DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.037

摘" 要：蒸汽干燥機疏水回收是貴溪冶煉廠一項重要節(jié)能減排項目。為進一步使疏水回收系統(tǒng)滿足實際工藝需求，降低操作勞動強度及其操作失誤率。針對實際生產(chǎn)中蒸汽干燥機的運行及停止不同工藝情況，將疏水采用回收和外排區(qū)別處理，同時采取將手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化為自動閥調(diào)節(jié)控制的措施，提高回收系統(tǒng)的智能化，減少人為操作。經(jīng)過實踐運行和統(tǒng)計調(diào)查分析，表明不同工況的疏水和自動化控制，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行有著至關(guān)重要的影響。

關(guān)鍵詞：蒸汽干燥機；疏水；回收；外排；自動化控制；節(jié)能減排

中圖分類號：TM621" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0１４９-0４

Abstract： The hydrophobic recovery of steam dryer is an important project for energy saving and emission reduction in Guixi Smelter. In order to further make the hydrophobic recovery system to meet the actual process requirements， reduce the operating labor intensity and the operation error rate. In view of the actual production of steam dryer operation and stop the different process conditions， the drainage recovery and discharge of the different treatment， while taking the manual regulation into automatic valve regulation control measures， improve the intelligence of the recycling system， reduce the artificial operation. Through practical operation and statistical investigation and analysis， it is shown that the hydrophobic and automatic control under different working conditions have a vital influence on the stable operation of the system.

Keywords： steam dryer; drainage; recovery; discharge; automatic control; energy saving and emission reduction

蒸汽作為一種熱能載體，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，一般通過用以間接或直接地對物料或者其他介質(zhì)的加熱，釋放出汽化潛熱[1]后溫度下降，部分轉(zhuǎn)化為蒸汽凝結(jié)水，并以疏水的形式從疏水器中排出。根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，這部分疏水所含的熱能占蒸汽總能量的20%～50%[2]，同時，就其本身來說，其又具有高溫、水質(zhì)好、不需軟化的優(yōu)點，是現(xiàn)代化工廠節(jié)約成本、降低能耗項目的一個重要突破口。這部分疏水若是不經(jīng)任何回收處理直接排放，不但會造成大量的高品位水的浪費，同時在排放現(xiàn)場造成煙霧彌漫，伴隨著大量的噪聲，對環(huán)境產(chǎn)生污染。故為了提高全廠的蒸汽熱源的有效利用率，達到熱力循環(huán)經(jīng)濟目的，為此將熔煉車間蒸汽干燥機的疏水回收至動力車間的除氧器中，經(jīng)除氧后再由給水泵送至相應(yīng)鍋爐中，實現(xiàn)廢熱的循環(huán)利用。

1" 蒸汽干燥機疏水回收裝置現(xiàn)狀簡介

根據(jù)疏水回收系統(tǒng)是否與大氣直接相通，可以將其分為開式和閉式[3-4]2種循環(huán)回收方式。為了減少熱量損失提高廢熱利用率，目前動力中心蒸汽疏水回收系統(tǒng)大部分采用閉式，即將疏水直接或者通過換熱器后回收至封閉軟化水水箱中作生產(chǎn)用水，或?qū)⑹杷厥罩脸跗髦凶餮a水和加熱蒸汽使用。其中，蒸汽干燥機的疏水回收就是廠部節(jié)能減排項目中一個最具有特色代表性的項目，其在回收過程中就是采用的第二種方式。將疏水直接回收至除氧器中作為生產(chǎn)用水使用，其不但節(jié)約了軟化水、蒸汽等能源，同時也使大量廢熱得到循環(huán)利用。

動力的除氧器是采用熱力除氧，是為閃速爐、轉(zhuǎn)爐等鍋爐提供合乎生產(chǎn)需求鍋爐給水的配套設(shè)備，同時也是鍋爐上水系統(tǒng)中一個必不可少的設(shè)備，其主要是通過蒸汽加熱經(jīng)反滲透處理后的軟化水，降低軟化水中的含氧量，使之成為合乎鍋爐上水指標要求的給水，避免給水溶氧量使鍋爐系統(tǒng)金屬元件在高溫下發(fā)生氧化腐蝕。而蒸汽干燥機[5]是閃速爐熔煉工序中的一個重要部分，同時也是產(chǎn)生大量高溫廢熱的一個重要設(shè)備。其主要是利用蒸汽對備料預(yù)干燥過來含水分量約8%～10%的銅精礦進行二次干燥，最終使其含水分量小于等于0.3%。目前在閃速爐實際生產(chǎn)工藝上通常采用壓力為1.4 MPa的飽和蒸汽進行對濕礦粉進行加熱干燥，在工作中飽和蒸汽不斷與銅礦粉進行熱交換，最終以疏水的形式被排出干燥機。經(jīng)過現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，排出的疏水溫度高達135 ℃，疏水量約30 t/h，且其pH接近中性，完全可以替代實際生產(chǎn)中除氧器所需用的軟化水，具備直接熱能回收利用的特點。故此工廠為了提高蒸汽熱能循環(huán)利用率，將蒸汽干燥機的疏水進行了回收與利用。

蒸汽干燥疏水回收工藝流程如圖1所示。蒸汽干燥機利用透平發(fā)電機發(fā)電后排出的飽和蒸汽加熱含水分的濕礦料，蒸汽釋放出汽化潛熱后，變成幾乎同溫同壓的飽和凝結(jié)水，同時凝結(jié)水在轉(zhuǎn)子離心力和蒸汽壓力雙重作用下排出蒸汽干燥機，輸送至動力中心，經(jīng)擴容器降壓產(chǎn)生大量二次閃蒸蒸汽[6-8]和凝結(jié)水后，輸送至工作壓力0.1 MPa除氧器，作為除氧器給水的補充水和加熱蒸汽，最后經(jīng)由給水泵送至閃速爐、轉(zhuǎn)爐等余熱鍋爐中產(chǎn)生蒸汽供透平發(fā)電機發(fā)電使用，進而完成整個蒸汽干燥機疏水回收系統(tǒng)的熱力循環(huán)。

在經(jīng)過蒸汽干燥機疏水回收后，大約實現(xiàn)了30 t/h凝結(jié)水的回收及利用，同時除氧器加熱蒸汽基本上零消耗，大致上實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的，為工廠創(chuàng)造了巨大的社會經(jīng)濟利益，僅每天軟化水資源節(jié)約高達720 t。

但在隨后一段時間實際運行中，發(fā)現(xiàn)蒸汽干燥機疏水回收后，對整個工藝系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行產(chǎn)生了一定的不良影響。第一，除氧器大約平均每月會出現(xiàn)5～6次溫度、壓力突然偏高的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致給水泵發(fā)生汽蝕，嚴重影響到鍋爐上水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，使后續(xù)鍋爐存在一定的安全隱患；第二，自從疏水回收系統(tǒng)投入后，鍋爐給水pH時常會間斷性出現(xiàn)pH呈酸性偏低的現(xiàn)象，完全不符合鍋爐給水要求，對后續(xù)余熱鍋爐的安全運行產(chǎn)生不良影響。

為了解決鍋爐給水呈酸性問題，對同一時間段的鍋爐給水、蒸汽干燥機疏水及軟化水等pH進行了大量的實驗檢測和對比發(fā)現(xiàn)：軟化水pH基本上維持不變，呈中性，控制在7～8左右，故可排除軟化水對給水的影響；而蒸汽干燥機疏水pH波動變化較大，時而會出現(xiàn)pH為3～4的現(xiàn)象，嚴重影響到鍋爐給水pH。此外為了研究除氧器壓力溫度偏高的原因，對除氧器加熱蒸汽量、除氧器上水量、鍋爐給水量和蒸汽干燥機疏水量等因素進行了大量數(shù)據(jù)對比和分析，認為蒸汽干燥機疏水量及鍋爐給水量是導(dǎo)致壓力溫度波動的主要因素。

在經(jīng)過一系列調(diào)查和分析后，認為2個問題歸根結(jié)底主要應(yīng)該都是由閃速爐蒸汽干燥機運行和停止的不同工況引起的。由于蒸汽干燥機是在高溫高壓的狀況下工作的，一旦長周期不停歇運行，可能會使干燥機內(nèi)的蒸汽盤管出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象。因此，干燥機在運行一段時間后，就需要停氣檢修，而在檢修過程中銅精礦粉末不可避免出現(xiàn)泄漏進入蒸汽盤管，在再次投入運行時，漏入的銅精礦粉將隨著疏水進入回收系統(tǒng)，對疏水pH產(chǎn)生影響，進而影響到鍋爐給水pH和余熱鍋爐運行的穩(wěn)定性；同時在蒸汽干燥機運行和停止的過程中，不可避免對閃速爐鍋爐的上水量、蒸汽干燥機的疏水量產(chǎn)生影響，使除氧器內(nèi)的水溫、壓力產(chǎn)生波動，嚴重時可能會使余熱鍋爐給水泵出現(xiàn)汽蝕的現(xiàn)象，影響到余熱鍋爐的安全。

2" 蒸汽干燥疏水優(yōu)化

2.1" 蒸汽干燥疏水回收系統(tǒng)改造思路

基于調(diào)查研究和分析，結(jié)合崗位實際操作情況，針對存在的問題，做出相應(yīng)的優(yōu)化：第一，在蒸汽干燥疏水回收利用過程中，為了避免因除氧器內(nèi)長時間溫度、壓力偏高，而出現(xiàn)余熱鍋爐給水泵汽蝕的現(xiàn)象，習(xí)慣性將除氧器底部的排污閥打開，實現(xiàn)強制換水，降低內(nèi)部溫度及壓力的目的。這樣雖說可以避免汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，但是同樣造成了一定資源的浪費和環(huán)境的污染，且除氧器液位可能出現(xiàn)波動不易控制。為此經(jīng)過研究認為，可以在蒸汽干燥機疏水管道上新增一旁路至軟化水水箱，并將除氧器壓力與旁路上氣動調(diào)節(jié)閥作連鎖，當(dāng)除氧器內(nèi)壓力超過規(guī)定值時連鎖自動打開，調(diào)節(jié)閥將蒸汽干燥機疏水降壓分流回收至軟化水水箱，在其內(nèi)進行熱交換加熱軟化水，提高除氧器上水溫度[9-11]。

第二，在停爐或檢修時，精礦粉混合蒸汽干燥疏水進入回收管道，此時水質(zhì)pH偏于酸性，不符合回收利用上水要求。為此在遇到停爐或檢修時，需要將疏水外排，經(jīng)研究分析后認為可采用直接由閃速爐蒸汽干燥機處外排和在進入動力除氧器前的蒸汽干燥機疏水回收管道上新增一旁路作為外排管2種辦法?？紤]到若是直接由閃速爐排放，由于蒸汽干燥機疏水回收管道較長，當(dāng)疏水再次回收時突然大量高溫疏水經(jīng)過冷卻的管道可能出現(xiàn)水沖擊現(xiàn)象[12]，存在一定的安全隱患，于是蒸汽干燥疏水外排采用第二種方式。同時由于蒸汽干燥機疏水中含有大量熱能，若是直接外排進入地溝，就會造成大量的熱能浪費，不符合節(jié)能減排的目的，固考慮是否盡可能降低其溫度，充分利用廢熱后再排放。在現(xiàn)場勘查和分析后認為，可將外排蒸汽疏水通過擱置的換熱器對軟化水水箱內(nèi)軟化水進行換熱進一步利用其廢熱后再進行排放，這樣不但進一步提高軟化水水箱水溫，同時減少外排時蒸汽干燥疏水熱能損失。

2.2" 蒸汽干燥回收系統(tǒng)優(yōu)化方案

在保證蒸汽干燥疏水正?；厥绽玫那闆r下，為了應(yīng)對停爐、檢修時需蒸汽干燥疏水外排的情況先后進行了2次系統(tǒng)改造。第一次改造主要是實現(xiàn)了蒸汽干燥機疏水安全外排，避免外排時除氧器液位大幅度波動，解決鍋爐給水pH偏低呈酸性的問題。

如圖2所示，第一次改造是在原蒸汽干燥機疏水通過擴容器降溫降壓，由氣、水平衡管直接至除氧器的疏水回收系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行的。主要是分別在氣、水平衡管上增加2個截止閥作為回收閥，另水平衡管增設(shè)一旁路作為排污管，故當(dāng)儀表室接到指令后需要至現(xiàn)場進行手動外排回收切換操作。

但是每次人為外排回收切換時不但步驟繁瑣勞動量大，且開關(guān)閥門先后順序不能亂，需要一定的操作經(jīng)驗。否則一旦閥門切換順序錯亂可能會出現(xiàn)因除氧器壓力高于擴容器壓力，而導(dǎo)致除氧器液位偏低，大量水通過平衡管被排出的現(xiàn)象，嚴重時可導(dǎo)致余熱鍋爐無法正常上水。同時，此時疏水溫度高達135 ℃，每次外排大約200 t，直接排入地溝造成了大量的熱能浪費。經(jīng)過一段時間的試運行后發(fā)現(xiàn)對此改進不太滿意，為此為了進一步減少人為失誤，增加廢熱回收利用率和解決除氧器溫度壓力偏高的問題，對系統(tǒng)第二次進行了優(yōu)化。

在第二次系統(tǒng)優(yōu)化改造中，主要是解決除氧器頻繁高溫高壓的問題，且盡可能地由自動化替代以往的人工操作，降低人為影響因素。如圖3所示，在蒸汽干燥疏水進入擴容器的原有管道上利用增設(shè)換熱器、截止閥、止回閥、氣動閥及進入擴容器前增設(shè)外排管道、至軟水水箱的蒸汽干燥疏水旁通管道等措施，完成了疏水回收系統(tǒng)的優(yōu)化。同時為了減少勞動量提高自動化，在控制程序上將新增疏水外排管道上的外排氣動閥1與進入擴容器前增加的疏水回收氣動閥2、除氧器壓力與新增蒸汽干燥疏水旁通管上的氣動閥3分別作出了連鎖。正常蒸汽干燥疏水回收情況時，蒸汽干燥疏水通過止回閥、氣動調(diào)節(jié)閥閥2進入擴容器，最終再由汽水平衡管進入除氧器內(nèi)完成汽水循環(huán)利用[13]。此時，如果發(fā)生除氧器內(nèi)壓力超過設(shè)定值，至軟化水水箱上方的新增氣動調(diào)節(jié)閥閥3將會連鎖打開，蒸汽干燥疏水通過旁通管道先一步分流，進入軟化水水箱中，穩(wěn)定蒸汽干燥疏水壓力和溫度，避免發(fā)生除氧器內(nèi)壓力溫度偏高，且軟化水水箱具有較強的緩沖作用，完全能夠消耗掉旁路干燥機疏水的熱量。當(dāng)蒸汽干燥疏水需要外排時，只需要在DCS上打開新增外排管道上氣動閥閥1，進入擴容器的氣動閥閥2將連鎖關(guān)閉，此時蒸汽干燥疏水將會由調(diào)節(jié)閥閥1經(jīng)廢舊老擴容器降壓后進入軟化水水箱中，經(jīng)過水箱內(nèi)新增的換熱器換熱后排入地溝。同時由于止回閥、壓差等因素，避免了除氧器內(nèi)壓力、水位大幅度波動，保證了給水的安全[14]。

3" 結(jié)束語

在經(jīng)過一段時間的實踐，蒸汽干燥疏水回收與利用優(yōu)化系統(tǒng)運行狀況良好，且經(jīng)換熱器換熱后外排疏水溫度由原來135 ℃下降至40 ℃左右[15]，徹底消除了因蒸汽干燥疏水排放引起的熱污染。經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計得知，系統(tǒng)優(yōu)化后除氧器超壓、超溫的次數(shù)由原來的6次/月降低為0次/月，鍋爐給水pH也得到保證，完美解決了除氧器因疏水回收引起的一系列問題，實現(xiàn)了干燥機停機或檢修時安全外排和除氧器安全運行的目的，同時也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益節(jié)約了成本。

通過調(diào)查統(tǒng)計得知，每次蒸汽干燥機疏水外排量大約200 t，每年至少大約需要外排60次，實際上每年則需要排放熱水至少為60×200=12 000 t，在采用回收系統(tǒng)后，這些本外排熱水大約相當(dāng)于回收了1 500 t的蒸汽，按當(dāng)前蒸汽市價240元/t計算，實際上每年僅疏水外排一項節(jié)約成本為1 500×240=360 000元。

綜上所述，此次優(yōu)化改造在不影響原有工藝安全穩(wěn)定運行的前提下，完美達到了預(yù)期目標，為進一步實現(xiàn)智能化工廠提供了支撐。

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作者簡介：巴桑次仁（1991-），男，助理工程師。研究方向為余熱發(fā)電。