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        蓄熱器在蒸汽疏水余熱回收系統(tǒng)中的應(yīng)用*

        2016-11-16 10:15:43熊從貴臺(tái)州龍江化工機(jī)械科技有限公司
        石油石化節(jié)能 2016年7期
        關(guān)鍵詞:設(shè)備系統(tǒng)

        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。

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