有效推进节能减排工作目标

作者:张春江 潘隆 李海涛 车成龙 李建民 文章来源:中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司 发布时间:2013-05-09

本文介绍了某大型国企涂装喷烤漆房蒸汽凝结水系统的工艺流程,针对其涂装喷烤漆房的实际情况,对蒸汽凝结水系统存在的积水、水击、疏水不畅、蒸汽泄漏、凝结水水质不合格等问题进行了分析,提出可行性的改造方案,并分析方案实施后的经济效益和社会效益。

低碳经济已成为全球经济发展的风向标,节能减排亦已成为中国乃至全球经济发展过程中的核心要素。要实现“十二五”节能减排的目标,必须认清形势,迎接挑战,认真履行社会责任,积极采取切实有效的措施,继续深化推进节能减排工作。某公司大型涂装喷烤漆房蒸汽凝结水系统,主要存在设备内积水、水击、疏水不畅、蒸汽泄漏、凝结水水质不合格等一系列问题,急需要进行优化改造。


图1  某品牌Python 1100型气动控制(调节)阀

改造背景

某公司的涂装喷烤漆房内,拥有用于烤漆烘干工艺的多套加热设备,每套设备有4或5组不等的烘干室。喷漆工艺时,喷烤漆房室内温度从常温加热到18℃,加热风不循环;烘干工艺时,喷烤漆房室内温度加热至60℃用于烘干室使用,加热风循环使用。每组加热设备设计风量50000m3。蒸汽供应来自自备锅炉房,蒸汽参数为0.4MPa饱和蒸汽,冬季耗汽量为21t/h,夏季耗汽量为7t/h。进汽总管管径DN250,回水总管管径DN150。但在使用过程中频繁出现积水及水击问题,设备腐蚀严重,严重影响其使用寿命;蒸汽泄漏严重;凝结水铁含量指标和浊度指标无法满足低压锅炉使用,水质不合格。因此必须完善加热蒸汽调节控制系统和蒸汽疏水系统,同时增加凝结水除铁系统,以满足锅炉给水水质指标的要求。

原工艺系统

某公司大型涂装喷烤漆房蒸汽凝结水系统,各烘干室均采用单独进汽单独疏水的方式,加热设备进汽采用开关式两位气动角阀(原气动角阀只有完全打开和完全关闭的两种工作模式)来控制蒸汽的供应,当喷烤漆房室内空气加热温度满足工艺要求时,气动阀根据信号自动完全关闭蒸汽;当喷烤漆房室内空气温度低于设定值时,气动阀完全打开。单独疏水采用国产自由浮球式。各加热设备的凝结水通过各自支管,集中进入架空余压自流凝结水管,集中后排放。

此系统中存在一定问题。首先,利用开关式两位气动角阀来控制蒸汽的供应,会造成换热设备内积水及水击问题的发生。当喷烤漆房室内空气加热温度满足工艺要求时,气动阀根据信号自动关闭蒸汽,此时蒸汽压力接近0(同时可能会有一定的泄漏量,但压力不会太高),造成散热器内的低温过冷水没有足够的压力无法排出,此时设备内会积水;当喷烤漆房室内空气温度低于设定值时,气动阀完全打开,蒸汽压力很高,会造成设备及管道内水击现象的发生;同时由于设备、管道内存水及水击问题,会造成其管路锈蚀严重、换热器因冲刷腐蚀损坏,影响其使用寿命。因此,开关两位控制蒸汽加热系统,不适用于集中凝结水回收系统。

其次,系统疏水不畅,不能连续及时地把蒸汽系统中的凝结水、空气和CO2等不凝性气体排到系统之外,不能很好的防止蒸汽泄漏。

最后,缺少凝结水除铁系统:由于设备间断运行以及其它原因,导致蒸汽使用后凝结水浑浊、发红。其铁含量指标和浊度指标无法满足低压锅炉使用,凝结水水质不合格。

优化方案

通过调研,对冷凝水系统重新设计改造,解决原有问题,节约蒸汽近30%,具体如下:

完善加热蒸汽调节控制系统

某品牌Python 1100型气动控制(调节)阀,可以精确调节控制生产介质的参数,如稳定压力、保证温度等。其是单阀座气动两通球形阀,可以满足用户的生产过程控制要求,可用于多种介质的如压力/温度/流量的调节和控制。气动调节阀组成主要包括阀体(含内件)、执行器、定位器、控制器及附件等,其具有控制精度高,稳定性好,调节控制效果佳等特点。针对方案提出了相应的选型设计要求,具体为:

阀体及内件:选用等百分比调节或线性调节的多孔制导压力平衡型。其选型需要根据介质参数如名称、比重、阀前压力、阀后压力、流量等参数先计算阀流量系数CV值,根据计算得出的CV值查样本表,确定控制阀的尺寸和内件。选型时,计算得出的CV值最好在阀最大CV值的15%~85%之间(中间范围时),其调节控制效果最佳;

执行器:选型时需确定压差(或关断压力),对于调节压力场合为阀前后的压差,对于温度控制场合,关断压力是阀前压力。选择超出计算得出的关闭压力的执行器型号和弹簧设定范围(确保系统供气压力在已选定的弹簧压力范围内)。根据应用场合及用户要求,来确定执行器型式(气开/气闭);

选项配置附件:定位器可将收到的4~20mA电流信号转换为空气压力信号。其决定阀的关断能力,配置定位器,阀可全关(必选项)。压力/温度控制器,空气减压过滤器等。

设备安装:应安装在利于检修维护的地方,阀前后配置要合理,阀执行器等必须垂直于管道安装,不得倾斜。

加热器最大蒸汽负荷为喷漆工艺空气加热,单组风量为50000m3,设计温升-11℃~18℃。根据参数计算,单组加热器最大蒸汽用量约为0.9t/h。具体选型数据参见表1。

完善蒸汽疏水系统

各烘干室加热系统间断运行,疏水阀选择首先要保证加热器正常排水,选择倒吊桶疏水阀。同时为防止设备内积水,在各设备凝结水出口至倒吊桶疏水阀前的支管上,安装小压差安全疏水阀,用于排放设备间断运行开停车阶段的凝结水,防止设备集水及水击问题的发生。安全疏水阀和主疏水阀的凝结水分别进入各自的凝结水回收系统,分别加压回收利用。蒸汽疏水阀的选型参数:

凝结水负荷(蒸汽负荷)G:kg/h;

安全系数A:根据加热设备型式确定;

工作压差ΔP:即蒸汽压力P1与疏水阀背压P2之差MPa;

最大允许压力P:一般为蒸汽系统最大工作压力MPa。所选择的疏水阀应不仅能满足在最大压差下正常工作,而且也能在最小压差下排放凝结水;

某公司烘干室加热蒸汽参数:0.4MPa/饱和蒸汽;

单台最大蒸汽流量:900kg/h。

本设计主疏水阀选用某品牌CK883型倒吊桶式疏水阀,完全满足系统需求。其结构形式为倒吊桶式,阀体材质铸铁,内件为不锈钢,内置过滤器。最高工作压力/温度为1.7MPa/232℃,可排凝结水量为2000kg/h。

由于各烘干室加热系统间断运行,为防止空气加热器设备内集水,在各设备凝结水出口至倒吊桶疏水阀前的支管上,安装<0.1MPa排水的安全疏水阀(接管进入独立回水系统)。当其压差小于0.1Mpa,即低压或无压状态时,疏水阀可将凝结水自动排放;当压差大于0.1MPa疏水阀自动关闭。根据系统现状,选用型号AIC,规格DN20,压差0.1MPa的小浮球式疏水阀。安全疏水阀选用型号75-AICF,规格DN25,以便未加热时段破真空重力排水。

完善凝结水回收系统

为保证凝结水回收系统的正常运行,避免水击现象的发生,在疏水阀前后配管时,应注意避免反坡安装问题的发生,即让凝结水最好由高向低利用重力自流进入总管,总管布置尽量避免不必要的高度变化,也以由高向低自流布置为宜。两台相对应的设备疏水支管,不应相对顶牛进入总管,应分别错开接点汇入主管,以避免相互影响。同时在低压安全疏水及正常加热疏水系统,分别增加凝结水泵加压回收系统,将凝结水分别加压回收至锅炉房待处理利用。

增加凝结水除铁系统

凝结水有很高的经济价值,主要包括新鲜水的价值、软化的价值和热值3个部分。蒸汽凝结水的再利用,其最佳途径是进入锅炉作为补充水使用,以取得最大的节能效益。因此,对较洁净的蒸汽凝结水进行再处理,不仅可以减少软水使用成本,而且可以减少污水处理成本。根据工厂工艺情况,本方案在锅炉房增加凝结水除铁系统,可以阻止悬浮物进入锅炉,保证锅炉产汽系统的安全运行。

经济及社会效益分析

蒸汽凝结水回收量按50t/h,回收凝结水有效利用平均温度按85℃,生水平均温度按15℃考虑,项目实施完成后,每年可产生经济效益165.4万元。凝结水回收利用的经济效益具体计算如下:

凝结水价值=凝结水热价值+凝结水水价值。凝结水热效益折算为燃煤价格,凝结水水价值保守按生水价值算。全年运行时间按4000h。

凝结水热价值=(凝结水温度-生水温度)×比热×燃煤价格×锅炉热效率/煤低位热值=(85-15)×1×740×50%/5000=5.18(元/吨)

凝结水价值=凝结水热值+凝结水水价值=5.18+3.09=8.27(元/吨)

方案实施完成后,回收凝结水全部处理后进锅炉利用,则:每年可产生经济效益=回收利用凝结水量×单位凝结水价值×年运行时间=50×8.27×4000=1654000(元)

该项目的设计与实施,是认清形势,迎接挑战,认真履行社会责任,积极采取切实有效措施实现节能减排和低碳经济的具体体现,节约资源的同时创造了良好的社会效应,环境效益显著,应继续深化与推进。

结论

本文基于涂装、蒸汽、暖通管路等方面的理论,对原工艺流程进行了简介,分析存在的积水、水击、疏水不畅、蒸汽泄漏、凝结水水质不合格等问题,并提出可行性的改造方案,有效提高了能源的利用率,减少了蒸汽损耗。该方案实施后取得了良好的经济效益和社会效益。

【参考文献】

[1] 《实用供热空调设计手册》(陆耀庆主编,中国建筑工业出版社);

[2] 《热能工程设计手册》(化工部热工设计技术中心站);

[3] 《动力管道手册》(机械工业出版社);

[4] 《蒸汽、空气和热水系统解决方案》(2012版);

[5] 《蒸汽供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求》(GB/T12712-91);

[6] 《工业锅炉水质》(GB/T1576-2008)。

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