煅烧冷凝水热能回收的改进

2017-04-20梁尔希

纯碱工业 2017年2期

关键词：我司凝结水冷凝水

梁尔希

(广东南方碱业股份有限公司，广东广州 510760)

煅烧冷凝水热能回收的改进

梁尔希

(广东南方碱业股份有限公司，广东广州 510760)

通过对煅烧冷凝液的品质与热能回收，减少纯碱生产补充的脱盐水用量。回收的热能有效地闪发蒸汽，降低蒸馏蒸氨过程中蒸汽用量，降低蒸馏汽耗，达到热能循环生产的目的。同时改善煅烧工序各闪发罐周边环境，降低安全隐患。

煅烧冷凝水；闪发器；脱盐水；蒸馏汽耗；热能回收

蒸汽作为一种清洁、安全的载能体在各行各业中被广泛应用。蒸汽在各用汽设备中放出汽化潜热后，变为近乎同温同压下的饱和凝结水，由于蒸汽的使用压力大于大气压力，所以凝结水所具有的热量可达蒸汽全热量的20%～30%，且压力、温度越高的凝结水具有的热量就越多，占蒸汽总热量的比例也就越大。回收凝结水的热量，并加以有效利用，具有很大的节能潜力。一个高效运行的蒸汽冷凝水回收系统，将会显著提高整个热力系统的效率，节约电、煤、水及污染处理费用，对工厂的节能降耗，提高经济效益有显著的作用。

1 项目背景

我司投产至今，原工艺设计是煅烧中压蒸汽经放热后自身的冷凝液通过第一闪器闪发出1.6 MPa饱和蒸汽并入低压蒸汽管网，闪发后的低压蒸汽冷凝水再进入第二闪发器，闪发后的冷凝水返回锅炉系统回收利用。但因我司电站运行模式并未能达到新的国家环保标准，2014年6月份随着热电车间关停，蒸汽冷凝水系统随着我司工况的变化在余热利用方面存在着冷凝水高质低用或直接排空等问题，造成很大的能源浪费。事后增设一套换热系统，将冷凝水的潜热回收利用。煅烧冷凝水经一级板式换热器与直流水换热，将水温降至100 ℃，直流水经冷凝水加热到75 ℃左右送至石灰车间作化灰用水。冷凝水再经二级板式换热器与循环水换热，将温度降至36 ℃左右送至化水中间水箱用作脱盐水。

项目投用后虽然取到了较为明显的回收效果，但在实际运行中也暴露出许多的问题有待解决，主要体现以下2个方面：

1)因煅烧闪发器存在着因负荷大，闪发能力不足而导致冷凝水夹带蒸汽的现象，直接送至一级板式换热器对其板片损坏严重，直流水中的Ca2+、Mg2+混入脱盐水中，造成真空机内部与带滤机滤布结垢严重。

2)我司化灰机每班都会例行检查清堵维修，因石灰化灰高位槽容积较小，换热后的直流水只能排空，造成大量热量流失。

从上述问题可以看出，煅烧冷凝水里的余热收集还有很大的弹性空间，仅仅通过板式换热器并不能有效地对其进行能源回收利用。

2 项目设计与运行效果

煅烧冷凝水三次闪发项目，主要通过新增闪发器，利用进蒸馏塔低压蒸汽管上合适的接入点与闪发罐运行压力的压差，使煅烧送来的冷凝水闪发，从而回收冷凝水余热。将三闪出气管与蒸馏塔一闪出气管相连，利用蒸馏系统负压作为冷凝水闪发的动力，冷凝水温度由125 ℃降至96 ℃，效果明显，每小时可回收蒸汽3.116 t。

经济效益：我司购买低压蒸汽价格150元/t，年节省蒸汽费用合计3.116×24×365×150=409.44万元。

图1 冷凝水第三次闪发工艺流程图

设备投资及折旧：设备成本及安装费用约18万元，折旧年限为10年，折旧费用为2万元/年。合计净收益409.44-18-20=371.44万元。

经过闪发后煅烧冷凝水通过一级板式换热器换热后，水温由以前的90 ℃降至50 ℃，而闪发罐更起到缓冲作用，大大改善了板式换热器的作业条件，为后序的二级换热器节省循环水用量。闪发的蒸汽更是为大幅降低蒸吸工序的蒸汽用量，为公司节能降耗提供有力保障。

3 项目设计计算

表1 第三闪发器数据表

假设热量损失为收入热量的5%。

3.1 物料衡算

收入热量：

煅烧冷凝水热量：Q1=525.33m1

支出热量:

闪发蒸汽：Q2=2 671m2

闪发冷凝水：Q3=398.48m3=398.48×70×961.42=26 817 464 kJ

热量平衡：525.33m1=2 671m2+26 817 464+0.05×525.33m1

物料平衡：m1=m2+m3=m2+67 299.4

解得：m2=3 116 kg/h，m1=70 415.4 kg/h

3.2 闪发器的计算

3.2.1 闪发器截面积计算

3.2.2 闪发器高度计算

闪发器高度H=HL+HE+HS

式中：HL—真实液柱高度，停留时间取5分钟，计算得883 mm；HE—冷凝水降压膨胀高度，按125 ℃和96 ℃密度差计算为22 mm；HS—分离高度，取经验1 820 mm。

则闪发器高度H=883+22+1 820=2 725 mm。

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3.3 低压冷凝水和蒸汽管径的计算

则DN水=0.13 m=130 mm

则DN汽=0.29 m=290 mm

考虑到管径应留有富余，则煅烧冷凝水管径选为DN150，闪发蒸汽管径选为DN350。

3.4 离心泵的安装高度计算

吸入阻力损失hc=0.5 m

NPSH=2×1.3=2.6 m

Hg=(PC-PV)106/ρg-hc-[NPSH]

Hg—泵的几何安装高低，m；

PC—液面压力当地大气压，MPa；

PV—输送介质在输送温度下的饱和蒸汽压，MPa；

P—输送介质的密度，kg/m3；

g—重力加速度，m/s2。

负数为倒灌安装，即泵的安装高度必须低于液位1.66 m以上。

4 机组安装注意事项

1)泵入口为倒灌条件时，应在距泵进口端至少2倍于管直径的管道上安装一个关闭阀，便于在检查和维修泵时关闭进口管道。如图2所示，管道应从给料源开始是平行或逐渐向下倾斜，不允许任何部分低于泵的进口，以免造成气穴。管道的进口必须没入液体表面下足够的深度，以保证供液中不会有漩涡和夹带空气。离心泵如果在其入口处没有适当的压力或流型，就不能完全达到设计水平或发挥其最大能力。

图2 管路安装示意图

2)出口管道可根据所输送介质允许的流速配置，但在泵的出口处，应有一段不小于泵出口直径4倍的直管，出口阀应与泵出口直径相等。多数情况下，在泵的出水管路应安装关闭阀和止回阀。关闭阀用于打开、调节流量及检查和维修泵。在电机停止运转后，止回阀保护泵和机修密封免受回流液的水锤造成的损坏。

3)如果进口管路处于真空状态，抽送的液体中夹杂气体，泵出口至闪发罐间连接排气管路，此排气管路出口在闪发罐最高水位之上。在泵运行中这根排气管路能防止空气集结并简化泵开机时的抽真空或灌注。

4)系统在较长时间进行小流量操作时，通过泵的流量下降，稳态载荷则增加，并且将径向和轴向出现的动态交变载荷叠加到叶轮和轴上。当泵内出现回流现象时，动态循环分量显著增大，可能引起轴承损坏，轴和叶轮的断裂，以及对泵壳、叶轮和密封环磨损。应该在泵的出口安装旁路管道，旁路管道从泵的出口端与阀门之间连接到泵进口较远的地方或直接至给料源，以增加泵的流量来减小泵的轴向载荷和径向载荷。