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水箱液位计在蒸汽凝结水的热量回收利用系统中的应用

发布时间:2021-01-18 09:41:39  点击次数:201次

本地某机械厂在生产中需要用到大量的蒸汽,所用蒸汽用于工艺生产和工艺空调,工艺生产设备的用汽压力为0.8MPa,工艺空调的用汽压力为0.04MPa,均为饱和蒸汽。
蒸汽经换热器释放潜热后,变成饱和的凝结水,该凝结水是一种高温软化水,其含有的热量占蒸汽总热量的25%左右。经统计,目前每年产生的凝结水量约为6.5万吨。这些蒸汽凝结水中蕴藏了大量的热能,因此必须加以回收利用,从而降低成本,减少环境污染,实现节能减排的目标。本文针对于如何有效地对这些凝结水加以回收,以及凝结水在回收器中如何利用水箱液位计等仪表进行测量的监控加以分析说明。

一、改造前凝结水回收系统的状况
改造前,该采用的是开式凝结水回收系统。各用汽点产生的凝结水通过凝结水管道回流到动力中心地下室的开式凝结水箱。其中主要的凝结水回收管路有两路:
工艺生产凝结水管路:生产用蒸汽在各用汽生产设备释放潜热后,经疏水器及管道回到开式凝结水箱。
工艺空调凝结水管路:空调用蒸汽经换热器换热将空调风加热后热量降低成为乏汽和乏水,经疏水器及管道直接回到开式凝结水箱。
回到开式凝结水箱中的水经过化验合格后由水泵送到除氧罐作为锅炉进水使用。凝结水箱为开放式结构,与大气相通。凝结水从管道进入水箱,压力下降,产生大量的二次闪蒸蒸汽。闪蒸蒸汽通过凝结水箱的排放管排入大气,蒸汽中的热能和水份均排放到环境中。
闪蒸出来的二次蒸汽包含了大量热能,蒸汽的热能由显热和潜热两部分组成,系统回收的凝结水只含有显热部分,相对于潜热热值很小,大部分热量随二次蒸汽排入大气,造成能源的浪费,也造成了热污染。
在凝结水回流量较大时,闪蒸蒸汽排放不畅,在凝结水箱产生蒸汽压力,部分闪蒸蒸汽通过检修人孔溢流到地下室。造成地下室空气湿度变大甚至饱和,产生滴水,对地下室动力柜、设备等构成了严重的威胁,也引起了地下室屋顶、墙面涂料的脱落。
二、回收系统的改造及余热利用方案
1. 将原有的开式凝结水回收系统改为闭式回收系统
在生产、空调和其他冷凝水回收管道上安装阀门,阀门关闭后冷凝水不再直接回到凝结水箱。在这些管道上连接旁通管道,将凝结水分别接入多路共网器,多路共网器根据引射原理将不同压力的凝结水汇流到一起形成高温热水进入凝结水闭式回收器。凝结水闭式回收器的水泵将高温热水送往用热点,在经过换热降温后回到容器罐实现供水循环。
凝结水闭式回收器是由余压利用机构、主动引流和加压机构、汽蚀消除装置、液位变送传感控制系统、承压储水容器、自控箱及电机泵等组成的成套装置,采用了一系列汽蚀消除技术,彻底消除了凝结水加压泵的汽蚀,使水泵处于输送单相高温液体的最佳状态。
闭式回收器采用智能化自动控制,在凝结水回收罐上安装了一个水箱液位计加液位远传变送器。用它来测量罐内的水位,水箱液位计可以直观显示水位情况,同时水箱液位计远传变送器装置将水位信号以4~20mA的形式送给控制箱上的PID控制仪,控制仪根据水位来调节回水管上的排水阀的开度,当不断回流的冷凝水使容器的液位上升时,控制系统命令安装在回水管道上的自动控制阀门开启,将低温水排到凝结水箱,当水位下降时逐渐关小阀门,直至达到低水位限制时阀门关闭,以此来保持容器罐的水位稳定。
闭式回收器的放空口设置了乏汽排放阀。在回收器罐体上装了一个压力传感器,测量罐内的压力。传感器测出的压力以4~20mA的形式送给控制系统的PLC,PLC根据罐内压力来调节乏汽排放阀的开度,当罐内的压力高于设定压力时,排放阀就根据PLC的信号开启。通过乏汽排放阀的控制,可以在个别情况下(比如管道上游疏水阀泄漏)将系统剩余热量通过蒸汽的形式排放掉,实现整个凝结水回收管道保持微背压甚至是零背压的运行方式。
为保证高温热水具有良好的换热品质,在高温热水进入制冷机或换热站前设置了一台汽水换热器,在水温不足时适当打开蒸汽补充热量。蒸汽来自低压汽包,蒸汽通过自动调节阀进入板式换热器,换热后经疏水阀将凝结水排到多路共网器。
2.凝结水热量的综合利用
对于回收的凝结水的热量,根据不同的季节,我们设置了多个利用途径:
加热锅炉给水。在高温热水管道安装水一水换热器,让凝结水闭式回收器水泵的出水先经过换热器对从软水箱到除氧堆的锅炉软化水进行加热,经过热量释放的水继续进入溴化锂制冷机可换热站的换热器。锅炉软化水经过换热器后温度可提高40℃~50℃,在锅炉软化水流量较小时温升可达到60℃,进入除氧器加热器前就已经达到90℃以上。大大节省了除氧器前加护器的蒸汽耗用量。
(2)冬季将高温水应用到采暖换热
换热站有三个换热器,其中两个是用蒸汽加热暖通提环水的汽水换热器,一个是用来自凝结水回收系统的高温劫水加热暖通循环水的水水换热器。凝结水回收系统在冬季将高温热水送入水水换热器,将采暖水加热到所需温度,供采吸使用。从两个冬季环境下的运行情况看,用一个水水换热器已经可以满足供暖需求,换热站的两个汽水换热器已不再需要运行。
对于水水换热器的控制是由安装在水水换热器回水管道上的三通阀来实现的。控制系统的PLC根据换热站暖通循环水的出水水温,将这个值与换热站出水设定值相比较,来确定三通阀的开度。若出水温度值低于设定值,三通阀通往水水换热器的一路就打开,让高温热水加热暖通循环水。出水温度接近设定值,三通阀的开度会逐渐变小,通往水水换热器的水减少,而没有参加换热的水直接通过三通阀的另一路进入旁通管道直接回到凝结水闭式回收器。当出水温度高于设定值,通往水水换热器的一路会完全关闭,全部经旁通阀回流。三通阀可保证管道中的总流量不会变化,使凝结水回收系统保持稳定的循环流量。
夏季将高温水应用到热水型溴化锂制冷机。在动力中心安装一台80万大卡/小时的热水型溴化锂制冷机。将高温热水输送到溴化锂制冷机,作为制冷的热源。制冷机根据设定的出水温度自动调节输入的热量,生产满足要求的冷媒水。澳化锉制冷机的冷媒水与其它制冷机的冷媒水并网后供应整个空调系统。高温热水经换热温度降低后回到凝结水闭式回收器。
三、改造效果综合评价
1. 取得较好的改造效果?
通过利用水箱液位计、压力变送器、换热器设备对凝结水回收系统进行了全面改造,实现了凝结水的闭式回收。对高温热水的利用进行了系统改进,实现了对热量的充分利用,创造了良好的经济和社会效益。
合理用热,实现热量回收和使用的平衡。适应全年的工艺状况,充分考虑到了过渡季节、冬季的热量使用,在夏季用于制冷。全年余热平均利用率在90%以上。
热量充分利用后,凝结水回收系统内没有多余能量产生压力,从而实现了凝结水管道微背压运行,对上游用汽点未产生不良影响。
制冷机和换热站用三通阀控制,实现循环水的稳定运行。
对压力排放进行自动控制,保证系统的安全稳定运行。
全过程的自动控制,实现安全连续运行。
2. 取得较好的经济效益
以年回用冷凝水6.5万吨计算。改造前,只是回收的凝结水,平均温度在70℃,改造后按照高温热水温度为135℃计算:
年回收蒸汽凝结水热量约合0.8MPa的蒸汽:(135-70)×65000/660=6401吨。(注:蒸汽产生的凝结水温度:135℃,焓值:135Kcal/kg)。软化水温度:70℃,焓值:70Kcal/kg,0.8MPa饱和蒸汽焓值:660Kcal/Kg。
以90%的热量利用率计算,年节约蒸汽:6401×90%=5 761吨。目前蒸汽的价格为:218元/吨,折合年节约能耗费用为:5761吨×218元/吨=125.6万元。
3. 取得良好的社会效益
(1)彻底消除因排放凝结水和闪燕二次汽造成的热污染。
(2)整个冷凝水回收系统为完全密闭系消除安全隐患,实现清洁生产。彻底消除了凝结水箱的二次蒸汽,解决了地下室的潮湿和结露问题。
(3)凝结水不会被空气中的氧气再污染,可以直接利用,节约水处理费用。
(4)凝结水泵在输送高温凝结水的状态下不发生汽蚀,确保了能源回收系统的长期安全运行。
此蒸汽凝结水闭式回收系统经一年多的运行,安全可靠,凝结水的回收效果良好,余热的综合利用节能效果明显,为企业能耗指标处于同行业先进行列做出了积极的贡献。

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