二次閃蒸汽余熱在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

王志文，耿四軍，李 偉

（安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司蚌埠卷煙廠，安徽蚌埠 233000）

0 引言

本文根據(jù)煙草工業(yè)企業(yè)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備特點(diǎn)，深入研究企業(yè)生產(chǎn)凝結(jié)水二次閃蒸汽特點(diǎn)和工藝空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的潛在節(jié)能空間，采用換熱器對生產(chǎn)凝結(jié)水二次閃蒸汽的余熱進(jìn)行有效回收，并將其用于空調(diào)的節(jié)能運(yùn)行，切實(shí)降低空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗。

1 項(xiàng)目概況

某新征建設(shè)用地565 畝（437 336 m2），其中新建聯(lián)合工房104 830 m2、輔料綜合庫21 810 m2、香精香料庫750 m2、生產(chǎn)管理用房8680 m2、后勤服務(wù)用房6970 m2、地下車庫4150 m2、停車棚4930 m2、動(dòng)力中心8650 m2、污水處理及工業(yè)垃圾站1500 m2、燃?xì)庹{(diào)壓站30 m2，大門及門衛(wèi)室140 m2。規(guī)劃面積144 400 m2，包括片煙醇化庫、庫區(qū)管理用房。

根據(jù)生產(chǎn)工藝對生產(chǎn)工房的溫濕度要求，對聯(lián)合工房的輔料平衡庫、儲葉間、煙絲暫存間、預(yù)混間、混絲加香間、殘煙處理間、貯絲房、卷接包車間、裝封箱區(qū)、手工包裝間、濾棒儲存發(fā)射間、濾棒紙箱暫存間、輔料配盤及入庫間的空調(diào)系統(tǒng)采用不同工房各自分區(qū)、相對獨(dú)立的全空氣空調(diào)系統(tǒng)。利用組合式空調(diào)機(jī)組對空氣集中處理，采用風(fēng)管形式送至控制區(qū)域，使工房溫濕度滿足生產(chǎn)工藝的需求。空調(diào)系統(tǒng)采用的是熱水加熱的方式，配置了一套獨(dú)立的汽—水換熱機(jī)組來產(chǎn)生空調(diào)加熱所需的熱水，在此生產(chǎn)過程中需要消耗大量的蒸汽。

空調(diào)系統(tǒng)所需的蒸汽來源于外購市政蒸汽和自產(chǎn)蒸汽兩個(gè)部分。工藝設(shè)備生產(chǎn)過程中，蒸汽的消耗會產(chǎn)生連續(xù)的凝結(jié)水，凝結(jié)水在回收過程中產(chǎn)生的二次閃蒸汽可以用于鍋爐除氧器加熱。由于二次閃蒸汽的產(chǎn)生量遠(yuǎn)超過鍋爐除氧器工作所需，導(dǎo)致除氧器溫度過高和振動(dòng)，所以只能把多余的閃蒸汽直接排放到室外，造成了能源的浪費(fèi)。基于上述設(shè)備特點(diǎn)，本文對直排閃蒸汽的潛熱加以利用，使其對空調(diào)系統(tǒng)熱水回水進(jìn)行預(yù)加熱，大大節(jié)約汽—水換熱機(jī)組的蒸汽消耗。同時(shí)，產(chǎn)生的凝結(jié)水也可以收集回收到鍋爐除氧器加以利用，既能節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)蒸汽消耗，又能減少鍋爐軟水消耗，實(shí)現(xiàn)“一舉兩得”的節(jié)能降耗目標(biāo)。

2 實(shí)施內(nèi)容

2.1 閃蒸汽熱回收換熱器的選型和容量計(jì)算

通過測算，直排的凝結(jié)水閃蒸汽最大不會超過2 t/h，壓力約0.01 MPa，溫度接近120 ℃。考慮到閃蒸汽的低壓力特點(diǎn)，項(xiàng)目采用了低阻力的列管式（管殼）換熱器、換熱面積30 m2。

2.2 管路和控制部分改造實(shí)施方案

通過實(shí)地調(diào)研，使用部門決定在現(xiàn)有工藝組合式空調(diào)的熱水回水管道上增加一組列管式（管殼）換熱器和相應(yīng)的控制閥門及配套傳感器，系統(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)原理

2.3 工作原理

各個(gè)管道和各個(gè)閥門外包裹有一層保溫層，管道外包裹一層超細(xì)玻璃棉作為保溫層，閥門外包裹保溫夾套作為保溫層（圖1）。設(shè)置保溫層，可避免人員燙傷和有效減少熱量損失，保證裝置安全運(yùn)行。

當(dāng)空調(diào)回水需要預(yù)熱時(shí)，將第1 閥門、第2 閥門和第3閥門打開，第1 連通閥、二次閃蒸汽應(yīng)急排放閥門關(guān)閉，二次閃蒸汽作為熱媒進(jìn)入換熱器。待加熱的空調(diào)回水通過管道進(jìn)入換熱器，經(jīng)與換熱器內(nèi)部的二次閃蒸汽充分換熱后，溫度上升并通過管道經(jīng)第3 閥門送往換熱間。經(jīng)過預(yù)熱后的空調(diào)回水在換熱間經(jīng)汽—水換熱機(jī)組二次加熱后形成熱水，供空調(diào)加熱使用。二次閃蒸汽換熱后形成的凝結(jié)水經(jīng)疏水閥進(jìn)入凝結(jié)水回收罐，當(dāng)液位上升至設(shè)定液位時(shí)水泵啟動(dòng)，將凝結(jié)水回收罐中的凝結(jié)水送往除鐵器，除鐵后做為鍋爐用水使用。

當(dāng)換熱器需要檢修時(shí)，將第1 閥門、第2 閥門和第3 閥門關(guān)閉，第1 連通閥、二次閃蒸汽應(yīng)急排放閥打開，二次閃蒸汽直接送往除氧間；空調(diào)回水經(jīng)第1 連通閥直接送往換熱間，使得二次閃蒸汽以及空調(diào)回水均不經(jīng)過換熱器，以便于對換熱器進(jìn)行檢修。

2.4 熱回收節(jié)能控制策略

2.4.1 閃蒸汽熱回收況下，自動(dòng)開啟列管式（管殼）換熱器的凝結(jié)水閃蒸汽進(jìn)汽，對回水進(jìn)行預(yù)加熱，使其溫度升至接近空調(diào)機(jī)組需要的60℃，以便減少后續(xù)汽—水換熱機(jī)組的蒸汽消耗量。

2.4.2 凝結(jié)水回收

余熱回收系統(tǒng)電氣控制原理如圖2、圖3 所示。當(dāng)凝結(jié)水回收罐液位達(dá)到預(yù)先設(shè)定的高水位時(shí)，自動(dòng)開啟凝結(jié)水回收泵，把凝結(jié)水會送回到鍋爐房除氧器中，以節(jié)約鍋爐軟水的使用量，減少鍋爐系統(tǒng)的耗水量。當(dāng)凝結(jié)水回收罐液位達(dá)到預(yù)先設(shè)定的低水位時(shí)，凝結(jié)水回收泵自動(dòng)保護(hù)停泵，避免水泵空轉(zhuǎn)。

圖2 余熱回收系統(tǒng)電氣原理

圖3 余熱回收系統(tǒng)PLC 控制原理

3 應(yīng)用效果

3.1 應(yīng)用情況

按照余熱回收系統(tǒng)項(xiàng)目計(jì)劃及工作要求進(jìn)行設(shè)備的選型及管路系統(tǒng)的優(yōu)化研究，設(shè)計(jì)智控控制邏輯與功能，并部署實(shí)施。余熱回收系統(tǒng)順利通過試運(yùn)行。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

2021 年全年空調(diào)換熱消耗蒸汽11 525.10 t，2022 年消耗蒸汽8 139.95 t（表1）。余熱回收項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間為2022 年5 月—7 月，2022 年7 月項(xiàng)目開始發(fā)揮作用。從表中數(shù)據(jù)可以看出，2022 年7—12 月的蒸汽

表1 空調(diào)系統(tǒng)蒸汽消耗統(tǒng)計(jì) t

當(dāng)組合式空調(diào)系統(tǒng)需要熱水加熱工消耗量大幅下降，對比2021 年同期的蒸汽消耗情況，共節(jié)約蒸汽3 385.15 t。按市政蒸汽258 元/t 計(jì)算，2022 年余熱回收系統(tǒng)節(jié)約蒸汽費(fèi)用873 368.70 元。在此期間，換熱產(chǎn)生的凝結(jié)水約1080 t，按軟化水5.4 元/t計(jì)算，節(jié)約軟化水費(fèi)用5832 元。余熱回收系統(tǒng)在2022 年7—12 月共實(shí)現(xiàn)節(jié)約費(fèi)用879 200.70 元，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約費(fèi)用1 758 401.40 元。

3.3 社會效益

近年來，為響應(yīng)節(jié)能減排和“雙碳”要求，煙草工業(yè)企業(yè)對生產(chǎn)節(jié)能降耗非常重視。空調(diào)系統(tǒng)占全廠總能耗比例較大，是節(jié)能降耗工作的重點(diǎn)，因此，對空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造勢在必行。本文對凝結(jié)水閃蒸汽用于空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的方案進(jìn)行研究，提出基于凝結(jié)水閃蒸汽余熱回收的空調(diào)節(jié)能控制策略，并將其應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，達(dá)到了優(yōu)化控制，切實(shí)降低廠房空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的目的，符合企業(yè)節(jié)能降耗和“雙碳”目標(biāo)要求。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)煙草行業(yè)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備特點(diǎn)，提出將生產(chǎn)凝結(jié)水二次閃蒸汽用于空調(diào)節(jié)能的控制方案，深入研究工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)凝結(jié)水二次閃蒸汽的特點(diǎn)和工藝空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，提出利用生產(chǎn)凝結(jié)水二次閃蒸汽來給空調(diào)熱水預(yù)熱的控制策略。對現(xiàn)有空調(diào)熱水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將研究成果應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)過程中，切實(shí)降低了廠房空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行蒸汽和軟水消耗，實(shí)現(xiàn)了基于空調(diào)控制系統(tǒng)的全區(qū)域、全流程的可視化監(jiān)控與預(yù)警，并與現(xiàn)有中控系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的即時(shí)采集和歷史數(shù)據(jù)查詢。本文提出的二次閃蒸氣余熱利用方案已取得實(shí)用新型專利成果。