蒸汽供暖加濕回流綜合利用系統(tǒng)研究★

張 慶 朱永英

* 何遠晴 張 桃 扶 明

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·水·暖·電·

蒸汽供暖加濕回流綜合利用系統(tǒng)研究★

張 慶 朱永英

* 何遠晴 張 桃 扶 明

(大連海洋大學海洋與土木工程學院，遼寧 大連 116023)

針對工礦企業(yè)大量清潔蒸汽浪費的現(xiàn)象，建立了一套蒸汽供暖加濕回流綜合利用系統(tǒng)，詳細介紹了其設計原理及設計中的幾個關鍵問題，并指出了該系統(tǒng)的創(chuàng)新特色，以期通過系統(tǒng)的開發(fā)及推廣應用，提高蒸汽資源的利用率。

蒸汽，冷凝水，回收利用，供暖

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，越來越多的工廠企業(yè)拔地而起，在帶來可觀的經(jīng)濟效益的同時，節(jié)能問題也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。鋼鐵廠、食品廠、造紙廠、浴池等諸多工廠企業(yè)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生大量的蒸汽，據(jù)統(tǒng)計，我國年產(chǎn)蒸汽約20億t[1]。然而通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)只有部分蒸汽被利用，而很大部分清潔蒸汽被直接排入大氣，蒸汽利用率低，損失量大，造成蒸汽資源的嚴重浪費。另一方面，在被利用的蒸汽部分，普遍存在著能級和能級的匹配性差、高質(zhì)低用、低質(zhì)無用的現(xiàn)象。冬季采暖期對蒸汽的需求明顯高于非采暖期，因此非采暖期蒸汽被放散掉的現(xiàn)象嚴重。蒸汽冷凝水是較為純凈的蒸餾水，含有其同溫同壓下飽和蒸汽15%～28%的能量[2]。因此冷凝水若能有效地加以回收利用，將會帶來巨大的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

針對工礦企業(yè)多余的大量清潔蒸汽浪費的現(xiàn)象，本文建立一個蒸汽供暖加濕回流綜合利用系統(tǒng)，實現(xiàn)蒸汽的運輸、利用蒸汽余熱輔助供暖和為住戶空氣加濕的目的。同時在供暖和加濕完畢后把剩余的蒸汽通過冷卻裝置和處理裝置得到較為清潔的蒸餾水，作為直飲水供給居民，從而實現(xiàn)蒸汽資源和水資源的充分利用。

1 系統(tǒng)設計原理及設計思路

本系統(tǒng)利用氣體的流動性以及現(xiàn)有供暖管道，可以簡便快捷地實現(xiàn)蒸汽余熱輔助供暖及冷凝水的回收利用，可顯著降低能源消耗，節(jié)約蒸汽資源及水資源。

系統(tǒng)工作原理見圖1。

夏季非采暖期，采集后的蒸汽在蒸汽收集室匯集；經(jīng)夏季閥門通過蒸汽冷凝回收管道到達蒸汽冷凝室進行冷凝液化；液化后的冷凝水收集到冷凝水回收室，達到一定量后通過回收管道輸送到地下修建的水處理室中進行水處理，之后便可輸送到用戶家中作為飲用水。

冬季采暖期，采集后的蒸汽在蒸汽收集室匯集；通過冬季閥門后到達蒸汽處理室，簡單的過濾處理后直接沿保溫運輸管道運輸?shù)骄用駞^(qū)；多余的蒸汽通過蒸汽冷凝回收管道被輸送到蒸汽冷凝室進行類似夏季的冷凝回收過程；被運送到居民區(qū)后的蒸汽通過蒸汽分配管道分送到各住戶家中，由住戶自行制定加濕標準，系統(tǒng)中采用濕度控制開關，當室內(nèi)濕度達到標準時開關自動關閉不會造成室內(nèi)過度潮濕，保證了室內(nèi)濕度適宜[3]。多余的蒸汽則進入冷凝水回收管道進行冷凝作用，釋放大量熱能起到輔助住戶供暖的作用，釋放熱量后的蒸汽液化形成冷凝水在重力作用下沿管道流回建于地下的回流水處理室中，進行簡單的處理后再輸送到用戶家中作為飲用水。

2 系統(tǒng)設計中的關鍵問題

1)理論上清潔蒸汽冷凝水是純凈的蒸餾水，適合重新作為工業(yè)鍋爐等設備給水。但是由于工業(yè)蒸汽給水是軟化水，而且除氧工藝不完善，導致了蒸汽冷凝水pH值偏低、氧含量偏高，氧腐蝕和酸腐蝕嚴重，這是冷凝水污染程度大的主要原因[4]。所以在蒸汽輸送前需進行簡單處理，液化后再進一步處理可供給用戶。

2)蒸汽的熱能由顯熱和潛熱兩部分組成，通常用汽設備只利用了蒸汽的潛熱和少量的顯熱。釋放潛熱和少量顯熱后的蒸汽還原成高溫的冷凝水，其熱能價值占蒸汽熱能價值的25%左右[4]，故在蒸汽運輸過程中應盡量減少蒸汽熱量的損耗。分析評價現(xiàn)有的輸汽管線保溫狀況，針對輸送管道保溫的薄弱環(huán)節(jié)和存在問題，選擇適宜的管道材料，減少蒸汽輸送和利用過程中的能量損失。

3)鈦和銅都是蒸汽管道系統(tǒng)中常用的材質(zhì)。鈦及鈦合金具有較低的密度，較高的強度，良好的塑性和韌性，足夠的抗腐蝕性，是一種優(yōu)良的輕質(zhì)結構材料，但其成本造價較高[5]。銅及銅合金具有優(yōu)良的導電、導熱性能，良好的冷、熱加工性能，高的抗氧化性以及抗腐蝕性能，有些銅合金還具有較高的強度，并且價格相對低廉。故此研究中冷凝室采用銅質(zhì)冷凝蜂窩網(wǎng)，蜂窩狀設計更能增大蒸汽與金屬接觸面，加快冷卻。

4)目前蒸汽管道采用的保溫材料大多吸水性強、強度低，故本研究中改用憎水性強、強度高的保溫材料替換。該材料是一種高鐵鋁低鈣型固體粉料，在活化劑的作用下，它會與水發(fā)生化學反應而形成固化物，這種固化物在420 ℃高溫的反復沖擊下無裂縫、不開裂，強度和保溫性能基本不降低[6]。

3 創(chuàng)新特色

1)該冷凝水的回收利用裝置無需任何壓力容器，可以大大避免蒸汽氣蝕影響設備實驗壽命，保護系統(tǒng)安全。

2)在蒸汽輸送環(huán)節(jié)，采用冬夏雙閥門。冬季采暖期大部分蒸汽進入供暖及加濕管道，而非采暖期為保護供暖管道，蒸汽直接通過夏季閥門經(jīng)過冷卻管道進入冷卻室。

3)在加濕環(huán)節(jié)采用智能濕度控制開關，保證室內(nèi)濕度適宜。

4)在剩余蒸汽的冷卻環(huán)節(jié)，采用分段分區(qū)冷卻的方式，以小區(qū)或者街道為單位安裝冷卻裝置，這樣既能避免某個區(qū)域冷卻水過剩又能減輕冷卻裝置的工作荷載。每個區(qū)域所分擔的蒸汽量不需要安裝離心泵冷卻器等設備，只需簡單的冷卻室，降低了系統(tǒng)成本。

4 結語

本研究對于大量多余的清潔蒸汽進行回收再利用，以提高蒸汽這一清潔能源的利用率，減少能源浪費、能量損失。通過建立一個蒸汽供暖加濕回流綜合利用系統(tǒng)，實現(xiàn)蒸汽余熱輔助供暖及冷凝水的回收利用，達到高質(zhì)高用，低質(zhì)充分利用的目標，實現(xiàn)蒸汽資源循環(huán)利用的目的。在能源、資源日益緊張的當下，具有非常重要的戰(zhàn)略意義和較大的推廣應用價值。

[1] 石書喜.蒸汽流量測量的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].中國儀器儀表,2002,22(2):1-5.

[2] 湯 鳳,尹顯錄,胡念武,等.蒸汽鍋爐冷凝水回收控制方法及效益分析[J].工業(yè)鍋爐,2008(4):32-34.

[3] 宋元平.簡易智能加濕器設計[J].民營科技,2010(11):11.

[4] 杜玉輝.工業(yè)鍋爐冷凝水余熱利用與回收一體化裝置[D].廣州：華南理工大學,2011.

[5] 馮 振.鈦/銅異種金屬冷金屬過渡技術及接頭腐蝕行為[D].蘭州：蘭州理工大學,2014.

[6] 劉承婷.蒸汽管道保溫材料與保溫結構優(yōu)化研究[D].大慶：東北石油大學,2013.

Research of the steam system with heating, humidification, recycle and reuse★

Zhang Qing Zhu Yongying* He Yuanqing Zhang Tao Fu Ming

(OceanandCivilEngineeringDepartment,DalianOceanUniversity,Dalian116023,China)

According to the waste of large clean vapor from mining enterprises, this paper researches a steam system with heating, humidification, recycle and reuse. The design principle is described detailed and some key problems in design are introduced. The innovative features of the system are also shown. The utilization of steam resources will be improved with the development and application of the steam system.

steam, condensate water, recycle and reuse, heating

2016-03-22★:2015年遼寧省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目

朱永英(1979- )，女，副教授

1009-6825(2016)16-0120-02

TU833

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