煅燒冷凝水熱能回收的改進(jìn)

梁爾希

(廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510760)

煅燒冷凝水熱能回收的改進(jìn)

梁爾希

(廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510760)

通過對(duì)煅燒冷凝液的品質(zhì)與熱能回收，減少純堿生產(chǎn)補(bǔ)充的脫鹽水用量。回收的熱能有效地閃發(fā)蒸汽，降低蒸餾蒸氨過程中蒸汽用量，降低蒸餾汽耗，達(dá)到熱能循環(huán)生產(chǎn)的目的。同時(shí)改善煅燒工序各閃發(fā)罐周邊環(huán)境，降低安全隱患。

煅燒冷凝水；閃發(fā)器；脫鹽水；蒸餾汽耗；熱能回收

蒸汽作為一種清潔、安全的載能體在各行各業(yè)中被廣泛應(yīng)用。蒸汽在各用汽設(shè)備中放出汽化潛熱后，變?yōu)榻跬瑴赝瑝合碌娘柡湍Y(jié)水，由于蒸汽的使用壓力大于大氣壓力，所以凝結(jié)水所具有的熱量可達(dá)蒸汽全熱量的20%～30%，且壓力、溫度越高的凝結(jié)水具有的熱量就越多，占蒸汽總熱量的比例也就越大。回收凝結(jié)水的熱量，并加以有效利用，具有很大的節(jié)能潛力。一個(gè)高效運(yùn)行的蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)，將會(huì)顯著提高整個(gè)熱力系統(tǒng)的效率，節(jié)約電、煤、水及污染處理費(fèi)用，對(duì)工廠的節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益有顯著的作用。

1 項(xiàng)目背景

我司投產(chǎn)至今，原工藝設(shè)計(jì)是煅燒中壓蒸汽經(jīng)放熱后自身的冷凝液通過第一閃器閃發(fā)出1.6 MPa飽和蒸汽并入低壓蒸汽管網(wǎng)，閃發(fā)后的低壓蒸汽冷凝水再進(jìn)入第二閃發(fā)器，閃發(fā)后的冷凝水返回鍋爐系統(tǒng)回收利用。但因我司電站運(yùn)行模式并未能達(dá)到新的國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，2014年6月份隨著熱電車間關(guān)停，蒸汽冷凝水系統(tǒng)隨著我司工況的變化在余熱利用方面存在著冷凝水高質(zhì)低用或直接排空等問題，造成很大的能源浪費(fèi)。事后增設(shè)一套換熱系統(tǒng)，將冷凝水的潛熱回收利用。煅燒冷凝水經(jīng)一級(jí)板式換熱器與直流水換熱，將水溫降至100 ℃，直流水經(jīng)冷凝水加熱到75 ℃左右送至石灰車間作化灰用水。冷凝水再經(jīng)二級(jí)板式換熱器與循環(huán)水換熱，將溫度降至36 ℃左右送至化水中間水箱用作脫鹽水。

項(xiàng)目投用后雖然取到了較為明顯的回收效果，但在實(shí)際運(yùn)行中也暴露出許多的問題有待解決，主要體現(xiàn)以下2個(gè)方面：

1)因煅燒閃發(fā)器存在著因負(fù)荷大，閃發(fā)能力不足而導(dǎo)致冷凝水夾帶蒸汽的現(xiàn)象，直接送至一級(jí)板式換熱器對(duì)其板片損壞嚴(yán)重，直流水中的Ca2+、Mg2+混入脫鹽水中，造成真空機(jī)內(nèi)部與帶濾機(jī)濾布結(jié)垢嚴(yán)重。

2)我司化灰機(jī)每班都會(huì)例行檢查清堵維修，因石灰化灰高位槽容積較小，換熱后的直流水只能排空，造成大量熱量流失。

從上述問題可以看出，煅燒冷凝水里的余熱收集還有很大的彈性空間，僅僅通過板式換熱器并不能有效地對(duì)其進(jìn)行能源回收利用。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)與運(yùn)行效果

煅燒冷凝水三次閃發(fā)項(xiàng)目，主要通過新增閃發(fā)器，利用進(jìn)蒸餾塔低壓蒸汽管上合適的接入點(diǎn)與閃發(fā)罐運(yùn)行壓力的壓差，使煅燒送來的冷凝水閃發(fā)，從而回收冷凝水余熱。將三閃出氣管與蒸餾塔一閃出氣管相連，利用蒸餾系統(tǒng)負(fù)壓作為冷凝水閃發(fā)的動(dòng)力，冷凝水溫度由125 ℃降至96 ℃，效果明顯，每小時(shí)可回收蒸汽3.116 t。

經(jīng)濟(jì)效益：我司購(gòu)買低壓蒸汽價(jià)格150元/t，年節(jié)省蒸汽費(fèi)用合計(jì)3.116×24×365×150=409.44萬(wàn)元。

圖1 冷凝水第三次閃發(fā)工藝流程圖

設(shè)備投資及折舊：設(shè)備成本及安裝費(fèi)用約18萬(wàn)元，折舊年限為10年，折舊費(fèi)用為2萬(wàn)元/年。合計(jì)凈收益409.44-18-20=371.44萬(wàn)元。

經(jīng)過閃發(fā)后煅燒冷凝水通過一級(jí)板式換熱器換熱后，水溫由以前的90 ℃降至50 ℃，而閃發(fā)罐更起到緩沖作用，大大改善了板式換熱器的作業(yè)條件，為后序的二級(jí)換熱器節(jié)省循環(huán)水用量。閃發(fā)的蒸汽更是為大幅降低蒸吸工序的蒸汽用量，為公司節(jié)能降耗提供有力保障。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算

表1 第三閃發(fā)器數(shù)據(jù)表

假設(shè)熱量損失為收入熱量的5%。

3.1 物料衡算

收入熱量：

煅燒冷凝水熱量：Q1=525.33m1

支出熱量:

閃發(fā)蒸汽：Q2=2 671m2

閃發(fā)冷凝水：Q3=398.48m3=398.48×70×961.42=26 817 464 kJ

熱量平衡：525.33m1=2 671m2+26 817 464+0.05×525.33m1

物料平衡：m1=m2+m3=m2+67 299.4

解得：m2=3 116 kg/h，m1=70 415.4 kg/h

3.2 閃發(fā)器的計(jì)算

3.2.1 閃發(fā)器截面積計(jì)算

3.2.2 閃發(fā)器高度計(jì)算

閃發(fā)器高度H=HL+HE+HS

式中：HL—真實(shí)液柱高度，停留時(shí)間取5分鐘，計(jì)算得883 mm；HE—冷凝水降壓膨脹高度，按125 ℃和96 ℃密度差計(jì)算為22 mm；HS—分離高度，取經(jīng)驗(yàn)1 820 mm。

則閃發(fā)器高度H=883+22+1 820=2 725 mm。

客氣里包括尊重和贊賞，不會(huì)毫無顧忌，不會(huì)隨心任性。心理學(xué)上有一條最重要的理論是“人的心理深處最渴望得到別人的尊重和贊賞”。我們?cè)诤湍吧私煌袝?huì)出于禮貌，對(duì)他們會(huì)非常客氣，別人也會(huì)投之以桃、報(bào)之以李，這樣關(guān)系就會(huì)很融洽。

3.3 低壓冷凝水和蒸汽管徑的計(jì)算

則DN水=0.13 m=130 mm

則DN汽=0.29 m=290 mm

考慮到管徑應(yīng)留有富余，則煅燒冷凝水管徑選為DN150，閃發(fā)蒸汽管徑選為DN350。

3.4 離心泵的安裝高度計(jì)算

吸入阻力損失hc=0.5 m

NPSH=2×1.3=2.6 m

Hg=(PC-PV)106/ρg-hc-[NPSH]

Hg—泵的幾何安裝高低，m；

PC—液面壓力當(dāng)?shù)卮髿鈮海琈Pa；

PV—輸送介質(zhì)在輸送溫度下的飽和蒸汽壓，MPa；

P—輸送介質(zhì)的密度，kg/m3；

g—重力加速度，m/s2。

負(fù)數(shù)為倒灌安裝，即泵的安裝高度必須低于液位1.66 m以上。

4 機(jī)組安裝注意事項(xiàng)

1)泵入口為倒灌條件時(shí)，應(yīng)在距泵進(jìn)口端至少2倍于管直徑的管道上安裝一個(gè)關(guān)閉閥，便于在檢查和維修泵時(shí)關(guān)閉進(jìn)口管道。如圖2所示，管道應(yīng)從給料源開始是平行或逐漸向下傾斜，不允許任何部分低于泵的進(jìn)口，以免造成氣穴。管道的進(jìn)口必須沒入液體表面下足夠的深度，以保證供液中不會(huì)有漩渦和夾帶空氣。離心泵如果在其入口處沒有適當(dāng)?shù)膲毫蛄餍停筒荒芡耆_(dá)到設(shè)計(jì)水平或發(fā)揮其最大能力。

圖2 管路安裝示意圖

2)出口管道可根據(jù)所輸送介質(zhì)允許的流速配置，但在泵的出口處，應(yīng)有一段不小于泵出口直徑4倍的直管，出口閥應(yīng)與泵出口直徑相等。多數(shù)情況下，在泵的出水管路應(yīng)安裝關(guān)閉閥和止回閥。關(guān)閉閥用于打開、調(diào)節(jié)流量及檢查和維修泵。在電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，止回閥保護(hù)泵和機(jī)修密封免受回流液的水錘造成的損壞。

3)如果進(jìn)口管路處于真空狀態(tài)，抽送的液體中夾雜氣體，泵出口至閃發(fā)罐間連接排氣管路，此排氣管路出口在閃發(fā)罐最高水位之上。在泵運(yùn)行中這根排氣管路能防止空氣集結(jié)并簡(jiǎn)化泵開機(jī)時(shí)的抽真空或灌注。

4)系統(tǒng)在較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行小流量操作時(shí)，通過泵的流量下降，穩(wěn)態(tài)載荷則增加，并且將徑向和軸向出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)交變載荷疊加到葉輪和軸上。當(dāng)泵內(nèi)出現(xiàn)回流現(xiàn)象時(shí)，動(dòng)態(tài)循環(huán)分量顯著增大，可能引起軸承損壞，軸和葉輪的斷裂，以及對(duì)泵殼、葉輪和密封環(huán)磨損。應(yīng)該在泵的出口安裝旁路管道，旁路管道從泵的出口端與閥門之間連接到泵進(jìn)口較遠(yuǎn)的地方或直接至給料源，以增加泵的流量來減小泵的軸向載荷和徑向載荷。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過上述熱能回收改造，板式換熱器的運(yùn)行狀況有明顯的好轉(zhuǎn)，作業(yè)期間不再發(fā)生不間斷的異響，閃發(fā)出的蒸汽對(duì)蒸吸熱母液增益明顯，最終煅燒冷凝水的品質(zhì)和熱量都得以高效的回收利用。大幅減少純堿生產(chǎn)的脫鹽水與低壓蒸汽，保證生產(chǎn)平穩(wěn)，降低純堿生產(chǎn)能耗，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益數(shù)百萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)公司環(huán)保與節(jié)能的雙贏目的。

TQ083.4

B

1005-8370(2017)02-19-03

2016-06-06

梁爾希(1989—)，西南民族大學(xué)畢業(yè)，化學(xué)工程與工藝專業(yè)。現(xiàn)任廣東南方堿業(yè)股份有限公司重堿車間設(shè)備員。