蒸汽加热系统节能及余热利用

1、蒸汽加热系统节能及余热利用王汝武沈阳飞鸿达节能技术开发中心一、前言化工行业近年在国内外市场面临激烈的竞争，销售价格下降，企业利润难以实现，为加强竞 争力，节能降耗应予充分重视。据估算，我国化工产品生产成本中，能源成本约占10s20%。沈阳飞鸿达节能技术开发中心经长期研究，成功地发明了能有效回收、提高蒸汽利用率的一 系列新型节能设备。其工作原理是利用高压蒸汽喷射产生的高速汽流，将低压蒸汽或凝结水的闪 蒸汽的压力和温度提高，输出可供使用压力的蒸汽，从而提高低品位热能的品位。下面简要介绍蒸汽喷射式设备在各行业节能工程中的应用。二、喷射式热泵化工生产中很多工序是利用蒸汽加热的，还有很多化学反应是放热的

2、，有时也产生低压蒸汽， 因此在一个生产厂或车间中可存在多种等级压力的蒸汽，蒸汽喷射式热泵可利用高压蒸汽节流的 可用能，提高低压蒸汽的压力，用高压蒸汽能量回收放失的低压蒸汽、回收高温凝结水的闪蒸汽 等，从而将不同等级压力的蒸汽综合利用，达到显著的节能效果。主要用途是回收放散的低压蒸 汽，以及用作热泵式凝结水回收装置配套设备，下面介绍一些应用实例：回收放散的低压蒸汽，某石油化工公司，车间采暖空调用0.3MPa的微过热蒸汽，是用公 司1.0MPa管网的蒸汽减压减温供给的，而附近的化工反应装置排出0.2MPa的湿蒸汽，因不能利 用而放空。经采用蒸汽喷射式热泵，以1.0MPa蒸汽作驱动蒸汽引射原排放的0

3、.2MPa的湿蒸汽， 输出0.3MPa的微过热蒸汽供空调用。从1993年冬季投运以来运行稳定，效益显著。每小时回收 放散蒸汽10吨，全年按6000h计算，回收蒸汽共6万吨，每吨蒸汽按80元计算，年创效益480 万元，工程总投资仅为20万元。喷射式热泵除了以蒸汽为工质外，还可以其他气体为工质，作为喷射泵使用，某炼油厂催化 裂化装置排放0.15MPa低压瓦斯200Nm3/h。为了回收低压瓦斯，采用喷射泵以1.1MPa的高压瓦 斯作驱动气引射低压瓦斯，使其加压至0.35MPa，送入管网作燃料气使用。年运行7000h可回收 140万Nm3瓦斯，折合人民币120万元，该喷射泵投资仅6万元。某酒精公司以玉

4、米为原料生产食用酒精，有大量闪蒸汽排出。物料流量按20t/h计算，每小 时有1.4吨闪蒸汽排出。锅炉供汽压力0.8MPa，而蒸馏塔用汽0.3MPa，以0.8MPa的蒸汽作驱动 蒸汽，用喷射式热泵将0.12MPa的闪蒸汽升压到0.3MPa送到蒸馏塔。采用此措施后每小时节约 蒸汽1.4吨，年运行6000小时，节约蒸汽8400吨，年创利润67.2万元。全部工程投资仅需18 万元，投资回收期3.2个月。热泵式凝结水回收装置。热泵式凝结水回收装置是利用新蒸汽将高温凝结水的闪蒸汽升压到可使用的压力，同时使高温凝结水的温度下降，该凝结水回收装置的系统如图1。图1热泵式凝结水回收装置系统图1热泵2一逆止阀3一

5、集水罐4水位计5一电磁阀6一水泵7一阀门8一安全阀该回收装置具有以下优点：由于回收了高温凝结水的闪蒸汽及疏水阀的漏汽，使凝结水泵工作条件改善了，并弥补了 锅炉产汽量的不足，节约了燃煤，减少了排烟损失。集水罐处于低压状态，减少了疏水阀背压，有利于凝结水的回流，有利于加热设备的运行。 由于驱动蒸汽压力高，锅炉不必降压运行，可提高锅炉的热效率。由于闪蒸蒸汽循环再利用，放宽了对疏水阀漏汽量的要求，可用简易的孔板代替结构复杂 的疏水阀，减少了疏水阀的维护工作量。该装置除有回收凝结水的效益外，还可提高锅炉的运行效率，系统节能效益显著。热泵式凝结水回收装置在酿酒、食品、纺织及热电等行业都获得了广泛利用。实例

6、如下：某大型玉米综合深加工合资企业，年产酒精15万吨，系列产品还有饲料、木糖醇等，用蒸 汽量达150t/h，用汽等级有0.8MPa、0.6MPa、0.3MPa等。适合利用热泵式凝结水回收装置实现 热能的梯级利用。该厂利用热泵式凝结水回收装置的系统如图2所示。图2大型酒精厂凝结水回收系统图1一汽轮机2、3、4一热泵5、6、7一集水罐该厂共采用闪蒸罐及配套凝结水回收设备三套，热泵5台，回收高温凝结水65t/h,挥手闪蒸 汽5t/h，一年获节能效益230万元。某合资快餐食品有限公司生产方便面，其生产工艺为先将面条用0.2MPa的蒸汽蒸煮，蒸煮 后的面条用油炸，需将油加热到165C。原工艺用0.9MP

7、a的蒸汽加热油，用后产生的高温凝结 水及闪蒸汽排入地沟，而煮面用的0.2MPa蒸汽再用0.9MPa蒸汽减压获得。造成两处热能浪费。该公司使用热泵式凝结水回收装置，将油加热器的凝结水及闪蒸汽回收，通过热泵用0.9MPa 的新汽使闪蒸汽升压到0.2MPa，供煮面及其他低压用汽。回收闪蒸汽使之降温后的凝结水用防 汽蚀泵打到浴室和厨房，供洗澡及炊事用水。从而使原排放的高温凝结水及蒸汽全部回收。该套 装置投入运行后每小时回收闪蒸汽1吨，回收高温凝结水2t/h。根据现场运行数据，热泵式凝结 水回收装置投入之前每小时新汽用量4.55吨。回收装置投入使用后。每小时用新汽量为3.32吨， 每小时少用汽1.23吨

8、。以平均每小时少用汽1吨，年运行7000h计，每年节约7000吨蒸汽，当 地蒸汽价格87元/吨，年节约60.9万元，加上凝结水的热量及水费18.8万元，全年收益79.7万 元。工程总投资13万元，投资回收期13/79.7=0.16年，即2个月收回投资。三、汽轮机压力匹配器汽轮机压力匹配器可以使单一的背压或抽汽压力满足多种用汽压力的要求，大大提高了热电 联产的热经济性。汽轮机压力匹配器是喷射器在热电联产中的具体应用，汽轮机压力匹配器是以 消耗高压蒸汽的能量来提高低压蒸汽的压力的，它的作用和用背压式汽轮机拖动蒸汽压缩机相 似，效率上基本上相当，例如用24kg/cm2、390C的蒸汽将5kg/cm2

9、、250C的抽汽提高到10kg/cm2 的效率为：式中：u引射系数hp一驱动蒸汽绝热膨胀到吸入蒸汽压力时的焓降； h2吸入蒸汽绝热压缩到使用压力时的焓升。该效率大致可以和蒸汽透平驱动的蒸汽压缩机组的效率相比，小型背压蒸汽透平的效率大约 为0.70，蒸汽压缩机的效率大约为0.65，透平压缩机组的效率为0.70X0.65=0.455。但透平压缩 机组的设备及运行维护费用则大大高于汽轮机压力匹配器。因此用汽轮机压力匹配器提高汽轮机 背压或抽汽压力是经济实惠的最佳方案。如某化工集团有限公司，生产需要1.0MPa的蒸汽，但该公司自备电厂的汽轮机抽汽压力为 0.6MPa，故直接利用汽轮机的抽汽有问题。采用

10、汽轮机压力匹配器用2.4MPa的蒸汽将汽轮机压 力0.6MPa的抽汽，提高至压力1.0MPa，满足了生产的需要。该化工厂总用汽量12t/h，所用汽轮 机压力匹配器的引射比为1:0.6,即用7.5t/h的新蒸汽引射4.5t/h的0.6MPa抽汽，得到1.0MPa的 蒸汽12t/h。这种方法利用了汽轮机的0.6MPa抽汽，从而使汽轮机每小时多发电300kW，年创利 36万元，热泵投资不到10万元。某热电厂装有二台75t/h煤粉炉，两台背压式汽轮机（型号B635/5），因热负荷不足，锅炉 出力在70%以下，煤粉炉不能稳定运行。为此购置一台N1.513汽轮机作为后置机，由N1.5 13进汽压力为13k

11、g/cm2，而B635/5排汽压力为5kg/cm2，后置机只能发电600kW。为了增加后 置机进汽量，提高发电量，采用汽轮机压力匹配器，利用锅炉压力39kg/cm2、450C的新汽，引 射5kg/cm2、260C排汽，使之压力达到11 kg/cm2，引射系数为0.8。在后置机的进汽量为10t/h 时，其中有新汽5.53t/h，背压机排汽4.47t/h。这时后置机的发电量为1200kW，发电量增加600kW。某造纸厂自备电站设有次中压10t/h锅炉二台，配有B1.524/5汽轮机一台，生产用汽 18t/h,其中造纸机烘干用汽10t/h，用汽参数7 kg/cm2。由于汽轮机排汽满足不了蒸煮需要，只

12、 能用锅炉新汽减压减温供给，通过汽轮机的蒸汽流量只有10t/h，汽轮机只能发电600kW。后采 用汽轮机压力匹配器代替减温减压器，用24 kg/cm2锅炉新汽引射5 kg/cm2的汽轮机排汽，使之 升压到7 kg/cm2，引射系数为1。使通过汽轮机的流量增加4t/h，发电量达到1000kW，比以前增 加 400kW。四、喷射式减温减压器现有的减温减压器是用节流方式来减压的，节流减压损失了蒸汽的可用能。为了利用这部分 可用能，设计了节能型的喷射式减温减压器。如某化工集团公司是生产氯碱的大型化工企业，在多效蒸发中要用 7 kg/cm2的饱和蒸汽 25t/h，该蒸汽由区域热电厂供给。由于热电厂供汽不

13、足，供汽压力常低于7 kg/cm2,在4-5 kg/cm2 之间，满足不了生产需要，降低了生产效率，使吨碱单耗蒸汽增加1/3。为了保证生产，工厂新 装一台产汽20t/h、39kg/cm2、450C的锅炉一台，并增设一台喷射式减温减压器，将39 kg/cm2、 450C的蒸汽减温减压，同时使热电厂5 kg/cm2的供汽升压至7 kg/cm2。系统如图3。图3喷射式减温减压器装置系统图上述系统把减温器放在减压器前面，是为了降低蒸汽的温度，以缩小输送蒸汽的管径和降低 管道材质要求。该系统投产后，每月可节约20万元，不到二个月即可收回投资。某化纤公司生产用汽有三个等级：1.6MPa、225C； 0.8

14、MPa、175C； 0.5MPa、150C。0.8MPa 及0.5MPa的蒸汽由汽轮机的抽排汽经减温供给，而1.6MPa的蒸汽则由锅炉新蒸汽（3.5MPa、 435C ）减温减压供给。后决定用喷射式减温减压器代替原有的节流式减温减压器。以喷射式减 温减压器用3.5MPa、435C的蒸汽引射1.0MPa、300C的汽轮机抽汽，输出1.6MPa的过热蒸汽， 经过减温器变成1.6MPa、225C的蒸汽，满足生产需要。用汽量16t/h，其中用新蒸汽为10.3t/h， 汽轮机抽汽5.7t/h，由于通过汽轮机的流量增加，多发电380kW，年创利润76万元。五、喷射式混合加热器喷射式混合加热器是喷射器在节能

15、领域中的另一种应用，它用于汽液两相流体的混合加热。 主要用于利用蒸汽（包括低压发散汽和闪蒸汽）制取热水。由于它具有体积小、噪音低、造价廉、 易维修等一系列优点，广泛地用于制取工业用热水、采暖、浴室及其它使用热水的地方。喷射式 混合加热器分射汽式和射水式两种。在蒸汽压力较高（大于0.2MPa）、稳定和热负荷变化不大的 情况下可利用射汽式。它的优点是利用了蒸汽的压力能，减少了循环水泵的耗电量。如果不具备 上述条件，可选用射水式的，在一般条件下，射水式混合加热器都可以满足使用要求。（下转第24页）（上接第100页）市场上销售的无声蒸汽加热器要求蒸汽压力大于水压才能正常工作，射水式混合加热器则不 受蒸汽压力的限制，蒸汽压力大于或小于液体压力都可以正常工作。在加热系统中可以将加热器放在循环泵前（拉式）或循环泵后（推式），加热器的出口水温 可以通过改变蒸汽阀的开度来调整。蒸汽阀开度的改变可以手动也可以自动。若蒸汽压力低于热 水输送压力0.2MPa以上，应将加热器放在循环水泵前。加热器拉式布置系统如图4。某热电厂生水加热器原使用管