過熱蒸汽噴水降溫裝置及自動調節(jié)控制系統(tǒng)

劉德潑，陳 軍，陸建軍，馬葛君，仇文倩

（江蘇金通靈流體機械科技股份有限公司，江蘇 南通 226001）

機械蒸汽再壓縮（MVR）技術被廣泛應用于食品加工、化工、紙業(yè)、鹽場、制藥等領域，其工作過程是將從分離器出來的低溫、低壓二次蒸汽經過壓縮機壓縮，蒸汽的溫度和壓力提高，熱焓增加，然后進入換熱器給物料加熱，蒸汽放出熱量，冷凝成水，物料吸熱，形成二次蒸汽，重復以上過程。二次蒸汽狀態(tài)為飽和狀態(tài)，經過壓縮之后，變成過熱態(tài)，如果直接進入換熱器，過熱蒸汽先降溫變成飽和蒸汽，再發(fā)生相變，換熱效率低，換熱面積利用率下降。

為了提高換熱效率，在MVR系統(tǒng)中，通常采用噴水降溫方式，進入換熱器前將過熱蒸汽變成飽和蒸汽。目前主要通過手動控制噴水降溫水量，操作復雜、控制精度低、容易造成少噴或過噴問題。本文利用PLC控制技術，由手動控制改成自動化控制，不需人員操作，根據現場工況條件變化，比如蒸汽壓力、冷卻水水溫等，自動調節(jié)噴水量，避免了少噴和過噴的問題出現。

1 噴水降溫裝置組成

采用變頻調節(jié)方式，噴水降溫裝置組成如圖1所示。

圖1 噴水降溫裝置圖

噴水降溫裝置主要包括過濾器、變頻水泵、壓力表、安全閥、霧化噴嘴、鉑熱電阻和壓力變送器等部件組成，冷卻水采用軟水，可防止長時間使用后結垢，造成霧化噴嘴效果差問題。經過水泵提高壓力，將冷卻水送到噴嘴后進行霧化，冷卻水以霧狀與過熱蒸汽混合吸熱蒸發(fā)，從而達到降低過熱蒸汽溫度的目的。

2 噴水降溫自動調節(jié)控制系統(tǒng)

噴水降溫控制原理是根據壓力變送器檢測蒸汽壓力P值，自動計算該壓力P值對應的飽和溫度T0；與鉑熱電阻檢測值T進行比較，控制T－T0值在2～4℃。如果高于4℃，則說明蒸汽過熱度高，提升水泵頻率，即增大噴水量；反之，如果低于2℃，則說明蒸汽已接近或已是飽和態(tài)，避免冷凝水的形成，降低水泵頻率，即減少噴水量。通過實時的壓力和溫度監(jiān)測，自動調節(jié)水泵的頻率，降低了人員的操作難度。現場環(huán)境惡劣，可將噴水降溫系統(tǒng)設置了就地和遠程控制兩種方式，在中控室也可對現場的水泵進行自動調節(jié)控制，改善了現場操作人員環(huán)境和勞動強度。

由于飽和水蒸汽壓力值與溫度值一一對應，如果采用查表法，則程序執(zhí)行時間長、準確性差。結合MVR系統(tǒng)使用情況，正常飽和溫度在30～200℃，可選取該段數據，利用擬合公式軟件，根據壓力值直接計算得飽和溫度，程序簡單，擬合公式如下：

式（1）中：T0為飽和水蒸氣溫度，℃；P為壓力值，kPa。

3 噴水降溫在實際工程中的應用

3.1 設計參數

濃縮硫酸鈉溶液某MVR系統(tǒng)項目，設計條件，蒸汽質量流量30 t/h，出氣壓力（絕對壓力）為158.4 kPa，過熱蒸汽溫度為153℃，冷卻水溫度為113℃。

3.2 冷卻水量計算

根據熱平衡原理，即冷卻水完全蒸發(fā)吸收的熱量等于過熱蒸汽放出的熱量。平衡公式如下：

式（2）中：M0為冷卻水質量流量；H1為飽和汽比焓；H0為飽和水比焓；M1為水蒸汽質量流量；H2為過熱蒸汽比焓。

根據水蒸汽特性軟件查詢，H1=2 695.6 kj/kg；H0=474.07 kj/kg；H2=2 778.35 kj/kg。計算得M0=1.117 t/h，考慮到負荷、蒸發(fā)量變化、噴嘴的霧化效果，噴水量取20%裕量，即所需冷卻水量位1.341 t/h。

3.3 管徑選擇

根據《火力發(fā)電廠汽水管道設計技術規(guī)定》中“離心泵出口管道及其他壓力管道”推薦的管道介質流速為2～3 m/s，對于直徑小、介質參數低的管道，宜采用較低值，且為開式系統(tǒng)，流速選取為2 m/s，計算得管道直徑為15.4 mm。

3.4 霧化噴嘴和水泵選擇

選用實心噴嘴，噴霧形狀為圓錐形，霧化效果好，結構緊湊，安裝方便?？紤]霧化效果，控制進噴嘴處冷卻水壓力在0.3～0.5 MPa。根據流量和壓力選擇噴嘴型號為3/8PZ172121QZ5，噴射角度121°；同樣，根據流量和壓力選擇水泵型號為CDM1-10。

3.5 噴水降溫使用效果

通過噴水降溫自動調節(jié)控制系統(tǒng)，實測過熱蒸汽經過噴水降溫后能達到微過熱狀態(tài)，過熱度基本在3℃左右，達到了設計要求，運行穩(wěn)定，同時，根據現場實際情況，可設定過熱溫度，程序界面友好，自動化程度高，大大減輕了操作者工作量。

4 結束語

該套裝置的鉑熱電阻所在的位置應盡量靠近換熱器，這樣能使冷卻水充分蒸發(fā)，提高控制精度。隨著能源成本的上升，高效能量回收設備將成為今后發(fā)展的趨勢。噴水降溫自動調節(jié)控制系統(tǒng)有效地解決了MVR系統(tǒng)中因過熱蒸汽導致的換熱面積的浪費問題，實踐證明，其能隨著工況的變化自動調節(jié)，設備簡單，調節(jié)靈活，成本低。

參考文獻：

［1］姜志方，王孝軍，等.高爐煤氣噴水降溫控制系統(tǒng)［J］.儀表技術與傳感器，2011（12）：61-63.

［2］朱國宇.濕法煙氣脫硫裝置噴水降溫方案設計［J］.電力科技與環(huán)保，2013，29（05）：8-10.