烘絲機(jī)閃蒸汽熱量回用的應(yīng)用探究

劉 海，彭劍笙，王 瀟

（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司畢節(jié)卷煙廠，貴州畢節(jié) 551700）

0 引言

工廠在生產(chǎn)過(guò)程中不僅需要生產(chǎn)出滿足消費(fèi)者需求的高質(zhì)量產(chǎn)品，還需要節(jié)約能源、降低消耗，以增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。某卷煙工廠在深入推進(jìn)“精造工程”以提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，充分發(fā)揮精益求精、勇于探索的工匠精神，在節(jié)能降耗方面不斷取得新成績(jī)。以實(shí)施烘絲機(jī)閃蒸汽熱量回用改造為實(shí)例，對(duì)熱量回用價(jià)值分析、技術(shù)方案制定、技術(shù)難點(diǎn)攻關(guān)進(jìn)行了一系列探索并取得了實(shí)效。

1 現(xiàn)狀

某卷煙工廠制絲線有薄板式烘絲機(jī)一臺(tái)（型號(hào)SH628），為昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司生產(chǎn)制造，2012 年技改完成后投入生產(chǎn)。通過(guò)收集近幾年制絲中控薄板式烘絲蒸汽流量計(jì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)正常生產(chǎn)運(yùn)行中薄板式烘絲機(jī)薄板換熱器及熱風(fēng)換熱器蒸汽耗量約為1200 kg/h（蒸汽工作壓力0.6 MPa），待料狀態(tài)下蒸汽耗量約為400 kg/h（蒸汽工作壓力0.6 MPa）。在設(shè)備運(yùn)行中薄板換熱及熱風(fēng)換熱后將會(huì)產(chǎn)生高溫冷凝水，經(jīng)疏水閥后通過(guò)管道收集至冷凝水集水罐。因疏水閥前后存在壓力差（蒸汽工作壓力從0.6 MPa 降至0），根據(jù)蒸汽熱學(xué)性質(zhì)，冷凝水經(jīng)疏水閥后呈氣態(tài)蒸汽（閃蒸汽）及液態(tài)水，液態(tài)冷凝水在冷凝水集水罐儲(chǔ)存到一定量后，自動(dòng)泵送至冷凝水回收站加以回收利用，閃蒸汽經(jīng)集水罐頂部管道直接排到大氣。

2 熱量回用方向

為了降低薄板式烘絲機(jī)蒸汽使用量，經(jīng)對(duì)烘絲機(jī)薄板換熱器及熱風(fēng)換熱器換熱后產(chǎn)生的冷凝水及閃蒸氣進(jìn)行分析研討，經(jīng)集水罐頂部管道直接排到大氣的閃蒸汽未得到有效利用，長(zhǎng)期存在一定的熱量損失，可充分利用此部分直接排放的閃蒸汽。

目前烘絲機(jī)熱風(fēng)換熱器入口風(fēng)溫為車(chē)間環(huán)境溫度，如有效利用目前經(jīng)集水罐頂部管道直接排到大氣的閃蒸汽，通過(guò)增加熱交換器對(duì)熱風(fēng)換熱器進(jìn)口新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，提升熱風(fēng)換熱器進(jìn)風(fēng)溫度，可以減少熱風(fēng)換熱器的蒸汽使用量，減少對(duì)空排放，達(dá)到節(jié)能減排目標(biāo)。

3 技術(shù)方案制定

為穩(wěn)定熱風(fēng)換熱器進(jìn)風(fēng)溫度擬采用PID 控制。

3.1 壓力自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥門(mén)設(shè)計(jì)安裝

在烘絲機(jī)冷凝水回收泵集水罐排空管設(shè)置壓力自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥門(mén)，定壓50 kPa，恒定進(jìn)入熱風(fēng)預(yù)熱器閃蒸汽量，經(jīng)計(jì)算在設(shè)計(jì)合理散熱器散熱面積的情況下，能恒定預(yù)熱器出口風(fēng)溫在55 ℃，理論計(jì)算預(yù)熱器出口風(fēng)溫能預(yù)熱到60.3 ℃。

3.2 預(yù)熱裝置設(shè)計(jì)安裝

設(shè)計(jì)在烘絲機(jī)的空氣加熱器前安裝預(yù)熱器，并將閃蒸汽通入空氣預(yù)熱器，將閃蒸汽的熱量提供給空氣預(yù)熱使用；新增薄板式烘絲機(jī)預(yù)熱裝置，對(duì)原有系統(tǒng)不做改動(dòng)，出現(xiàn)溫度不穩(wěn)定情況可以斷開(kāi)新增系統(tǒng)，保證生產(chǎn)不受影響（圖1）。

圖1 系統(tǒng)流程

3.3 熱風(fēng)換熱器和烘絲機(jī)冷凝水的排放

（1）由于進(jìn)入熱風(fēng)換熱器的閃蒸蒸汽壓力低于50 kPa，末端疏水閥疏水壓差小，所形成的冷凝水量小，為保證冷凝水順利排除，冷凝水直接排放至烘絲機(jī)下地漏。

（2）烘絲機(jī)冷凝水目前通過(guò)疏水閥排放至冷凝水集水罐后泵送至冷凝水回收站，烘絲機(jī)薄板和空氣加熱器分別采用DN50 FT43-10 疏水閥，該類(lèi)型疏水閥在0.4 MPa 壓差下的排量為10 000 kg/h（圖2），新增系統(tǒng)會(huì)增加原疏水系統(tǒng)50 kPa背壓，即改造后烘絲機(jī)和空氣加熱器疏水閥壓差為0.35 MPa，在該壓差下DN50 FT43-10 疏水閥排量為9500 kg/h＞1200 kg/h烘絲機(jī)蒸汽耗量，不會(huì)影響烘絲機(jī)疏水效果。

圖2 疏水閥排量

3.4 保證熱風(fēng)溫度穩(wěn)定性和烘絲機(jī)正常工作

如前所述，新增系統(tǒng)不會(huì)對(duì)烘絲機(jī)現(xiàn)有疏水系統(tǒng)造成影響，而進(jìn)入新增熱風(fēng)換熱器閃蒸汽量由排空口調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，保證進(jìn)入熱風(fēng)換熱器內(nèi)部的換熱閃蒸汽量恒定，即熱風(fēng)換熱器出口溫度恒定。

3.5 熱風(fēng)預(yù)熱器設(shè)計(jì)

預(yù)熱器換熱面積計(jì)算：

傳熱系統(tǒng)U=30 W/（m2·℃），進(jìn)風(fēng)溫度約20 ℃，預(yù)熱器出風(fēng)溫度56 ℃，閃蒸汽壓力50 kPa，蒸汽溫度112 ℃（查蒸汽公制表），算術(shù)平均溫差ΔT=［112-（20+56）/2］=74 ℃；根據(jù)公式Q=U×A×ΔT，65 kW=［30×A×74］/1000，換算得換熱面積A=29.28 m2。

4 熱量回用價(jià)值分析

4.1 改造實(shí)施前正常生產(chǎn)狀態(tài)

生產(chǎn)運(yùn)行中薄板式烘絲機(jī)蒸汽耗量約為1200 kg/h，蒸汽工作壓力0.6 MPa，蒸汽在薄板及熱風(fēng)換熱后高溫冷凝水通過(guò)疏水閥排放至50 kPa 壓力下，冷凝水溫度為165 ℃，根據(jù)蒸汽表-公制（1）：①0.6 MPa 飽和水的顯熱=697 kJ/kg；②50 kPa 飽和水的顯熱=468 kJ/kg；③50 kPa 時(shí)的蒸發(fā)潛熱=2226 kJ/kg。

熱量過(guò)剩697-468=229 kJ/kg。則二次蒸汽比例=229÷2226=0.103（閃蒸汽/冷凝水），即閃蒸率為10.3%，0.6 MPa 壓力下1200 kg/h 冷凝水在50 kPa 壓力下閃蒸，即可產(chǎn)生1200×10.3%≈124 kg/h 閃蒸汽，回收后烘絲機(jī)冷凝水總量為1200-124=1076 kg/h，最終能夠用于熱風(fēng)預(yù)熱閃蒸汽量為1076×10.3%≈111 kg/h，考慮5%散熱：111×95%≈105 kg/h。

4.2 改造實(shí)施前待料狀態(tài)

待料過(guò)程中薄板式烘絲機(jī)蒸汽耗量約為400 kg/h，蒸汽工作壓力0.6 MPa，蒸汽在薄板及熱風(fēng)換熱后高溫冷凝水通過(guò)疏水閥排放至50 kPa 壓力下，冷凝水溫度為165℃，根據(jù)蒸汽表-公制（1）：①0.6 MPa 飽和水的顯熱=697 kJ/kg；②50 kPa 飽和水的顯熱=468 kJ/kg；③50 kPa 時(shí)的蒸發(fā)潛熱=2226 kJ/kg。

熱量過(guò)剩697-468=229 kJ/kg。則二次蒸汽比例=229÷2226=0.103（閃蒸汽/冷凝水），即閃蒸率為10.3%，0.6 MPa 壓力下400 kg/h 冷凝水在50 kPa 壓力下閃蒸，即可產(chǎn)生400×10.3%≈41 kg/h 閃蒸汽，回收后烘絲機(jī)冷凝水總量為400-41=359 kg/h，最終能夠用于熱風(fēng)預(yù)熱閃蒸汽量為359×10.3%≈37 kg/h，考慮5%散熱：37×95%≈35 kg/h。

以上兩種工況下閃蒸汽都是通過(guò)DN100 排空管直排大氣，存在能源浪費(fèi)，回收該部分熱量用于薄板烘絲機(jī)熱風(fēng)預(yù)熱，降低烘絲機(jī)蒸汽耗量。

4.3 改造實(shí)施后正常生產(chǎn)狀態(tài)

改造后，正常生產(chǎn)狀態(tài)：“閃蒸汽量105 kg/h；閃蒸汽壓力50 kPa，潛熱為2226 kJ/kg（查蒸汽公制表）；進(jìn)風(fēng)溫度約20 ℃；烘絲機(jī)風(fēng)量5000 m3/h；空氣比熱1.3 kJ/（m3·℃）；按照以上參數(shù)計(jì)算閃蒸汽熱量Q=105×2226=233 730 kJ/h；加熱后熱風(fēng)溫升ΔT=Q/（V×Cp）=233 730/（5000×1.3）=36 ℃。則實(shí)施后，正常生產(chǎn)狀態(tài)下預(yù)熱器出口風(fēng)溫為20+36=56 ℃。

4.4 改造實(shí)施后待料狀態(tài)

改造后，待料狀態(tài)為：“閃蒸汽量35 kg/h；蒸汽壓力50 kPa，潛熱2226 kJ/kg（查蒸汽公制表）；進(jìn)風(fēng)溫度約20 ℃；烘絲機(jī)風(fēng)量700 m3/h；空氣比熱1.3 kJ/（m3·℃）；按照以上參數(shù)計(jì)算閃蒸汽熱量Q=35×2226=77 910 kJ/h；加熱后熱風(fēng)溫升ΔT=Q/（V×Cp）=77 910/（700×1.3）=85.6 ℃。則實(shí)施后，待料狀態(tài)下?lián)Q熱器出口風(fēng)溫為20+85.6=105.6 ℃。

5 改造效果

5.1 正常生產(chǎn)狀態(tài)

正常生產(chǎn)狀態(tài)：烘絲機(jī)運(yùn)行蒸汽耗量1200 kg/h；運(yùn)行壓力0.6 MPa；閃蒸汽量105 kg/h；蒸汽成本按照約300 元/噸核算；烘絲機(jī)運(yùn)行時(shí)間：一個(gè)批次45 min，15 批次/d，即每天帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間11 h，如按開(kāi)機(jī)率20 d/月，烘絲機(jī)全年帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間2640 h；烘絲機(jī)風(fēng)量5000 m3/h；熱風(fēng)溫度110 ℃；進(jìn)風(fēng)溫度約20 ℃；即正常生產(chǎn)狀態(tài)每年可節(jié)約：105×2640×0.3=83 160.00元。

5.2 待料狀態(tài)

待料狀態(tài)：烘絲機(jī)運(yùn)行蒸汽耗量400 kg/h；運(yùn)行壓力0.6 MPa；閃蒸汽量35 kg/h；蒸汽成本按照300 元/t 核算；烘絲機(jī)運(yùn)行時(shí)間：時(shí)間9 h/d，20 d/月，烘絲機(jī)全年空載運(yùn)行時(shí)間2160 h；烘絲機(jī)風(fēng)量700 m3/h；熱風(fēng)溫度110 ℃；進(jìn)風(fēng)溫度約20 ℃；即待料狀態(tài)時(shí)每年可節(jié)約35×2160×0.3=22 680.00 元。

綜上所述，項(xiàng)目實(shí)施后全年可節(jié)約105 840.00 元蒸汽費(fèi)用。

6 結(jié)語(yǔ)

節(jié)能降耗措施的推行，既是提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的必要舉措，也是一個(gè)企業(yè)應(yīng)盡的義務(wù)及責(zé)任。企業(yè)在日常管理中，需要進(jìn)一步激發(fā)員工學(xué)習(xí)新技術(shù)、新知識(shí)的動(dòng)力，提高員工創(chuàng)新意識(shí)及實(shí)踐能力，以能夠發(fā)現(xiàn)節(jié)能降耗著手點(diǎn)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析及可行性探討，并制定具體方案加以實(shí)施，取得節(jié)能降耗實(shí)效。