備產(chǎn)生的凝結(jié)水或蒸汽疏水基本上都是直接排到地溝，造成了熱能浪費(fèi)，以0.6 MPa（絕壓）的飽和蒸汽為例，蒸汽熱焓值為2 761.4 kJ/kg，蒸汽疏水的熱焓值為670.22 kJ/kg，凝結(jié)水溫度按80℃計(jì)算，其熱焓值為334.94 kJ/kg。因此，有效地利用蒸汽疏水和凝結(jié)水可減少熱能浪費(fèi)，節(jié)約能源。

2.1蓄熱量

根據(jù)蓄熱器在本工程中的實(shí)際用途，蓄熱器的蓄熱量計(jì)算與蒸汽系統(tǒng)中的計(jì)算方法不同，跟鍋爐產(chǎn)汽量和蒸汽用量無關(guān)，而是與熱水用量與蒸汽疏水量有關(guān)，按以下公式確定。

式中：G——需要的蒸汽量，kg；

g1——需要的熱水量，kg；

g2——蒸汽疏水量，kg；

h1——需要的熱水的焓值，kJ/kg；

h2——蒸汽疏水的焓值，kJ/kg；

眾籌平臺(tái)大多具有互聯(lián)網(wǎng)公司背景，在運(yùn)用大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算等技術(shù)方面有優(yōu)勢(shì)，但金融風(fēng)險(xiǎn)防控能力相對(duì)不足。而根據(jù)對(duì)301位投資者的調(diào)查結(jié)果，投資者對(duì)股權(quán)眾籌平臺(tái)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)防控存在多方面的要求，包括要求眾籌平臺(tái)落實(shí)投資者資金銀行存管、通過財(cái)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)監(jiān)控科技創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)情況等。此外，目前政府部門對(duì)眾籌的監(jiān)管尚在探索中，監(jiān)管法律法規(guī)不完善，科技眾籌行業(yè)的具體操作指導(dǎo)也處于空白狀態(tài)，這使得眾多眾籌平臺(tái)缺乏可供參考的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，較難建立有效、規(guī)范的運(yùn)行機(jī)制。

H——蒸汽的焓值，kJ/kg。

蒸汽疏水量可根據(jù)管道及閥門的熱損失進(jìn)行計(jì)算，凝結(jié)水量可根據(jù)換熱量進(jìn)行計(jì)算，這里不做詳細(xì)計(jì)算。為方便計(jì)算，假設(shè)1個(gè)周期內(nèi)的蒸汽疏水量和凝結(jié)水量為1500 kg。1個(gè)周期內(nèi)需要的蒸汽量為295.50 kg。

蓄熱器的容積與單位水容積蓄熱量密切相關(guān)，單位水容積蓄熱量按以下公式［4］計(jì)算。

式中：q0——單位水容積蓄熱量，kg/m3；

h0——充熱壓力下飽和水的焓值，kJ/kg；

h1——放熱壓力下飽和水的焓值，kJ/kg；

H——充熱壓力下飽和蒸汽的焓值，kJ/kg；

H2——放熱壓力下飽和蒸汽的焓值，kJ/kg；

ρ——充熱壓力下飽和水的密度，kg/m3。

則假定條件下，單位水容積蓄熱量為169 kg/m3，蓄熱器的容積按下面的公式計(jì)算。

式中：V——蒸汽器的容積，m3；

V1——凝結(jié)水的容積，m3；

η——蓄熱器的熱效率，取η=0.95；

φ——蓄熱器充水系數(shù)，取φ=0.9；

W——最大用水量，kg；

ρ0——放熱壓力下水的密度，kg/m3。

則假定條件下，蓄熱器的容積為4.60 m3。

2.2運(yùn)行方式

用于蒸汽疏水余熱回收的蓄熱器見圖2。蒸汽管道的疏水或者換熱設(shè)備的凝結(jié)水間歇地進(jìn)入蓄熱器，當(dāng)設(shè)定時(shí)間內(nèi)蓄熱器的水位沒有達(dá)到液位傳感器的設(shè)定水位時(shí)，補(bǔ)水電磁閥打開、補(bǔ)水；水位達(dá)到液位傳感器的設(shè)定水位，補(bǔ)水電磁閥關(guān)閉。蒸汽疏水和補(bǔ)水進(jìn)入蓄熱器后，通過蓄熱器內(nèi)底部設(shè)置的分水器均勻地分布，便于冷熱混合。當(dāng)蓄熱器內(nèi)的溫度傳感器T1檢測(cè)到水溫低于設(shè)定溫度時(shí)，蒸汽的進(jìn)汽電磁閥打開，蒸汽進(jìn)入蓄熱器內(nèi)的充熱裝置與水進(jìn)入混合換熱；水溫達(dá)到設(shè)定溫度，蒸汽進(jìn)汽電磁閥關(guān)閉。蓄熱器底部設(shè)置有溫度傳感器T2，當(dāng)補(bǔ)水電磁閥出現(xiàn)故障時(shí)，蓄熱器內(nèi)的水溫會(huì)不斷升高。蓄熱器的出水電磁為常開型，只有當(dāng)蓄熱器底部的溫度傳感器T2檢測(cè)到的溫度超過75℃時(shí)才關(guān)閉。

圖2　用于蒸汽疏水余熱回收的蓄熱器

2.3經(jīng)濟(jì)效益

還是以前面設(shè)定的數(shù)據(jù)為例，1年節(jié)約的能源按以下公式計(jì)算。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.07.001

熊從貴，工程師，2012年畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)），從事承壓設(shè)備安全、高效傳熱研究和技術(shù)質(zhì)量管理工作，E-mail：1034589719@qq.com，地址：浙江省溫嶺市太平街道南泉二期工業(yè)區(qū)，317500。

溫嶺市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目“用于工業(yè)供氣系統(tǒng)的高效節(jié)能蒸汽蓄熱裝置”，項(xiàng)目編號(hào)：2015C11AA0002。