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蒸汽系统节能--蒸汽系统优化改造帮助企业降低成本、实现节能降耗

    蒸汽作为一种热能载体,因其热值高、传热快、便于输送和控制等优点,被广泛应用于石油、化工、冶金、机械制造等工业领域。在能源价格日益上涨以及国家能源供给日益紧张的今天,节能显得特别重要。由于目前我国工业蒸汽系统的能源效率普遍很低,蒸汽系统的节能势在必行,节能潜力巨大。本文将介绍阿姆斯壮公司对郑州宇通客车厂区内的蒸汽系统进行优化改造,协助企业实现节能降耗。

        郑州宇通客车股份有限公司是亚洲生产规模最大、工艺技术条件最先进的大中型客车生产企业。随着公司的不断发展,其蒸汽及凝结水系统由于没有进行全面的规划,导致现有蒸汽及其凝结水系统存在一定的问题,如凝结水没有回收、蒸汽浪费严重、锅炉连排闪蒸汽未利用等,造成了燃料的浪费、水资源的浪费以及环境污染等问题。在目前资源日益缺乏,企业想方设法降低成本、节能降耗的情况下,解决蒸汽系统存在的上述问题、进行节能优化改造具有巨大的经济利益和现实意义。

    2009年8月宇通客车与阿姆斯壮公司就“蒸汽凝结水系统优化改造”进行合作,由阿姆斯壮公司负责对郑州宇通客车厂区内的蒸汽系统进行检测评估、设计和改造施工。

图1 凝结水泵结构及工作原理

   蒸汽系统分析

    宇通客车位于河南省郑州市宇通工业园,涂装喷漆室加热、工艺加热、厂房采暖、生活热水、食堂均采用蒸汽加热,冬季蒸汽用量在70~95t/h。厂内蒸汽系统由蒸汽产生系统、蒸汽输送系统、蒸汽使用系统和凝结水回收系统组成。经全面检测,主要存在以下5方面问题。

    疏水系统

    1.疏水阀产品质量方面的问题。

    现场所用的疏水阀品牌较多,产品质量参差不齐,导致疏水阀的平均寿命较短,更换频繁,同时造成大量的蒸汽泄漏。

    疏水阀泄漏甚至直通,不仅会造成换热设备蒸汽耗量增加,而且影响整个蒸汽系统的平衡,凝结水中含有大量的新鲜蒸汽,造成巨大的浪费,降低了蒸汽的使用效率。

    从表1中可以看出,疏水阀的泄漏是惊人的,其节能潜力巨大。

    2.疏水阀设计选型不合理

    过多地选择热动力式和热静力式疏水阀。热动力疏水阀的工作原理决定了它有较大的蒸汽泄漏量,同时使用寿命短,增大了疏水环节的维护量,若没有及时维护,必然会造成更大的泄漏,严重时导致疏水环节的瘫痪。热静力式疏水阀只能排放具有一定过冷度的凝结水,而蒸汽管网中要求疏出的是饱和凝结水,无法通过热静力式疏水阀排出,造成蒸汽的含水量过大而品质降低,严重时可能发生水击,存在着安全隐患。

    3.关键加热设备手动操作,能耗高。

    涂装车间喷漆加热系统手动控制,不能根据室外空气温度、生产工艺适时调节,蒸汽耗量大,人工成本高。

图2 涂装车间喷漆室蒸汽加热系统改为自动控制

   凝结水回收系统

    全厂仅涂装A-F线东侧6台空调加热系统凝结水回收至锅炉房,已回收的凝结水量仅占总凝结水量的20%,远低于60%的合格水平。国家标准《蒸汽供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求》(GB/T12712-91)中规定:凝结水的回收率60%为合格,80%以上为优秀。厂区内没有回收管网系统,同时由于疏水阀耐背压能力不足,蒸汽余压低等原因,造成凝结水无法利用余压回收而就近直排。

   锅炉连排

    锅炉连排排水为高温饱和水,热值高。6台锅炉连续排污量大,连排水热量未利用。

   输送管网

    蒸汽管道、凝结水管道保温不完善,部分管道未保温,管道散热损失大。

    蒸汽供应

    蒸汽系统已满负荷运行,极端天气时蒸汽供应不能满足生产、生活需求。

    解决措施

    根据现场调研数据,对整个系统进行热平衡、水平衡、汽平衡计算和分析,改造措施如下。

    疏水系统

    疏水系统的作用就是要连续及时地将蒸汽系统中的凝结水、空气和CO2等不凝性气体排到系统之外,同时防止蒸汽的泄漏。它是蒸汽和凝结水的分界点,是蒸汽系统中至关重要的环节,它的好坏直接影响加热过程中蒸汽的耗量或加热设备的加热效率。同时,直接关系到后续“凝结水回收系统”的工作,甚至决定着整个蒸汽与凝结水系统的正常运行。疏水系统是整个蒸汽系统节能的首要环节。核定每个加热设备的参数(凝结水负荷、安全系数、工作压差、最大允许压力),并根据加热设备的加热特点、节能要求、寿命要求、耐背压性能、疏水性能、耐杂质要求等多方面考虑选择疏水阀类型。

图3 锅炉房的6台锅炉分别安装连排自动控制系统

    由于倒置桶疏水阀在节能、耐磨损、耐腐蚀、耐水击、耐背压等方面性能优秀。关键设备疏水多选择倒置桶疏水阀,非关键场合如管线疏水等多选择温度可调式热静力疏水阀。疏水阀前安装过滤器,疏水阀前后调节阀及旁通阀采用双波纹管密封截止阀。

   凝结水回收系统

    根据各车间内凝结水温度、压力、疏水方式的不同,采用疏水阀后余压回水和气动凝结水泵加压回水相结合的凝结水回收方式,建立全厂凝结水回收管网。将各车间的凝结水分成几个相对独立的凝结水回收系统,利用新增的汽动凝结水泵,加压输送至锅炉房再利用。

    加压回收系统所采用的凝结水泵,采用阿姆斯壮公司生产的汽(气)动凝结水泵,其以低压蒸汽(或空气)为动力对凝结水进行回收,不仅可以大幅降低土建投资(不需设立泵房),而且具有防爆、不会汽蚀、不需控制、不需外接电源、安装方便、免维护的特点。该装置可根据凝结水回水量自动控制水泵的启闭,全自动控制系统运行,不需人员控制,使用方便(如图1)。

    阿姆斯壮公司生产的凝结水泵,为全机械式结构,是由弹簧辅助的浮球机构操作的,采用大口径的铬镍铁合金X-750弹簧,它比其他弹簧具有更高的耐腐蚀性和更长的使用寿命。PT-300系列泵体外壳为碳钢,内件为不锈钢。

    涂装车间喷漆室蒸汽加热系统由手动控制改成自动控制

    将涂装车间20套喷漆室蒸汽加热单元增加自动控制系统。即在每套加热单元的蒸汽管道入口处增加蒸汽流量调节阀,温度传感器将喷漆室的温度信号提供给人工智能型PID控制器,控制器发出指令调整蒸汽调节阀的开度,从而控制蒸汽流量,实现对温度的精确控制(如图2)。

    自控系统与喷漆室送风系统同步控制,喷漆室停用时,送风系统关闭,蒸汽控制单元自动将蒸汽调节阀关闭。

    锅炉房增加6套锅炉连排自动控制系统

    蒸汽产生过程中,锅炉内会遗留杂质(TDS-总溶解固形物)。如果不进行排污,锅炉水中的总溶解固形物(TDS)将不断浓缩。高TDS值会引起锅炉水和杂质携带进入蒸汽系统,从而使产品和设备出现问题。而过度排污引起的过低TDS值则浪费燃料和水及化学处理药品。因此,锅炉内的TDS(总可溶固体量)值必须正确控制。

    锅炉房的6台锅炉分别安装连排自动控制系统。自动监控蒸汽锅炉中总溶解固形物(TDS)的浓度,根据炉水的TDS值自动调节排污量,减少排污热损失,减少人员频繁调节的人工成本。

   余热利用系统

    锅炉连排水是锅炉在运行压力下排出的饱和水,含有大量热值,应回收利用。连排扩容器的闪蒸汽通过新增管线引致软水箱,用闪蒸汽加热软化水;同时闪蒸后的凝结水靠自重流入水泵,经水泵加压后进入换热器,用于加热软化水,连排水降温至40℃以下后进入定排扩容器。

    在锅炉房安装高效换热器,用回收后的工艺凝结水和除氧器软化水补水换热,回收热量,减少除氧器蒸汽用量。

   输送管网

    将蒸汽管道、凝结水管道中保温破损进行修复,并将未保温的蒸汽管道和凝结水管道全部保温。

   效益分析

    蒸汽系统优化改造完成后,节能效果显著,原极端天气时蒸汽供应不足的局面已彻底改变,6台蒸汽锅炉现运行5台即可满足生产、生活需求。经过综合测算,宇通厂内蒸汽系统优化改造完成后,年新增凝结水20万t,年节约蒸汽1.9万t,年减少CO2排放量0.68万t。总节能折合节约燃煤约1.5万t/a,改造总投资361万元,可在1年内收回投资。

   疏水阀节汽效益

    疏水系统改造完成后,疏水阀设计、选型合理,优质的疏水设施可有效减少由于关键疏水设备不好而造成的蒸汽泄漏损失。

    凝结水回收效益

    蒸汽凝结水是蒸汽释放潜热后的产物,蒸汽潜热利用完后,就变成了含有蒸汽显热的高温凝结水,大多数用汽设备是利用蒸汽的潜热,排出的是饱和的蒸汽凝结水。因此,蒸汽凝结水的价值体现在水值和热值两个方面,凝结水的回收利用也包括水的回收利用和热的回收利用两个方面。

    凝结水的水质:凝结水的产生过程实际上就是一个蒸馏的过程,凝结水实际上就是蒸馏水。因此,凝结水的洁净程度很高,可以满足绝大多数场合的用水要求。

    凝结水的热值:凝结水的热值为凝结水在排放温度下的热焓,具有实际意义的热值是凝结水在排放温度下焓与新鲜水的焓的差值。

    经过系统优化改造,凝结水100%回收至锅炉房凝结水箱,凝结水直接用作除氧器补水。

    蒸汽控制系统效益

    蒸汽自动控制系统改造完成后,空调加热系统蒸汽流量可根据喷漆室内温度需要自动调整。

    蒸汽控制系统自动运行,可根据室外温度的变化、喷漆室内温度要求、喷漆室工艺生产运行状态等自动调整,控制精度高,减少人工成本,并杜绝人工频繁开启旁通、阀门等造成阀门损坏而形成的蒸汽泄露损失。

   锅炉连排自动控制效益

    通过锅炉连排自动控制系统改造,锅炉连排控制系统会自动检测锅炉内水质情况,并根据锅炉内中TDS值的变化来自动调节锅炉连续排污,具有以下优点:劳力的节约;锅炉TDS值的良好控制;节能环保。

   余热利用效益

    锅炉连排水是锅炉运行压力下排出的饱和水,连排水含有大量热值。新增锅炉连排水和软化水换热的换热器,可有效回收连排水的热量,减少除氧器蒸汽消耗。同时,经过换热后的锅炉连排水在40℃以下,减少闪蒸汽排放。

    工艺凝结水和除氧器补水换热,减少除氧器蒸汽消耗。

    输送管网

    蒸汽管道和凝结水管道保温完善后,可减少管道输送过程中的散热损失。

   结束语

    随着世界能源日益紧张,节能工作越来越重要,由于蒸汽能量的广泛应用,蒸汽系统节能优化作为一种重要的节能措施将会被越来越重视。阿姆斯壮作为一个为蒸汽系统节能的公司,一直在帮助和支持我们的用户改进蒸汽系统、提高系统效率、提高竞争力、降低能源消耗。