煅燒冷凝水熱能回收的改進

梁爾希

(廣東南方堿業股份有限公司，廣東廣州 510760)

煅燒冷凝水熱能回收的改進

梁爾希

(廣東南方堿業股份有限公司，廣東廣州 510760)

通過對煅燒冷凝液的品質與熱能回收，減少純堿生產補充的脫鹽水用量。回收的熱能有效地閃發蒸汽，降低蒸餾蒸氨過程中蒸汽用量，降低蒸餾汽耗，達到熱能循環生產的目的。同時改善煅燒工序各閃發罐周邊環境，降低安全隱患。

煅燒冷凝水；閃發器；脫鹽水；蒸餾汽耗；熱能回收

蒸汽作為一種清潔、安全的載能體在各行各業中被廣泛應用。蒸汽在各用汽設備中放出汽化潛熱后，變為近乎同溫同壓下的飽和凝結水，由于蒸汽的使用壓力大于大氣壓力，所以凝結水所具有的熱量可達蒸汽全熱量的20%～30%，且壓力、溫度越高的凝結水具有的熱量就越多，占蒸汽總熱量的比例也就越大。回收凝結水的熱量，并加以有效利用，具有很大的節能潛力。一個高效運行的蒸汽冷凝水回收系統，將會顯著提高整個熱力系統的效率，節約電、煤、水及污染處理費用，對工廠的節能降耗，提高經濟效益有顯著的作用。

1 項目背景

我司投產至今，原工藝設計是煅燒中壓蒸汽經放熱后自身的冷凝液通過第一閃器閃發出1.6 MPa飽和蒸汽并入低壓蒸汽管網，閃發后的低壓蒸汽冷凝水再進入第二閃發器，閃發后的冷凝水返回鍋爐系統回收利用。但因我司電站運行模式并未能達到新的國家環保標準，2014年6月份隨著熱電車間關停，蒸汽冷凝水系統隨著我司工況的變化在余熱利用方面存在著冷凝水高質低用或直接排空等問題，造成很大的能源浪費。事后增設一套換熱系統，將冷凝水的潛熱回收利用。煅燒冷凝水經一級板式換熱器與直流水換熱，將水溫降至100 ℃，直流水經冷凝水加熱到75 ℃左右送至石灰車間作化灰用水。冷凝水再經二級板式換熱器與循環水換熱，將溫度降至36 ℃左右送至化水中間水箱用作脫鹽水。

項目投用后雖然取到了較為明顯的回收效果，但在實際運行中也暴露出許多的問題有待解決，主要體現以下2個方面：

1)因煅燒閃發器存在著因負荷大，閃發能力不足而導致冷凝水夾帶蒸汽的現象，直接送至一級板式換熱器對其板片損壞嚴重，直流水中的Ca2+、Mg2+混入脫鹽水中，造成真空機內部與帶濾機濾布結垢嚴重。

2)我司化灰機每班都會例行檢查清堵維修，因石灰化灰高位槽容積較小，換熱后的直流水只能排空，造成大量熱量流失。

從上述問題可以看出，煅燒冷凝水里的余熱收集還有很大的彈性空間，僅僅通過板式換熱器并不能有效地對其進行能源回收利用。

2 項目設計與運行效果

煅燒冷凝水三次閃發項目，主要通過新增閃發器，利用進蒸餾塔低壓蒸汽管上合適的接入點與閃發罐運行壓力的壓差，使煅燒送來的冷凝水閃發，從而回收冷凝水余熱。將三閃出氣管與蒸餾塔一閃出氣管相連，利用蒸餾系統負壓作為冷凝水閃發的動力，冷凝水溫度由125 ℃降至96 ℃，效果明顯，每小時可回收蒸汽3.116 t。

經濟效益：我司購買低壓蒸汽價格150元/t，年節省蒸汽費用合計3.116×24×365×150=409.44萬元。

圖1 冷凝水第三次閃發工藝流程圖

設備投資及折舊：設備成本及安裝費用約18萬元，折舊年限為10年，折舊費用為2萬元/年。合計凈收益409.44-18-20=371.44萬元。

經過閃發后煅燒冷凝水通過一級板式換熱器換熱后，水溫由以前的90 ℃降至50 ℃，而閃發罐更起到緩沖作用，大大改善了板式換熱器的作業條件，為后序的二級換熱器節省循環水用量。閃發的蒸汽更是為大幅降低蒸吸工序的蒸汽用量，為公司節能降耗提供有力保障。

3 項目設計計算

表1 第三閃發器數據表

假設熱量損失為收入熱量的5%。

3.1 物料衡算

收入熱量：

煅燒冷凝水熱量：Q1=525.33m1

支出熱量:

閃發蒸汽：Q2=2 671m2

閃發冷凝水：Q3=398.48m3=398.48×70×961.42=26 817 464 kJ

熱量平衡：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 閃發器的計算

3.2.1 閃發器截面積計算

3.2.2 閃發器高度計算

閃發器高度H=HL+HE+HS

式中：HL—真實液柱高度，停留時間取5分鐘，計算得883 mm；HE—冷凝水降壓膨脹高度，按125 ℃和96 ℃密度差計算為22 mm；HS—分離高度，取經驗1 820 mm。

則閃發器高度H=883+22+1 820=2 725 mm。

客氣里包括尊重和贊賞，不會毫無顧忌，不會隨心任性。心理學上有一條最重要的理論是“人的心理深處最渴望得到別人的尊重和贊賞”。我們在和陌生人交往中會出于禮貌，對他們會非常客氣，別人也會投之以桃、報之以李，這樣關系就會很融洽。

3.3 低壓冷凝水和蒸汽管徑的計算

則DN水=0.13 m=130 mm

則DN汽=0.29 m=290 mm

考慮到管徑應留有富余，則煅燒冷凝水管徑選為DN150，閃發蒸汽管徑選為DN350。

3.4 離心泵的安裝高度計算

吸入阻力損失hc=0.5 m

NPSH=2×1.3=2.6 m

Hg=(PC-PV)106/ρg-hc-[NPSH]

Hg—泵的幾何安裝高低，m；

PC—液面壓力當地大氣壓，MPa；

PV—輸送介質在輸送溫度下的飽和蒸汽壓，MPa；

P—輸送介質的密度，kg/m3；

g—重力加速度，m/s2。

負數為倒灌安裝，即泵的安裝高度必須低于液位1.66 m以上。

4 機組安裝注意事項

1)泵入口為倒灌條件時，應在距泵進口端至少2倍于管直徑的管道上安裝一個關閉閥，便于在檢查和維修泵時關閉進口管道。如圖2所示，管道應從給料源開始是平行或逐漸向下傾斜，不允許任何部分低于泵的進口，以免造成氣穴。管道的進口必須沒入液體表面下足夠的深度，以保證供液中不會有漩渦和夾帶空氣。離心泵如果在其入口處沒有適當的壓力或流型，就不能完全達到設計水平或發揮其最大能力。

圖2 管路安裝示意圖

2)出口管道可根據所輸送介質允許的流速配置，但在泵的出口處，應有一段不小于泵出口直徑4倍的直管，出口閥應與泵出口直徑相等。多數情況下，在泵的出水管路應安裝關閉閥和止回閥。關閉閥用于打開、調節流量及檢查和維修泵。在電機停止運轉后，止回閥保護泵和機修密封免受回流液的水錘造成的損壞。

3)如果進口管路處于真空狀態，抽送的液體中夾雜氣體，泵出口至閃發罐間連接排氣管路，此排氣管路出口在閃發罐最高水位之上。在泵運行中這根排氣管路能防止空氣集結并簡化泵開機時的抽真空或灌注。

4)系統在較長時間進行小流量操作時，通過泵的流量下降，穩態載荷則增加，并且將徑向和軸向出現的動態交變載荷疊加到葉輪和軸上。當泵內出現回流現象時，動態循環分量顯著增大，可能引起軸承損壞，軸和葉輪的斷裂，以及對泵殼、葉輪和密封環磨損。應該在泵的出口安裝旁路管道，旁路管道從泵的出口端與閥門之間連接到泵進口較遠的地方或直接至給料源，以增加泵的流量來減小泵的軸向載荷和徑向載荷。

5 結 語

通過上述熱能回收改造，板式換熱器的運行狀況有明顯的好轉，作業期間不再發生不間斷的異響，閃發出的蒸汽對蒸吸熱母液增益明顯，最終煅燒冷凝水的品質和熱量都得以高效的回收利用。大幅減少純堿生產的脫鹽水與低壓蒸汽，保證生產平穩，降低純堿生產能耗，產生的經濟效益數百萬元，實現公司環保與節能的雙贏目的。

TQ083.4

B

1005-8370(2017)02-19-03

2016-06-06

梁爾希(1989—)，西南民族大學畢業，化學工程與工藝專業。現任廣東南方堿業股份有限公司重堿車間設備員。