實芯焊絲廠蒸汽換熱系統的節能實驗研究

王其明 肖瑞義

（1天津大橋焊材集團有限公司設備處 天津 300385 2天津雍熵節能環保工程有限公司 天津 300192）

實芯焊絲廠蒸汽換熱系統的節能實驗研究

王其明1肖瑞義2

（1天津大橋焊材集團有限公司設備處 天津 300385 2天津雍熵節能環保工程有限公司 天津 300192）

蒸汽作為熱媒廣泛應用于化工、冶金、制藥、食品、飲料、印刷等行業。絕大多數的用戶存在著跑、冒、滴、漏的現象，冷凝水更是直排不進行回收，造成很大浪費。本文根據蒸汽原理、流體力學理論，針對某實芯焊絲廠拔絲和化鍍車間的蒸汽加熱系統，進行了實驗研究、流量監控、設備優化，方案實施后，節約了40%以上的能源。由歷年平均單產能耗0.27噸蒸汽/噸焊絲，降低到0.14噸蒸汽/噸焊絲，年節約蒸汽15400蒸噸，折合1980.4噸標準煤，減排4937.2噸二氧化碳，減排74.26噸氮氧化物。節約能源費用399.8萬元，總投資40萬元，投資回收期:1.2個月。取得了非常好的經濟和社會效益，值得大力推廣。

蒸汽；顯熱；潛熱；冷凝水；節能疏水閥

1 項目背景及問題的提出

2013年至2016年9月某集團公司下屬實芯焊絲廠使用的蒸汽由第三方燃煤鍋爐供應。為響應國家節能減排的號召，遵守天津市政府煤改燃的政策要求，在2016年9月，安裝了兩臺韓國斯大8蒸噸燃氣鍋爐。為了進一步降低用能成本，從2016年12月初開始了能耗普查工作。

該燃氣鍋爐額定工作壓力1.25Mpa，額定蒸發量8噸/小時。用汽單元主要有兩類車間，即拉絲車間和化鍍車間。鍋爐實際輸出蒸汽壓力0.45～0.65Mpa。現車間實行24小時生產，年平均工作時間330天以上。改造前用汽單元年平均蒸汽需求量4.1萬余蒸噸，折合標準煤5272.6噸，年排放二氧化碳13144.6噸。

2 蒸汽應用理論概述

飽和蒸汽作為熱媒廣泛應用于化工、冶金、制藥、食品、飲料、印刷等各行各業。飽和蒸汽的總熱是由蒸汽的顯熱及潛熱組成，顯熱系沒有改變水的形態只引起水的溫度變化的熱量，潛熱系不改變水的溫度只引起水變成蒸汽（相變）的熱量。潛熱占蒸汽總熱的比例隨著蒸汽壓力的提高而下降，6 Kg/cm2飽和蒸汽潛熱占總熱的80%，顯熱占20%。

圖 1 飽和蒸汽顯熱、潛熱和總熱的關系

6 Kg/cm2飽和蒸汽潛熱占總熱的80%，顯熱占20%。而顯熱、潛熱都是由能源消耗得來的，不應該浪費，應該物盡其用。

圖2 6 Kg/cm2飽和蒸汽的熱焓分析

所以蒸汽使用環節節能的三個最基本的途徑如下：

（1）在滿足加熱工藝要求的前提下，盡量降低加熱蒸汽的工作壓力，1公斤壓力可滿足的工藝過程，把6公斤壓力的蒸汽降低到1公斤使用，節能率可達6.58%。

（2）加熱過程用的是蒸汽的潛熱，且潛熱值占總熱的80%，所以杜絕跑汽節能率相當高。

（3）冷凝水熱值占總熱的20%，去掉閃蒸熱值，還有10-15%的熱值可以回收利用，所以冷凝水回收的節能率可到10-15%。

3 目前存在的問題及解決方案

（1）經現場觀察，實芯焊絲廠鍋爐房產汽壓力是6 Kg/cm2，輸送到使用端時壓力為4 Kg/cm2，而現場的電鍍液需要加熱的溫度是80-90℃，4 Kg/cm2壓力蒸汽的飽和溫度是151℃，大大超過所需要的溫度，所以蒸汽進入換熱器前減壓是非常好的節能方法，節能率可達4.5%。

（2）經現場觀察，實芯焊絲廠的拔絲車間硼砂掛膜槽和化鍍車間的加熱槽的加熱換熱器出口均裝有疏水器，然后直接排入地溝，疏水器的形式為熱動力圓盤式，不適合此工作場合，加之大部分疏水器都已經失效，可以看到出口處新鮮蒸汽持續大量排出，浪費較大，根據流體方程，泄漏量Q：

Cv：泄露閥口的等效面積，P1、P2閥座上下游的壓力，γ：蒸汽的比重。

泄漏量與泄露面積一次正相關，與壓差的平方根成正比，與蒸汽的比重成反比。壓差是必不可少的，蒸汽比重歲蒸汽壓力的提高而提高，壓力定時保持不變，所以只要我們減小泄露面積就可以杜絕浪費。問題來了，全部堵死行嗎？回答是否定的，因為隨著蒸汽的放熱，產生了大量的冷凝水，冷凝水熱值低，溫度隨放熱越來越低，必須及時排除，才能滿足生產需求。

圖3 現場蒸汽泄露情況

（3）現場冷凝水全部排入了地溝，熱值全部浪費，同時寶貴的水資源也白白浪費掉了，尤其是冷凝水還是軟化了的蒸餾水，水處理所花費的能源、材料、人力也浪費掉了。安裝閉式冷凝水回收系統就可以把冷凝水回收、循環利用。

4 解決過程及取得的效果

根據現場情況，我們先對浪費量最大的蒸汽潛熱進行節能診斷：首先使用熱成像儀對現場輸水設備進行檢測，見圖4，發現現場疏水器基本處于完全失效狀態，泄漏量非常大，為了定量確定泄漏量，取兩條相同的生產線，在蒸汽入口分別裝上蒸汽流量計，一條線換裝6臺美國SPENCE公司的壓力平衡式熱靜力節能疏水閥，另一條線保持原狀。持續運行一個月，數據如下：

圖4 疏水閥工作熱成像圖

表1 節能診斷蒸汽用量記錄表

經過一個月的運行，得出節能率=（148-98）/148=33.78%，由此驗證了節能疏水閥的效果。接下來的一個月，把實芯焊絲廠10條化鍍生產線，50條拔絲生產線全部換上節能疏水閥，運行三個月后，在獲取了實芯焊絲廠的各種能耗數據后，將改造后和改造前歷年的能源消耗、單耗進行了對比。

5 節能效果

（1）單耗計算（每噸電焊絲消耗蒸汽噸數）：

改造前噸焊絲蒸汽水單耗基準:取2013～2016四年平均值：0.275(噸)。平均節能率達到40%以上。單產（噸焊絲）節約蒸汽=0.275-0.16=0.115蒸噸。

表2

（2）按2013～2016年期間平均產量14萬噸電焊絲計算，每年節約蒸汽15400蒸噸，合標準煤1980.4噸，減排二氧化碳4937.2噸，減排氮氧化物74.26噸。

6 經濟效益及社會效益

（1）每蒸噸蒸汽的能源消耗及價值

根據實芯焊絲廠的能耗記錄，改造前蒸汽的直接能源成本如下：

（2）按2013年-2016年期間平均產量14萬噸電焊絲計算，每年節約蒸汽15400蒸噸，折合價值：399.8萬元元，項目綜合投資40萬元,投資回收期:1.2個月，經濟效益明顯，值得大力推廣。

（3）年節省1980.4噸標準煤，減排4937.2噸二氧化碳，減排74.26噸氮氧化物。結語

至此本項目取得了非常好的經濟和社會效益，需要在類似的企業大力推廣。本項目對蒸汽潛熱的利用率有很大的提升，蒸汽在釋放潛熱和少量的顯熱后的蒸汽還原成高溫的冷凝水，冷凝水是飽和的高溫軟化水，下一步考慮冷凝水的回收再利用，預計節能空間在10-15%左右，并節約大量寶貴的淡水資源。

[1]胡秀蓮、李愛仙《GBT 2589-2008綜合能耗計算通則》中國標準出版社2008年4月

[2]吳德榮《化工工藝設計手冊》上、下冊，化學工業出版社2009年6月

[3]王文堂《化工節能技術手冊》化學工業出版社2006年7月

[4]楊源泉《閥門設計手冊》機械工業出版社1992年12月