二次闪蒸汽余热在空调系统中的应用

王志文，耿四军，李 伟

（安徽中烟工业有限责任公司蚌埠卷烟厂，安徽蚌埠 233000）

0 引言

本文根据烟草工业企业空调系统的设备特点，深入研究企业生产凝结水二次闪蒸汽特点和工艺空调系统运行现状及存在的潜在节能空间，采用换热器对生产凝结水二次闪蒸汽的余热进行有效回收，并将其用于空调的节能运行，切实降低空调系统的能源消耗。

1 项目概况

某新征建设用地565 亩（437 336 m2），其中新建联合工房104 830 m2、辅料综合库21 810 m2、香精香料库750 m2、生产管理用房8680 m2、后勤服务用房6970 m2、地下车库4150 m2、停车棚4930 m2、动力中心8650 m2、污水处理及工业垃圾站1500 m2、燃气调压站30 m2，大门及门卫室140 m2。规划面积144 400 m2，包括片烟醇化库、库区管理用房。

根据生产工艺对生产工房的温湿度要求，对联合工房的辅料平衡库、储叶间、烟丝暂存间、预混间、混丝加香间、残烟处理间、贮丝房、卷接包车间、装封箱区、手工包装间、滤棒储存发射间、滤棒纸箱暂存间、辅料配盘及入库间的空调系统采用不同工房各自分区、相对独立的全空气空调系统。利用组合式空调机组对空气集中处理，采用风管形式送至控制区域，使工房温湿度满足生产工艺的需求。空调系统采用的是热水加热的方式，配置了一套独立的汽—水换热机组来产生空调加热所需的热水，在此生产过程中需要消耗大量的蒸汽。

空调系统所需的蒸汽来源于外购市政蒸汽和自产蒸汽两个部分。工艺设备生产过程中，蒸汽的消耗会产生连续的凝结水，凝结水在回收过程中产生的二次闪蒸汽可以用于锅炉除氧器加热。由于二次闪蒸汽的产生量远超过锅炉除氧器工作所需，导致除氧器温度过高和振动，所以只能把多余的闪蒸汽直接排放到室外，造成了能源的浪费。基于上述设备特点，本文对直排闪蒸汽的潜热加以利用，使其对空调系统热水回水进行预加热，大大节约汽—水换热机组的蒸汽消耗。同时，产生的凝结水也可以收集回收到锅炉除氧器加以利用，既能节约空调系统蒸汽消耗，又能减少锅炉软水消耗，实现“一举两得”的节能降耗目标。

2 实施内容

2.1 闪蒸汽热回收换热器的选型和容量计算

通过测算，直排的凝结水闪蒸汽最大不会超过2 t/h，压力约0.01 MPa，温度接近120 ℃。考虑到闪蒸汽的低压力特点，项目采用了低阻力的列管式（管壳）换热器、换热面积30 m2。

2.2 管路和控制部分改造实施方案

通过实地调研，使用部门决定在现有工艺组合式空调的热水回水管道上增加一组列管式（管壳）换热器和相应的控制阀门及配套传感器，系统原理如图1 所示。

图1 系统原理

2.3 工作原理

各个管道和各个阀门外包裹有一层保温层，管道外包裹一层超细玻璃棉作为保温层，阀门外包裹保温夹套作为保温层（图1）。设置保温层，可避免人员烫伤和有效减少热量损失，保证装置安全运行。

当空调回水需要预热时，将第1 阀门、第2 阀门和第3阀门打开，第1 连通阀、二次闪蒸汽应急排放阀门关闭，二次闪蒸汽作为热媒进入换热器。待加热的空调回水通过管道进入换热器，经与换热器内部的二次闪蒸汽充分换热后，温度上升并通过管道经第3 阀门送往换热间。经过预热后的空调回水在换热间经汽—水换热机组二次加热后形成热水，供空调加热使用。二次闪蒸汽换热后形成的凝结水经疏水阀进入凝结水回收罐，当液位上升至设定液位时水泵启动，将凝结水回收罐中的凝结水送往除铁器，除铁后做为锅炉用水使用。

当换热器需要检修时，将第1 阀门、第2 阀门和第3 阀门关闭，第1 连通阀、二次闪蒸汽应急排放阀打开，二次闪蒸汽直接送往除氧间；空调回水经第1 连通阀直接送往换热间，使得二次闪蒸汽以及空调回水均不经过换热器，以便于对换热器进行检修。

2.4 热回收节能控制策略

2.4.1 闪蒸汽热回收况下，自动开启列管式（管壳）换热器的凝结水闪蒸汽进汽，对回水进行预加热，使其温度升至接近空调机组需要的60℃，以便减少后续汽—水换热机组的蒸汽消耗量。

2.4.2 凝结水回收

余热回收系统电气控制原理如图2、图3 所示。当凝结水回收罐液位达到预先设定的高水位时，自动开启凝结水回收泵，把凝结水会送回到锅炉房除氧器中，以节约锅炉软水的使用量，减少锅炉系统的耗水量。当凝结水回收罐液位达到预先设定的低水位时，凝结水回收泵自动保护停泵，避免水泵空转。

图2 余热回收系统电气原理

图3 余热回收系统PLC 控制原理

3 应用效果

3.1 应用情况

按照余热回收系统项目计划及工作要求进行设备的选型及管路系统的优化研究，设计智控控制逻辑与功能，并部署实施。余热回收系统顺利通过试运行。

3.2 经济效益

2021 年全年空调换热消耗蒸汽11 525.10 t，2022 年消耗蒸汽8 139.95 t（表1）。余热回收项目实施时间为2022 年5 月—7 月，2022 年7 月项目开始发挥作用。从表中数据可以看出，2022 年7—12 月的蒸汽

表1 空调系统蒸汽消耗统计 t

当组合式空调系统需要热水加热工消耗量大幅下降，对比2021 年同期的蒸汽消耗情况，共节约蒸汽3 385.15 t。按市政蒸汽258 元/t 计算，2022 年余热回收系统节约蒸汽费用873 368.70 元。在此期间，换热产生的凝结水约1080 t，按软化水5.4 元/t计算，节约软化水费用5832 元。余热回收系统在2022 年7—12 月共实现节约费用879 200.70 元，预计每年可节约费用1 758 401.40 元。

3.3 社会效益

近年来，为响应节能减排和“双碳”要求，烟草工业企业对生产节能降耗非常重视。空调系统占全厂总能耗比例较大，是节能降耗工作的重点，因此，对空调系统的节能改造势在必行。本文对凝结水闪蒸汽用于空调系统节能的方案进行研究，提出基于凝结水闪蒸汽余热回收的空调节能控制策略，并将其应用到实际生产中，达到了优化控制，切实降低厂房空调系统运行能耗的目的，符合企业节能降耗和“双碳”目标要求。

4 结束语

本文根据烟草行业空调系统的设备特点，提出将生产凝结水二次闪蒸汽用于空调节能的控制方案，深入研究工业企业生产凝结水二次闪蒸汽的特点和工艺空调系统运行现状，提出利用生产凝结水二次闪蒸汽来给空调热水预热的控制策略。对现有空调热水系统进行改进，将研究成果应用到实际生产过程中，切实降低了厂房空调系统的运行蒸汽和软水消耗，实现了基于空调控制系统的全区域、全流程的可视化监控与预警，并与现有中控系统融合，实现了数据的即时采集和历史数据查询。本文提出的二次闪蒸气余热利用方案已取得实用新型专利成果。