
大量使用蒸汽的工廠,冷凝水和乏汽回收利用都不能充分或沒有利用。實際其回收工程投資很小,但效益特別大。本文從技術(shù)層面論述了回收項目不普及的原因及項目實施中存在的問題,從而提出了較為通用的典型回收方案,供讀者參考。
一、概念與意義
談到熱量回收問題。涉及到下列幾個概念:
1.余熱回收。它不僅包括冷凝水和乏汽的回收,而且還包括煙氣,熱空氣,化工氣體和固體含熱量的回收?;厥盏姆椒ǘ喾N多樣,本文只談及蒸汽、液態(tài)水的熱量回收問題。
2.冷凝水回收。也叫凝結(jié)水回收。由于冷凝水常處于飽和狀態(tài),一般水泵因汽蝕問題無法直接輸送,需要采取必要的技術(shù)手段才能完成輸送。
3.乏汽回收有時稱余汽回收。所謂乏汽是在工藝中排出的無法直接使用的低壓廢汽,也可能是來自于冷凝水的閃蒸汽。所謂閃蒸汽就是冷凝水(常處于飽和態(tài))節(jié)流減壓時分離出來的蒸汽。乏汽也可能是物料干燥揮發(fā)過程產(chǎn)生的汽-氣混合物。乏汽的回收,一般都采用水吸收法,但產(chǎn)生出的熱水常無處可用,這便是“熵過?!边@一普遍存在的世界難題。
我們推薦的用汽汽引射器升壓回收的方案,為解決熵過剩問題提供了一條可選路徑。
很多工廠生產(chǎn)的主要成本是能源,而能源的轉(zhuǎn)化形式就是蒸汽和水,而其中應(yīng)當回收而沒有回收利用的量非常可觀,相當于蒸汽量全國為數(shù)百萬噸/小時。每噸汽年價值在百萬元以上,這樣全國每年浪費的價值在數(shù)千億元。而且這些能源浪費引起的環(huán)境惡化,更是難以估量的。
我們經(jīng)常為工廠做回收方案,其中在效益分析部分常常得出投資回收期不足一年的結(jié)論,甚至幾十天、十幾天就可以回收投資。許多工廠沒有注意到這一點,的確損失很大,所以這方面的宣傳推廣工作勢在必行。
一個好的回收方案,應(yīng)當針對用戶參數(shù)條件,實體設(shè)計,下面分不同的情況談一談。
1.如果回收的是純熱水,即未達到飽和狀態(tài)不含汽,只是水泵抽吸時產(chǎn)生汽蝕,輸送困難,這種情況下,無須設(shè)罐,只要增設(shè)一個水水噴射器(下稱WWJ),通過回流引射,提升一下水泵入口的壓力,使汽蝕余量超過了水泵的必須汽蝕余量即可,如圖一所示:
圖中的:“高壓輸送”“低壓輸送”根據(jù)需要選其一即可。
有的單位,在此條件下依然加罐回收,大大增加了投資。
2.水是飽和水,平時幾乎不含汽,但個別情況下出現(xiàn)蒸汽,這種情況適合于目前流行通用的方案,也是用WWJ提升壓力,增加水的過冷度的方法,但需加閃蒸罐。
在水中有可能含出現(xiàn)蒸汽的情況下應(yīng)該采用閃蒸罐,將蒸汽分離出去后,再對水進行回收。不然的話,蒸汽會干擾WWJ的工作,無法給泵增加出口壓力,因而完全實現(xiàn)不了回收。
通常有三個系統(tǒng)方案見圖二、圖三、圖四
其中圖二方案是用WWJ引射冷凝水進罐,這樣可防止冷凝水爬坡產(chǎn)生水擊并提高罐的運行壓力、溫度,避免閃蒸。缺點是罐內(nèi)水一旦飽和,水泵無法工作,有許多廠家采用此方案。圖三方案是用少量的泵出水引射罐出水,為水泵提供帶有過冷度的進水,優(yōu)點是罐即使有閃蒸,水泵仍能正常工作。圖四方案是圖三方案的改進型,即把外置WWJ改為內(nèi)置,這樣不僅能節(jié)省安裝空間,而且罐內(nèi)的WWJ還可以起到控制水位的作用,即當水位低甚至蒸汽進入WWJ時,WWJ收到干擾會降低流量。
以上三中方案均不能解決有大量閃蒸汽冒出的問題。
3.水中含有大量蒸汽。來的本來就是汽水混合物,這就必然涉及到乏汽回收問題。許多廠家的方案都不對乏汽進行回收并不是不必要,而是不掌握這方面的技術(shù),絕大部分情況下,冷凝水都帶有大量蒸汽,原因一是工藝上本來就沒有把蒸汽全部冷凝下來,二是即使冷凝下來,但冷凝水在經(jīng)過疏水器,閥門,管件及進罐時,產(chǎn)生節(jié)流降壓必然產(chǎn)生蒸汽,如果蒸汽量較大,而且有利用的渠道,那必須要回收。
回收利用的渠道有兩條,一條是加熱成水,可是往往熱水無處可用,這叫熵過剩,是一個節(jié)能難題。另一條就是用高壓汽(例如高于工藝用汽壓力的蒸汽或者是減壓閥前的蒸汽)引射得到升壓后的蒸汽,在原工藝或另外工藝中使用。用蒸汽引射的方法一般廠家不具備這項技術(shù),這是他不回收乏汽的主要原因。
因為用蒸汽引射蒸汽的難度在于引射器的設(shè)計計算,如果沒有高精度的設(shè)計手段,對于這種極低壓力參數(shù)的設(shè)計計算誤差就會很大,所謂差之毫厘,失之千里。我們采用自己開發(fā)的設(shè)計計算軟件SSJ2.3和變工況分析軟件ssjoperation3.3解決了計算精度問題,而且還能仿真出變工況的運行狀態(tài)。這兩款軟件是別無它有的。有的單位聲稱自己也開發(fā)出軟件,是不真實的,豈不知我們是用十幾年的時間經(jīng)過多個專家不斷的結(jié)合現(xiàn)場運行實踐進行修正完善多次升級版本才使軟件成熟起來的。如果懷疑這一點,可以從以下方面來判斷:
(1)看展示:我們可以把計算操作過程當面展示給客戶看。
(2)看速度:設(shè)計軟件(SSJ2.3)在輸入原始數(shù)據(jù)后,可以在10秒內(nèi)完成計算,所以我們與用戶在討論參數(shù)的時候,可以不放電話,隨時給出不同參數(shù)的計算結(jié)果。
(3)看仿真:變工況計算軟件(SSJoperation3.3),專門用來分析計算已投用汽汽引射器的仿真運行特性,可讓用戶提前知道產(chǎn)品的參數(shù)適應(yīng)能力,也可分析設(shè)備運行中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。它的運算時間在1分鐘內(nèi)。這款軟件用到了十分高深的熱力學(xué)和計算數(shù)學(xué)的知識,可以說把通常需要上千年的計算過程縮短在一分鐘內(nèi),我們可以肯定地說,這是世界上唯一的,別無僅有。
(4)看精度:我們采用的數(shù)值分析法比半經(jīng)驗公式法計算精度大幅提高,有時被判為計算引射系數(shù)小不可行的項目,但經(jīng)我公司軟件精確計算后使項目起死回生。
(5)看證書:我們擁有國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的“計算機軟件證書”,登記號為:2010SR005246。
我們提供帶有蒸汽引射功能的回收系統(tǒng)如圖五、圖六所示:
4.實際上用戶的現(xiàn)場條件是很復(fù)雜的,并不是一股冷凝水收起來那么簡單,往往是多條管線多種壓力,不同的含汽量的條件同時出現(xiàn),要做好一個回收方案,必須分析現(xiàn)場條件,提出個性化的解決方案,這些個性化的解決方案包括如下措施:
1)不同路水回收前的相互預(yù)引射。如果不同壓力的水集中到一個容器內(nèi)去閃蒸,那么罐內(nèi)的壓力必須要低于最低壓力那路水的壓力。這樣高壓部分減壓幅度大,無謂增大閃蒸量,增加回收難度,在這里預(yù)引射不失為一個好辦法。
2)分段回收。即按不同壓力段回收,分別利用至不同場合,這樣可以盡可能地保證高壓部分的利用程度。
3)用高廢低。有些情況,全部利用的條件不具備,但若只回收利用較高壓的那部分就夠用或具備利用條件,那么就舍棄低壓部分,只用高壓部分,這樣也會收到很大的經(jīng)濟效益,而低壓部分可以在今后另外尋找利用途徑。
對于較復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境,要發(fā)揮創(chuàng)新思維,提出多個方案比較選出投資省,效益大的最佳方案。