自動(dòng)疏水閥泵在提高燃煤鍋爐排污水余熱回收率中的應(yīng)用

靳立宏 魏小艷 江鐵頤/河南油田第二采油廠注汽工程部

自動(dòng)疏水閥泵在提高燃煤鍋爐排污水余熱回收率中的應(yīng)用

靳立宏 魏小艷 江鐵頤/河南油田第二采油廠注汽工程部

本文介紹了一種新型冷凝水回收裝置-自動(dòng)疏水閥泵的原理及其在提高燃煤鍋爐排污水余熱利用率新工藝中的應(yīng)用，節(jié)能效果顯著，有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

自動(dòng)疏水閥泵；鍋爐；余熱利用率

一、引言

燃煤鍋爐-特別是中、高壓鍋爐，連續(xù)排污水具有能量高品味高和流量相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，其所含余熱一般予以回收。傳統(tǒng)回收工藝?yán)瞄W蒸原理將鍋爐高熱焓的排污水排至閃蒸罐，回收其由于飽和壓力突然變化而產(chǎn)生的二次蒸汽，用于加熱除氧給水，但因鍋爐壓力等級(jí)的差異和工藝限制，其余熱回收率只有30%-80%，其余部分則經(jīng)冷卻后排掉。

本文提出一種通過(guò)以自動(dòng)疏水閥泵為技術(shù)核心的應(yīng)用新工藝，回收鍋爐排污水閃蒸后的飽和水低品位余熱，進(jìn)而提高鍋爐排污水余熱利用率。

二、傳統(tǒng)燃煤鍋爐排污余熱回收工藝

傳統(tǒng)回收工藝?yán)瞄W蒸原理將鍋爐高熱焓的排污水排至閃蒸罐，回收其由于飽和壓力突然變化而產(chǎn)生的二次蒸汽，用于加熱除氧給水。

河南油田采油二廠75t/h燃煤注汽鍋爐排污水余熱回收工藝正是基于這種傳統(tǒng)方法在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鍋爐連排污水的回收與利用。

相關(guān)資料表明在閃蒸罐設(shè)計(jì)壓力為0.2MPa時(shí)，則傳統(tǒng)燃煤鍋爐排污水余熱回收工藝熱量回收率與鍋爐壓力參數(shù)關(guān)系見(jiàn)表1。

由表1知，在傳統(tǒng)燃煤鍋爐排污水余熱回收工藝下，鍋爐排污水余熱利用率與壓力成正比關(guān)系。

河南油田采油二廠75t/h燃煤注汽鍋爐設(shè)計(jì)壓力為9.79MPa，查表1可知，該鍋爐在傳統(tǒng)余熱回收工藝下，余熱利用率＜78.8%，超過(guò)21%的排污水余熱通過(guò)排放系統(tǒng)浪費(fèi)掉，經(jīng)測(cè)算，該燃煤注汽鍋爐連排污水經(jīng)連排裝置閃蒸后的熱水排放量達(dá)到860K g/h，溫度大于100℃，鍋爐年運(yùn)行時(shí)間累計(jì)超過(guò)330天，則年可造成97.8噸標(biāo)煤的熱能浪費(fèi)。可見(jiàn)該鍋爐提高余熱回收利用率潛力仍然很高。

三、以自動(dòng)疏水閥泵應(yīng)用為核心技術(shù)的新型燃煤鍋爐排污余熱回收工藝及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

（一）工藝特點(diǎn)

傳統(tǒng)的余熱回收工藝將排污水閃蒸后的飽和冷凝水排放掉，改進(jìn)后的新工藝是將擴(kuò)容后飽和水的低品余熱予以回收。

改進(jìn)后新型燃煤鍋爐排污余熱回收工藝和傳統(tǒng)余熱回收工藝相比增加了閃蒸后鍋爐排污冷凝水余熱利用工藝，。該工藝主要包含板式換熱裝置及自動(dòng)疏水閥泵裝置。閃蒸后的排污水作為熱介質(zhì)通過(guò)板式換熱裝置與鍋爐除氧給水-作為冷介質(zhì)，進(jìn)行充分的熱交換，而自動(dòng)疏水閥泵則為熱介質(zhì)，即閃蒸后的排水水提供輸送動(dòng)力。

相關(guān)資料表明排污水溫度為35℃時(shí)，則改進(jìn)后新系統(tǒng)熱量回收率與壓力關(guān)系表見(jiàn)表2。

在2013年75t/h燃煤注汽鍋爐年度檢修中，我們已按照新型冷凝水余熱回收系統(tǒng)對(duì)其連排污水余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。該工藝將在2013年10月調(diào)試并投用后，由表2知，屆時(shí)連排污水余熱回收率則可提高15%左右。

（二）自動(dòng)疏水閥泵在燃煤鍋爐排污水余熱利用新工藝上的應(yīng)用

1.自動(dòng)疏水閥泵工作原理。現(xiàn)以APT14自動(dòng)疏水閥泵為例，介紹其工作原理。

第一步，APT14自動(dòng)疏水閥泵運(yùn)行于正排量原理。冷凝水自旋啟式止回閥進(jìn)入閥體導(dǎo)致浮球上升。浮球通過(guò)一個(gè)多連桿軸與疏水閥機(jī)構(gòu)相連，當(dāng)上游系統(tǒng)壓力足以克服背壓時(shí)，積存的冷凝水將通過(guò)打開(kāi)的第二級(jí)疏水閥機(jī)構(gòu)排出。在這種情況下，浮球?qū)⒏鶕?jù)進(jìn)入APT14冷凝水量自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制疏水閥開(kāi)關(guān)。

第二步，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于背壓時(shí)，普通疏水閥將無(wú)法排出冷凝水造成設(shè)備積水。但對(duì)于APT14，冷凝水將注滿(mǎn)泵體，提升浮球直至觸發(fā)換向連桿，打開(kāi)動(dòng)力蒸汽入口，關(guān)閉乏汽閥。

第三步，快動(dòng)機(jī)構(gòu)使疏水閥模式迅速轉(zhuǎn)換為動(dòng)力泵模式。隨著動(dòng)力蒸汽入口閥的打開(kāi)，APT14內(nèi)的壓力升至背壓以上，冷凝水被從疏水閥壓入回收系統(tǒng)。

第四步，隨著泵體內(nèi)冷凝水液位的下降，浮球再次觸發(fā)換向連桿，關(guān)閉動(dòng)力蒸汽入口，打開(kāi)乏汽閥。

第五步，APT14內(nèi)的壓力由于乏汽閥的打開(kāi)而與冷凝水入口壓力平衡，冷凝水通過(guò)入口旋啟式止回閥重新進(jìn)入。同時(shí)，出口球形止回閥關(guān)閉防止冷凝水回流到泵體內(nèi)，疏水和泵的循環(huán)重新開(kāi)始。

2.自動(dòng)疏水閥泵現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

（1）自動(dòng)疏水閥泵的選型。河南油田采油二廠75t/h燃煤注汽鍋爐連排污水回收工藝中關(guān)于自動(dòng)疏水閥選型的已知數(shù)據(jù)：

閃蒸后飽和冷凝水排量：860kg/h；自動(dòng)疏水閥泵動(dòng)力汽（氣）源壓力0.6MPa（6bar）；

閃蒸后飽和冷凝水至換熱器的垂直提升高度1.5米；自動(dòng)疏水閥泵進(jìn)水高度0.15米；

自動(dòng)疏水閥泵背壓（板式換熱器及管道壓降）150K P（1.5bar，查看板式換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)，單相流板式換熱器壓降最大為100K Pa，考慮板式換熱器入口管線及彎頭壓降約50 K Pa，合計(jì)150K Pa）。

第一步，APT14自動(dòng)疏水閥泵總有效揚(yáng)程計(jì)算：

計(jì)算方式：垂直提升高度（1.5米）+回收管內(nèi)壓力（背壓，1.5bar）

回收管內(nèi)壓力除系數(shù)0.0981轉(zhuǎn)換為揚(yáng)程：

則總有效揚(yáng)程：1.5米+15.3米=16.8米

第二步，由總有效揚(yáng)程及動(dòng)力壓力、冷凝水負(fù)荷，由圖5即可選出合適的泵口徑。

第三步：由6bar（動(dòng)力壓力）處作一條水平直線。

第四步：標(biāo)出16.8米的揚(yáng)程線。

第五步：從動(dòng)力壓力與揚(yáng)程線的交點(diǎn)做垂直線，與X軸相交。

第六步：讀出相應(yīng)的流量（1600kg/h）。

由于進(jìn)水高度并非0.3米，因此此時(shí)計(jì)算出的流量需用表3進(jìn)行修正。泵的實(shí)際輸送能力：0.75*1600kg/h=1200 kg/h。因此，APT14自動(dòng)疏水閥泵最終選型為冷凝水進(jìn)口口徑為DN40型，可滿(mǎn)足1200kg/h的冷凝水負(fù)荷。

（2）自動(dòng)疏水閥泵在75t/h燃煤鍋爐現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工藝。

為進(jìn)一步提高河南油田采油二廠75t/h燃煤注汽鍋爐連排污水余熱利用率，我們按照改進(jìn)后的燃煤鍋爐排污水回收工藝對(duì)該鍋爐現(xiàn)場(chǎng)冷凝水回收工藝進(jìn)行改進(jìn)。

（3）自動(dòng)疏水閥泵應(yīng)在75t/h燃煤鍋爐現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效益分析。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量統(tǒng)計(jì)，河南油田采油二廠75t/h燃煤注汽鍋爐連排污水經(jīng)閃蒸后剩余飽和水排量平均為0.86t/h，飽和水壓力為0.2MPa左右，飽和水熱焓504.68K J/kg，鍋爐熱效率90%。經(jīng)計(jì)算換熱后飽和水溫度30℃，換熱后飽和水熱焓125.74K J/kg。

年回收飽和水總量：

不考慮散熱損失，則年回收總熱量為：

折合標(biāo)煤M煤=Q1/29307.6K J/kg/90% =97.84噸。注：29307.6為標(biāo)煤熱值，90%為鍋爐熱效率。

標(biāo)煤價(jià)格按照2012年均價(jià)1145元計(jì)算，可產(chǎn)生效益為，97.84×1145=11.2萬(wàn)元

該項(xiàng)目投資6萬(wàn)元，則投資回收期為：6÷11.2=0.53年，即6個(gè)月即可收回投資。

表1

表2