一種蒸汽疏水回收系統改進優化研究

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.037

摘" 要：蒸汽干燥機疏水回收是貴溪冶煉廠一項重要節能減排項目。為進一步使疏水回收系統滿足實際工藝需求，降低操作勞動強度及其操作失誤率。針對實際生產中蒸汽干燥機的運行及停止不同工藝情況，將疏水采用回收和外排區別處理，同時采取將手動調節轉化為自動閥調節控制的措施，提高回收系統的智能化，減少人為操作。經過實踐運行和統計調查分析，表明不同工況的疏水和自動化控制，對系統穩定運行有著至關重要的影響。

關鍵詞：蒸汽干燥機；疏水；回收；外排；自動化控制；節能減排

中圖分類號：TM621" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0１４９-0４

Abstract： The hydrophobic recovery of steam dryer is an important project for energy saving and emission reduction in Guixi Smelter. In order to further make the hydrophobic recovery system to meet the actual process requirements， reduce the operating labor intensity and the operation error rate. In view of the actual production of steam dryer operation and stop the different process conditions， the drainage recovery and discharge of the different treatment， while taking the manual regulation into automatic valve regulation control measures， improve the intelligence of the recycling system， reduce the artificial operation. Through practical operation and statistical investigation and analysis， it is shown that the hydrophobic and automatic control under different working conditions have a vital influence on the stable operation of the system.

Keywords： steam dryer; drainage; recovery; discharge; automatic control; energy saving and emission reduction

蒸汽作為一種熱能載體，廣泛應用于各行各業，一般通過用以間接或直接地對物料或者其他介質的加熱，釋放出汽化潛熱[1]后溫度下降，部分轉化為蒸汽凝結水，并以疏水的形式從疏水器中排出。根據調查研究發現，這部分疏水所含的熱能占蒸汽總能量的20%～50%[2]，同時，就其本身來說，其又具有高溫、水質好、不需軟化的優點，是現代化工廠節約成本、降低能耗項目的一個重要突破口。這部分疏水若是不經任何回收處理直接排放，不但會造成大量的高品位水的浪費，同時在排放現場造成煙霧彌漫，伴隨著大量的噪聲，對環境產生污染。故為了提高全廠的蒸汽熱源的有效利用率，達到熱力循環經濟目的，為此將熔煉車間蒸汽干燥機的疏水回收至動力車間的除氧器中，經除氧后再由給水泵送至相應鍋爐中，實現廢熱的循環利用。

1" 蒸汽干燥機疏水回收裝置現狀簡介

根據疏水回收系統是否與大氣直接相通，可以將其分為開式和閉式[3-4]2種循環回收方式。為了減少熱量損失提高廢熱利用率，目前動力中心蒸汽疏水回收系統大部分采用閉式，即將疏水直接或者通過換熱器后回收至封閉軟化水水箱中作生產用水，或將疏水回收至除氧器中作補水和加熱蒸汽使用。其中，蒸汽干燥機的疏水回收就是廠部節能減排項目中一個最具有特色代表性的項目，其在回收過程中就是采用的第二種方式。將疏水直接回收至除氧器中作為生產用水使用，其不但節約了軟化水、蒸汽等能源，同時也使大量廢熱得到循環利用。

動力的除氧器是采用熱力除氧，是為閃速爐、轉爐等鍋爐提供合乎生產需求鍋爐給水的配套設備，同時也是鍋爐上水系統中一個必不可少的設備，其主要是通過蒸汽加熱經反滲透處理后的軟化水，降低軟化水中的含氧量，使之成為合乎鍋爐上水指標要求的給水，避免給水溶氧量使鍋爐系統金屬元件在高溫下發生氧化腐蝕。而蒸汽干燥機[5]是閃速爐熔煉工序中的一個重要部分，同時也是產生大量高溫廢熱的一個重要設備。其主要是利用蒸汽對備料預干燥過來含水分量約8%～10%的銅精礦進行二次干燥，最終使其含水分量小于等于0.3%。目前在閃速爐實際生產工藝上通常采用壓力為1.4 MPa的飽和蒸汽進行對濕礦粉進行加熱干燥，在工作中飽和蒸汽不斷與銅礦粉進行熱交換，最終以疏水的形式被排出干燥機。經過現場檢測發現，排出的疏水溫度高達135 ℃，疏水量約30 t/h，且其pH接近中性，完全可以替代實際生產中除氧器所需用的軟化水，具備直接熱能回收利用的特點。故此工廠為了提高蒸汽熱能循環利用率，將蒸汽干燥機的疏水進行了回收與利用。

蒸汽干燥疏水回收工藝流程如圖1所示。蒸汽干燥機利用透平發電機發電后排出的飽和蒸汽加熱含水分的濕礦料，蒸汽釋放出汽化潛熱后，變成幾乎同溫同壓的飽和凝結水，同時凝結水在轉子離心力和蒸汽壓力雙重作用下排出蒸汽干燥機，輸送至動力中心，經擴容器降壓產生大量二次閃蒸蒸汽[6-8]和凝結水后，輸送至工作壓力0.1 MPa除氧器，作為除氧器給水的補充水和加熱蒸汽，最后經由給水泵送至閃速爐、轉爐等余熱鍋爐中產生蒸汽供透平發電機發電使用，進而完成整個蒸汽干燥機疏水回收系統的熱力循環。

在經過蒸汽干燥機疏水回收后，大約實現了30 t/h凝結水的回收及利用，同時除氧器加熱蒸汽基本上零消耗，大致上實現了節能減排的目的，為工廠創造了巨大的社會經濟利益，僅每天軟化水資源節約高達720 t。

但在隨后一段時間實際運行中，發現蒸汽干燥機疏水回收后，對整個工藝系統穩定安全運行產生了一定的不良影響。第一，除氧器大約平均每月會出現5～6次溫度、壓力突然偏高的現象，進而導致給水泵發生汽蝕，嚴重影響到鍋爐上水系統的安全穩定性，使后續鍋爐存在一定的安全隱患；第二，自從疏水回收系統投入后，鍋爐給水pH時常會間斷性出現pH呈酸性偏低的現象，完全不符合鍋爐給水要求，對后續余熱鍋爐的安全運行產生不良影響。

為了解決鍋爐給水呈酸性問題，對同一時間段的鍋爐給水、蒸汽干燥機疏水及軟化水等pH進行了大量的實驗檢測和對比發現：軟化水pH基本上維持不變，呈中性，控制在7～8左右，故可排除軟化水對給水的影響；而蒸汽干燥機疏水pH波動變化較大，時而會出現pH為3～4的現象，嚴重影響到鍋爐給水pH。此外為了研究除氧器壓力溫度偏高的原因，對除氧器加熱蒸汽量、除氧器上水量、鍋爐給水量和蒸汽干燥機疏水量等因素進行了大量數據對比和分析，認為蒸汽干燥機疏水量及鍋爐給水量是導致壓力溫度波動的主要因素。

在經過一系列調查和分析后，認為2個問題歸根結底主要應該都是由閃速爐蒸汽干燥機運行和停止的不同工況引起的。由于蒸汽干燥機是在高溫高壓的狀況下工作的，一旦長周期不停歇運行，可能會使干燥機內的蒸汽盤管出現破裂的現象。因此，干燥機在運行一段時間后，就需要停氣檢修，而在檢修過程中銅精礦粉末不可避免出現泄漏進入蒸汽盤管，在再次投入運行時，漏入的銅精礦粉將隨著疏水進入回收系統，對疏水pH產生影響，進而影響到鍋爐給水pH和余熱鍋爐運行的穩定性；同時在蒸汽干燥機運行和停止的過程中，不可避免對閃速爐鍋爐的上水量、蒸汽干燥機的疏水量產生影響，使除氧器內的水溫、壓力產生波動，嚴重時可能會使余熱鍋爐給水泵出現汽蝕的現象，影響到余熱鍋爐的安全。

2" 蒸汽干燥疏水優化

2.1" 蒸汽干燥疏水回收系統改造思路

基于調查研究和分析，結合崗位實際操作情況，針對存在的問題，做出相應的優化：第一，在蒸汽干燥疏水回收利用過程中，為了避免因除氧器內長時間溫度、壓力偏高，而出現余熱鍋爐給水泵汽蝕的現象，習慣性將除氧器底部的排污閥打開，實現強制換水，降低內部溫度及壓力的目的。這樣雖說可以避免汽蝕現象的發生，但是同樣造成了一定資源的浪費和環境的污染，且除氧器液位可能出現波動不易控制。為此經過研究認為，可以在蒸汽干燥機疏水管道上新增一旁路至軟化水水箱，并將除氧器壓力與旁路上氣動調節閥作連鎖，當除氧器內壓力超過規定值時連鎖自動打開，調節閥將蒸汽干燥機疏水降壓分流回收至軟化水水箱，在其內進行熱交換加熱軟化水，提高除氧器上水溫度[9-11]。

第二，在停爐或檢修時，精礦粉混合蒸汽干燥疏水進入回收管道，此時水質pH偏于酸性，不符合回收利用上水要求。為此在遇到停爐或檢修時，需要將疏水外排，經研究分析后認為可采用直接由閃速爐蒸汽干燥機處外排和在進入動力除氧器前的蒸汽干燥機疏水回收管道上新增一旁路作為外排管2種辦法。考慮到若是直接由閃速爐排放，由于蒸汽干燥機疏水回收管道較長，當疏水再次回收時突然大量高溫疏水經過冷卻的管道可能出現水沖擊現象[12]，存在一定的安全隱患，于是蒸汽干燥疏水外排采用第二種方式。同時由于蒸汽干燥機疏水中含有大量熱能，若是直接外排進入地溝，就會造成大量的熱能浪費，不符合節能減排的目的，固考慮是否盡可能降低其溫度，充分利用廢熱后再排放。在現場勘查和分析后認為，可將外排蒸汽疏水通過擱置的換熱器對軟化水水箱內軟化水進行換熱進一步利用其廢熱后再進行排放，這樣不但進一步提高軟化水水箱水溫，同時減少外排時蒸汽干燥疏水熱能損失。

2.2" 蒸汽干燥回收系統優化方案

在保證蒸汽干燥疏水正常回收利用的情況下，為了應對停爐、檢修時需蒸汽干燥疏水外排的情況先后進行了2次系統改造。第一次改造主要是實現了蒸汽干燥機疏水安全外排，避免外排時除氧器液位大幅度波動，解決鍋爐給水pH偏低呈酸性的問題。

如圖2所示，第一次改造是在原蒸汽干燥機疏水通過擴容器降溫降壓，由氣、水平衡管直接至除氧器的疏水回收系統基礎上進行的。主要是分別在氣、水平衡管上增加2個截止閥作為回收閥，另水平衡管增設一旁路作為排污管，故當儀表室接到指令后需要至現場進行手動外排回收切換操作。

但是每次人為外排回收切換時不但步驟繁瑣勞動量大，且開關閥門先后順序不能亂，需要一定的操作經驗。否則一旦閥門切換順序錯亂可能會出現因除氧器壓力高于擴容器壓力，而導致除氧器液位偏低，大量水通過平衡管被排出的現象，嚴重時可導致余熱鍋爐無法正常上水。同時，此時疏水溫度高達135 ℃，每次外排大約200 t，直接排入地溝造成了大量的熱能浪費。經過一段時間的試運行后發現對此改進不太滿意，為此為了進一步減少人為失誤，增加廢熱回收利用率和解決除氧器溫度壓力偏高的問題，對系統第二次進行了優化。

在第二次系統優化改造中，主要是解決除氧器頻繁高溫高壓的問題，且盡可能地由自動化替代以往的人工操作，降低人為影響因素。如圖3所示，在蒸汽干燥疏水進入擴容器的原有管道上利用增設換熱器、截止閥、止回閥、氣動閥及進入擴容器前增設外排管道、至軟水水箱的蒸汽干燥疏水旁通管道等措施，完成了疏水回收系統的優化。同時為了減少勞動量提高自動化，在控制程序上將新增疏水外排管道上的外排氣動閥1與進入擴容器前增加的疏水回收氣動閥2、除氧器壓力與新增蒸汽干燥疏水旁通管上的氣動閥3分別作出了連鎖。正常蒸汽干燥疏水回收情況時，蒸汽干燥疏水通過止回閥、氣動調節閥閥2進入擴容器，最終再由汽水平衡管進入除氧器內完成汽水循環利用[13]。此時，如果發生除氧器內壓力超過設定值，至軟化水水箱上方的新增氣動調節閥閥3將會連鎖打開，蒸汽干燥疏水通過旁通管道先一步分流，進入軟化水水箱中，穩定蒸汽干燥疏水壓力和溫度，避免發生除氧器內壓力溫度偏高，且軟化水水箱具有較強的緩沖作用，完全能夠消耗掉旁路干燥機疏水的熱量。當蒸汽干燥疏水需要外排時，只需要在DCS上打開新增外排管道上氣動閥閥1，進入擴容器的氣動閥閥2將連鎖關閉，此時蒸汽干燥疏水將會由調節閥閥1經廢舊老擴容器降壓后進入軟化水水箱中，經過水箱內新增的換熱器換熱后排入地溝。同時由于止回閥、壓差等因素，避免了除氧器內壓力、水位大幅度波動，保證了給水的安全[14]。

3" 結束語

在經過一段時間的實踐，蒸汽干燥疏水回收與利用優化系統運行狀況良好，且經換熱器換熱后外排疏水溫度由原來135 ℃下降至40 ℃左右[15]，徹底消除了因蒸汽干燥疏水排放引起的熱污染。經過調查統計得知，系統優化后除氧器超壓、超溫的次數由原來的6次/月降低為0次/月，鍋爐給水pH也得到保證，完美解決了除氧器因疏水回收引起的一系列問題，實現了干燥機停機或檢修時安全外排和除氧器安全運行的目的，同時也產生了一定的經濟效益節約了成本。

通過調查統計得知，每次蒸汽干燥機疏水外排量大約200 t，每年至少大約需要外排60次，實際上每年則需要排放熱水至少為60×200=12 000 t，在采用回收系統后，這些本外排熱水大約相當于回收了1 500 t的蒸汽，按當前蒸汽市價240元/t計算，實際上每年僅疏水外排一項節約成本為1 500×240=360 000元。

綜上所述，此次優化改造在不影響原有工藝安全穩定運行的前提下，完美達到了預期目標，為進一步實現智能化工廠提供了支撐。

參考文獻：

[1] 王鳳江，徐亞權，金鐵鋼.火力發電廠低壓蒸汽回收利用[J].黑龍江電力，2002，24（2）：152-154.

[2] 周繼志，李一鳴.探討推廣蒸汽疏水回收[J].城市建設，2010，（10）：62-63.

[3] 顧錦龍.蒸汽凝結水的熱量回收與利用[J].中國特種設備安全，2012，28（8）：47-49.

[4] 鄭凱，鄭剛，程巖.熱網加熱器高溫疏水節能技術與應用[J].工業鍋爐，2021（5）：37-41.

[5] 張志煒.庫邁拉蒸汽干燥機貴冶生產實踐簡介[J].銅業工程，2009（4）：50-52.

[6] 常序慶，王芳.熱電分廠乏汽、疏水回收利用措施[J].化工設計通訊，2019，45（6）：176-177.

[7] 郭宗濤，馬心行，辛振華.基于熱電廠定排擴容器廢水回收利用的探討[J].上海節能，2022（4）：509-512.

[8] 李志強，敖慶濤.凝結水與二次閃蒸汽熱能回收利用技術改造[J].節能，2019，38（3）：38-41.

[9] 龐少偉，傅世昭.煉廠蒸汽凝結水的回收利用[J].廣東化工，2009，36（3）：70-71.

[10] 祖運行，楊珂偉.軸封系統工作原理與疏水回收利用[J].建筑工程技術與設計，2021（19）：2624.

[11] 劉經緯，孫世明，吳玉冬.淺談蒸汽疏水閥在硫磺回收裝置的應用[J].數字化用戶，2022，28（21）：215-217.

[12] 蔣敦藝.煉廠儲運罐區蒸汽伴熱與凝結水回收系統研究[J].化工管理，2022（9）：29-31.

[13] 阿依努爾·阿力木.熱電聯產燃煤鍋爐定排污水回收利用技術探討[J].特種設備安全技術，2022（5）：4-6.

[14] 張亞云.供熱管道站疏水回收系統自動調節的優化與探討[J].建筑工程技術與設計，2021（10）：1410.

[15] 翟茂林.連排水余熱回收技術在某集中供熱站的應用[J].節能與環保，2022（9）：44-45.

作者簡介：巴桑次仁（1991-），男，助理工程師。研究方向為余熱發電。