冷凝水回收在輪胎生產企業的應用

胡學偉 余龍清 馬 鋒

（天津市聯合泰澤環境科技發展有限公司 天津 300000）

1 引言

蒸汽是生產、生活中常用的熱源，尤其在工業領域中應用十分廣泛。蒸汽在各用汽設備中放出汽化潛熱后產生凝結水，而蒸汽熱量約有20%存在于凝結水中[1]。因此，回收凝結水的熱量，并加以有效利用，具有很大的節能潛力。

2 輪胎生產中蒸汽的應用

蒸汽在輪胎生產中必不可少，以天津某半鋼子午胎生產企業為例，全廠配置多臺燃氣蒸汽鍋爐，生產2.0MPa蒸汽，經減溫減壓后轉化為4個壓力等級蒸汽供全廠生產生活使用。分別為0.2MPa——用于密煉溫控，0.4MPa——用于生活采暖；1.0MPa——用于硫化外壓；1.7MPa——用于硫化內壓。各環節蒸汽具體作用如下。

密煉溫膠（0.2MPa）：0.2MPa飽和蒸汽主要用于密煉機和1臺小壓延機間接加熱，密煉機僅在開車時預熱設備使用，當設備升溫到60℃在投料后橡膠經過機械碾壓產生物理熱量后停止供蒸汽，而后采用循環冷卻水調節和降低設備溫度來保持膠料工藝需求溫度，所以用蒸汽量較少，間歇使用。

生活采暖（0.4MPa）：0.4MPa蒸汽主要用于全廠的夏季制冷、冬季采暖及員工生活熱水。

硫化（1.0MPa/1.7MPa）：企業采用的硫化工藝為氮氣蒸汽硫化，硫化工序消耗的蒸汽包括1.0MPa和1.7MPa兩個壓力等級。生胎入膜后，先用低壓蒸汽（1.0MPa）充入定型合模，接著以高壓蒸汽（1.4-1.7MPa）吹入膠囊，吹入時間一般持續2-8min，待蒸汽充入量可確保硫化周期結束前膠囊內溫度不低于150℃即可。接著，立即將作為保壓介質的氮氣充入膠囊，以保證硫化全過程所需壓力。硫化結束后將混合氣體排出、開模。整個硫化過程中，1.0MPa蒸汽未與輪胎直接接觸，其冷凝水無污染，1.7MPa蒸汽與輪胎接觸，冷凝水受到污染，不能直接回收。

以上蒸汽換熱后的冷凝水仍具有較高的熱值，如不采取回收措施直接排放，會造成巨大的熱損失。而由于蒸汽壓力等級的不同，其換熱后的冷凝水余熱品位亦存在差別，如果簡單的混合回收，無法體現不同品位余熱的有效利用。應選取不同的回收方式，根據全廠用熱點需求，有針對性的進行余熱分配。

3 蒸汽冷凝水余熱回收技術方法的選擇

企業輪胎生產過程中蒸汽使用后包括無污染冷凝水和有污染乏汽兩部分，無污染冷凝水根據其疏水壓力，一般采用的回收方式如下：

用汽設備疏水壓力在0.15-0.6MPa之間，多數采用增壓回收方式回收冷凝水。

用氣設備冷凝水壓力大于0.6MPa,采用高壓、中壓回收系統閃蒸汽，閃蒸汽供中壓或低壓用汽設備。閃蒸量小于或等于中低壓熱用戶蒸汽使用量，具有相同使用周期時，可直接利用。無中、低壓熱用戶時，設中壓或低壓熱交換裝置，加熱其他工藝介質，以達到相同的熱能利用效果。采用噴射熱泵方式，增壓增量利用[2]。

有污染乏汽不能直接回收，但這部分乏汽年耗量大，直接排放熱損失較大，可通過間接回收的方式對其余熱加以利用。

綜上，輪胎生產企業不同壓力等級蒸汽冷凝水回收方式如表1所示。

表1 不同壓力等級蒸汽冷凝水回收方式

（1）密煉溫控和全廠生活用蒸汽壓力分別為0.2MPa和0.4MPa,換熱后疏水溫度可達120℃和143℃，鍋爐補水平均溫度一般為10-30℃，利用0.2MPa和0.4MPa蒸汽冷凝水作為鍋爐補給水,其余由純水系統補充。經實測，鍋爐給水溫度可達90-100℃，可有效節約燃氣消耗。

（2）硫化工藝用于定型合模的為1.0MPa蒸汽，換熱后其疏水高達180℃，此部分冷凝水通過閃蒸回收系統與分汽包2.0MPa蒸汽混合，達到0.4MPa供全廠生活及制冷采暖使用。高壓閃蒸汽回收系統如圖2所示。

圖2 高壓閃蒸汽回收系統圖

來自鍋爐分汽包的2.0MPa高壓蒸汽進入噴射泵噴嘴，由于流通截面積逐漸變小，蒸汽的壓力勢能逐漸轉化為動能，壓力逐漸降低。在噴嘴出口達到極高的速度（超音速），使蒸汽壓力降低到低壓乏汽壓力以下，形成局部相對負壓，將0.4MPa閃蒸汽抽吸到混合室。高壓蒸汽和閃蒸汽相互混合并進行能量交換，形成一股穩定高速汽流進入擴壓室，輸出工藝所需壓力[3]。

（3）硫化工藝用于硫化的為1.7MPa蒸汽，換熱后其疏水高達204℃，此部分蒸汽與輪胎接觸，其冷凝水不能直接回用。企業硫化工序距離動力站較遠，在硫化車間附近就近設置節能罐，回收此部分冷凝水余熱，因為利用的乏汽為硫化產生，所以對乏汽壓力有嚴格要求，如果壓力過高則會對生產和質量造成直接影響和損失。因此在節能罐的兩個排空閥中一個味電動調節閥與機組電動調節閥聯動，另一個為啟動調節閥V1，當出現突然停電機組不運行時，乏汽不能正常排空，V1失電，啟動執行打開閥門排空乏汽，達到保證設備和生產安全的目的[4][5]。

4 余熱回收節能量計算

4.1 冷凝水回收節能量計算

0.2 MPa和0.4MPa蒸汽經換熱后轉化成的冷凝水直接回用送至除氧器，用作鍋爐給水，可提高鍋爐給水溫度，降低燃氣消耗量。冷凝水回收節能量計算如表2所示。

表2 冷凝水回收節能量計算

根據表2，冷凝水回收全年可回收余熱4646.28GJ，年節約天然氣13.62萬Nm3/年，可減少鍋爐煙氣排放154.72m3/年，減少NOx排放129.19kg/年，減少顆粒物排放8.2 kg/年。

4.2 高壓閃蒸汽回收節能量計算

將1.0MPa蒸汽冷凝水產生的閃蒸汽（0.3MPa-0.4MPa）,通過蒸汽噴射泵與分汽包2.0MPa的蒸汽進行混合，通過氣動調節閥進行壓力調節，供各用汽點使用。

1.0 MPa高壓蒸汽經過硫化設備后成為飽和冷凝水，壓力為1.0MPa，溫度為180℃，飽和冷凝水與0.4MPa閃蒸罐連接，該壓力下冷凝水的熱量為604.72kJ/kg。

1.0 MPa壓力下冷凝水中的熱量q1=762.68kJ/kg

0.4 MPa壓力下冷凝水所能攜帶的最大熱量q2=604.72kJ/kg

0.4 MPa壓力下冷凝水中多余的熱量q3=762.68-604.72=157.96kJ/kg

0.4 MPa壓力下汽化潛熱q4=2133.34kJ/kg

閃蒸比=157.96/2133.34=7.4%

企業年消耗1.0MPa高壓蒸汽85732t,則全年閃蒸蒸汽量為85732×7.4%=6344t。

即全年可節約天然氣燃燒產生的蒸汽量6344t，折合天然氣57萬Nm3。可減少鍋爐煙氣排放647.52萬m3/年，減少NOX排放540.68kg/年，減少顆粒物排放34.32kg/年。

4.3 乏汽余熱回收節能量計算

輪胎硫化用1.7MPa蒸汽在使用過程中與輪胎接觸，不能直接回用，但這部分蒸汽換熱后的乏汽高達204℃，且企業1.7MPa蒸汽年用量較大，因此考慮將此部分乏汽余熱引至硫化工序附近節能罐，通過板式換熱器實現間接換熱供全廠用熱點使用。

1.7 MPa蒸汽使用后乏汽焓值為871.89KJ/kg，企業全年1.7MPa蒸汽用量為38679t，則全年可回收乏汽余熱為：

871.89 KJ/kg×38679t=33724GJ

乏汽余熱的品位較高，可根據全廠不同季節的用熱規律實現梯級利用。全廠主要用熱點如表3所示。

表3 某輪胎生產企業全廠用熱需求

根據表3，對乏汽余熱進行合理分配，在全廠范圍內實現梯級利用，如圖3所示。

圖3 乏汽余熱的梯級利用

綜上，全年可回收乏汽余熱33724GJ，年可節約天然氣110.92Nm3/年，可減少鍋爐煙氣排放1260.05萬m3/年，減少NOX排放1052.14kg/年，減少顆粒物排放66.78kg/年。

結語

企業根據輪胎生產過程中使用蒸汽的品位，合理統籌全廠用熱點，對不同品位的蒸汽余熱采取了不同的回收方式，并統籌全廠用熱需求，合理分配余熱，實現了蒸汽冷凝水余熱的梯級利用，有效地滿足了各能點的需求，提高了熱能利用效率。

[1]章建華，王偉，金蘊智，周宇.蒸汽熱力系統冷凝水及乏汽回收實踐與分析[J].節能，2011，(7)，99-100.

[2]張麗潔，楊晚生.空調系統冷凝水的回收利用分析[J].建筑節能，2011，(8)，14-15.

[3]高陽，王晟.蒸汽噴射泵、噴射式混合加熱器的應用[J].煤氣與熱力，2012，(8)，10-12.

[4]孫慶民，何燕.橡膠輪胎企業中余熱回收技術探討[J].橡塑技術與裝備，2014,(9)，59-60.

[5]李繼順，張占興.輪胎硫化余熱的回收與利用[J].橡塑技術與裝備，2014，(13)，48-50.