提高蒸汽供热系统热能利用率的技术措施.doc

1提高蒸汽供热系统热能利用率的技术措施机械工业第五设计研究院国际所沈禹宗立昌刘炳南天津市川宏仪表系统科技有限公司吴国新庞巨兴摘要本文阐述了正确选择疏水阀凝结水闪蒸汽控制和再利用以及根据压力温度梯次利用蒸汽在提高蒸汽供热系统热能利用率上的重要作用强调凝结水回收的重要意义文章还介绍了位于开发区的永正裁缝店有限公司蒸汽供热系统设计和节能概况关键词蒸汽供热系统设计节能蒸汽作为热媒将热能输送至各种用热设备以满足采暖供热和各种工艺过程的加热干燥加湿等不同需求在当前国家将科学发展观确定为重要国策广泛着力倡导节约能源资源的形势下全面深入的分析已有的各种蒸汽供热系统我们会发现提高蒸汽供热系统的热能利用率尚存在较大空间认真分析存在的问题寻求规律性的认识合理确定技术对策促进蒸汽热能利用由粗放型向集约型转变对于我们这个有十三亿人口的发展中大国是非常必要的也是十分迫切的既具有重要的现实意义又具有长远的战略意义根据以往的设计实践当前提高蒸汽热能利用率主要应抓紧解决以下几个问题正确选择疏水阀至关重要一套蒸汽供热系统当携带大量潜热的蒸汽在热能利用过程中释放以后必然凝结成凝结水正常选择疏水装置及时将凝结水从系统中排除既是保障蒸汽供热系统正常稳定工作的重要条件同时也是提高系统热能利用率的重要前提疏水装置选择不当不但会造成系统工作不正常而且会造成蒸汽携带的热能不可避免的浪费疏水装置是由疏水阀过滤器和必要的阀门球阀或截止阀组成的疏水阀是疏水装置的核心组件过去曾有排水阻汽具的称谓意思是能够及时顺畅地从系统中排除凝结水同时又能有效阻止蒸汽无效泄漏疏水阀有多种类型经常为人们选用的主要有倒置桶型浮球型圆盘型热静力型疏水阀和具有凝结水提升功能的自动差压型疏水阀等各种疏水阀由于其工作原理不同其功能也不同所以疏水阀选用必须注意根据实际需要按疏水阀不同特点选用ARMSTRONG疏水阀在技术上比较成熟该产品的主要性能见下表ARMSTRONG不同类型疏水阀主要特点表1疏水阀特点疏水阀类型倒置桶型浮球型圆盘型热静力型自动差压控制型凝结水排放方式间断1连续间断间断2连续节能优秀良好不好一般优秀3蒸汽温度下排气可以不可以不可以不可以可以0002MPa下排气不好优秀不好4良好优秀带空气负荷启动能力一般优秀不好优秀优秀背压下工作优秀优秀不好优秀优秀2对凝结水反应能力立即立即延迟延迟立即极小负荷时的性能优秀优秀不好优秀优秀处理闪蒸蒸汽能力一般不好不好不好优秀处理污物能力优秀不好不好一般优秀机械故障时状态开关开5失效6开注1凝结水排放连续排放动作间断2低负荷时连续3利用二次蒸汽时优秀4低压下运行十分不良5污物使阀无法关闭6感温元件损坏时失效按上述特点分析可以看出仅考虑疏水能力不考虑节能是不可取的目前圆盘型疏水阀大量使用于系统末端几乎达到普及程度从表1看出显然极不恰当蒸汽供热系统疏水阀漏气十分严重有的漏气率甚至达到10以上与之有密切关系需特别注意按上表可以把疏水阀大致分为2类即分为中间疏水阀其后按其背压可再次供给下一级用热设备再一类为末端疏水阀安装于系统末端作最后疏水用这种梯次配置当是提高蒸汽热能利用率好办法倒置桶形疏水阀最大优点在于其漏气率很低应作为系统末端疏水阀蒸汽系统疏水必须认真考虑排除空气和CO2气问题优先选择具有排气功能的疏水阀十分重要疏水阀选择上认真考虑其适用压力仔细计算疏水量选择适宜规格的阀咀不同用热设备考虑取用不同的疏水倍率安全系数都是很重要的应按设计规范使用要求和产品样本根据适用可靠经济的原则合理选用使用优质产品价格可能较高但通过节约热能的效益能很好补偿增加的费用已为大量工程实践所证实因此严格考察供应商选择优质产品杜绝仿冒产品实为蒸汽供热系统设计中应认真处理好的问题2控制闪蒸蒸汽量实现凝结水过冷是蒸汽供热系统节能的重要措施疏水阀在疏水过程中其装置都有一定内阻不同产品其内阻不同阀前压力减掉这个阻力则等于阀后压力称之为疏水阀背压有的文献称这个压力为疏水阀恢复压力疏水阀背压意谓着凝结水输出时具有一定压力那么这些凝结水或汽水混合物必然具有该背压下的热力状态当这些凝结水输往压力低的地方例如广泛使用的与大气连通的开式凝结水箱势必在降压过程中由凝结水中再次蒸发出蒸汽既然蒸发出的是蒸汽则必然携带有4倍以上显热量的潜热以往对此有普遍忽视的倾向实际上这是蒸汽供热系统热能利用率难于提高的一个重要因素通常将凝结水在疏水阀背压与凝结水箱压力之间的压差下由凝结水产生的二次蒸发汽称为凝结水闪蒸蒸汽图1给出了凝结水闪蒸蒸汽率和闪蒸蒸气量3014003507001051402100070140210280背压下凝结水压力MPa背压下凝结水压力MPaa凝结水减压时蒸发的闪蒸蒸汽率b每m3凝结水在大气压下闪蒸蒸汽量图1凝结水闪蒸蒸汽率和闪蒸蒸汽量闪蒸蒸汽量也可按下式计算kgh1式中Gs每小时闪蒸蒸汽量kghGc疏水阀疏水量kgh疏水阀背压下的蒸汽显热量kJkg凝结水降压后的蒸汽显热量kJkg凝结水降压后的蒸汽潜热量kJkg闪蒸蒸汽带走的热量可按下式计算kJh2式中Qc每小时闪蒸蒸汽带走的热量kJhGs每小时闪蒸蒸汽量kgh凝结水降压后的蒸汽全热量kJkg设一套疏水装置疏水量1000kgh疏水阀背压03MPa疏水到开式水箱0MPa计算其闪蒸蒸汽量及热量损失按饱和蒸汽考虑03MPa蒸汽显热为601kJkg0MPa蒸汽显热为415kJkg潜热为r22258kJkg全热为2673kJkg4每小时闪蒸蒸汽量kgh闪蒸蒸汽量是凝结水量的824每小时闪蒸蒸汽带走的热量kJkg假定疏水阀前饱和蒸汽压力为04MPa蒸汽全热为2746kJkg若疏水阀不漏气则1000kgh蒸汽总热为2746x10002746000那闪蒸蒸汽带走的热损失为闪蒸蒸汽回收常用的闪蒸蒸汽回收方式见图2所示图2闪蒸蒸汽回收装置示意图图2中调压阀引入蒸汽当闪蒸蒸汽不够用时可作为补充该阀压力设定可按系统各点压力特别是闪蒸罐入口压力确定另外一种方式可在闪蒸罐出口设汽汽引射器用较高压力的补充蒸汽引射闪蒸罐的闪蒸蒸汽这种配置对于降低闪蒸罐出口压力提高闪蒸蒸汽利用率和降低凝结水温度均是有利的闪蒸罐内蒸汽流速应3ms这样可保障汽水分离效果以使闪蒸蒸汽夹带凝结水量最小可按此值确定闪蒸罐内径凝结水进口高度应高于罐底200mm罐的总高约计在0609m左右川宏公司已有闪蒸罐系列产品供应市场3按用热设备要求的不同温度压力按梯次利用方式设计蒸汽供热系统是实现蒸汽热能集约化利用提高蒸汽热能利用率节约能源的好方法通常蒸汽供应的用热设备其入口压力和温度有不同要求在工业建筑中这很常见即使是民用建筑在应用蒸汽做热媒的采暖和热水供应系统在热力系统方案设计阶段也可以通过选用入口压力温度参数不同的设备使其分级这样便可以实现蒸汽供热系统用热的梯次配置实现这样配置应做到两点1高压设备凝结水疏水阀背压能够保障低压设备正常运行由于当前市场上供应的优质疏水阀的背压一般能达到阀前压力的80因此将各用热设备按高压08MPa中压05MPa低压03MPa配置从次级设备资用压力讲按梯次配置用热是完全可行的2各设备的蒸汽用量或讲需用热量在逐级利用时在量上可能不匹配大致分两种情况一种是高压部分用气量小低压部分用热量大这种情况宜用高压蒸汽经调压补充低压侧最好的方式是在高压部分凝结水闪蒸罐出口设引射器引射高压部分凝结水闪蒸汽供给低压部分另一种是高压部分用汽量大这种情况下可以考虑在满足低压用量条件下实现高压部分凝结水经引射器后自身再利用见下图51用热设备2闪蒸罐3引射器4疏水装置5调压阀6过滤器7安全阀8自动排气阀图3用热设备自用凝结水闪蒸汽示意图实现梯次供热情况比较复杂应根据具体情况精心计算分析做出适宜方案按梯次供热的好处是1蒸汽作为热媒是热的载体而蒸汽输送在有限范围内可以勿需外界动力只靠自身动力即可按靠它自身动力能够输送热能讲蒸汽还发挥作功的工质作用既然疏水阀有可资利用的背压从节能讲就应充分利用所以在高压下排放凝结水从动力角度看应该讲也是能源的浪费2按梯次配置用热设备可以达到将闪蒸蒸汽量降至最低程度甚而可以实现凝结水过冷这种蒸汽热能集约化利用无疑是节约能源的重要措施3作为配置于一个蒸汽用热设备上的疏水阀对于这个设备来讲它算末端但对整个用蒸汽供热系统来讲它不一定是系统的末端必须克服只要是疏水阀不论其前方设备是高压还是低压所有疏水阀排放口统统接到凝结水箱或凝结水池的观念应该充分利用疏水阀背压使系统末端疏水阀尽量减少且保证它们能在较低压力下工作这不但能减少蒸汽闪蒸量而且可以有效的杜绝疏水阀漏气造成的损失4提高凝结水回收率意义重大凝结水十分宝贵一方面凝结水是由供应锅炉的软化水转化来的同时它又经过蒸发冷凝过程是品质优良的水实际上它的价值比自来水高得多统计资料说明凝结水价值比自来水高4倍以上另一方面我国是水资源十分紧张的国家水作为资源浪费不得因此凝结水回收意义重大当前的情况是凝结水回收率很低大量肆意排放是较为普遍的现象当然这种现象背后有很多复杂因素从技术上讲可能存在凝结水污染问题回收的成本问题投资问题等等但是从水资源开发利用角度看既然海水淡化已经受人们关注而且已经在大力推行那么凝结水回收为什么至今仍然未能受到人们应有的重视分散的锅炉房凝结水回收可能容易推行这是因为一算经济帐就有足够的说服力特别是今后水价看涨的形势下可能会有较大进展而作为城市供热系统特别是热电联产的蒸汽供热系统在这方面还需要进行大量调查分析和研究工作2003年我们完成了永正裁缝店有限公司开发区新建工程项目中蒸汽供热工程设计任务现将该工程情况概括介绍如下该工程总建筑面积19310m2其中厂房两层13306m2办公楼三层4893m2在办公楼厂房之间建有一座1110m2的室内园林整幢建筑虽属工业厂房但相当高雅别致在滨海新区堪称别具一格十分新颖充满情趣6该建筑办公楼设有空调系统设置电制冷冷水机组和风机盘管加新风系统冷负荷约计500kW热负荷430kW厂房部分在一层设置地板采暖约计6000m2部分仓库散热器采暖厂房夏季靠自然通风降温该工程供热以开发区热力公司供应的12MPa约200蒸汽做热源用汽情况为永正裁缝店有限公司用热情况表2序号用途热源热媒及参数用热量kW折合蒸汽用量kgh1工艺开发区热力公司供应的12MPa200蒸汽蒸汽05MPa7382厂房采暖5040热水4806863办公楼空调6040热水4306154单身宿舍采暖另幢建筑70100总计用汽量2139注由于用热工艺设备的许多热量散于室内抵偿厂房部分热负荷故厂房采暖实际热负荷相对较低该公司在原租赁厂房生产时由于蒸汽系统疏水装置不完善漏气量大凝结水闪蒸量也大故蒸汽耗量很大冬季按建筑面积平均耗气量达到0117kgh迁入新址后经过一年的运行按建筑面积平均耗气量已降到0068kgh左右节能效果十分明显该工程蒸汽供热系统采用的节能措施主要有闪蒸蒸汽利用系统梯次配置和凝结水过冷见图47图四永正裁缝店有限公司蒸汽供热系统图该工程蒸汽供热系统的主要特点是1地板采暖热水温度5040优先通过凝结水过冷获得热量不够时再由蒸汽补偿2有效捕集凝结水闪蒸汽实现再利用3最后排出的凝结水温度约计40左右4存在问题主要是开发区热力公司尚未实现对该公司凝结水的回收参考文献1陆跃庆主编实用供热空调设计手册中国建筑工业出版社1993年6月第一版2采暖通风设计经验交流会编采暖通风设计手册中国建筑工业出版社1973年6月第二版3贺平孙刚编供热工程中国建筑工业出版社1993年11月第三版