蒸汽系统的优化改造与节能

1、摘要：本文就东方化工厂热力分厂蒸汽系统存在的问题进行了全面系统的分析，并提出和阐 述了具体的优化改造方案，以及改造后取得的经济效益和环保效益。主题词：蒸汽系统 优化改造 节能效益一、前言蒸汽系统作为热力厂的主要组成单元，都不可避免的存在蒸汽、凝结水等工质的损失， 汽水损失伴随着能量的损失和环境污染（噪音、脏、热）以及工质的补充，经济效益大大 降低。我分厂蒸汽系统由于初期原始设计不合理，加之部分设备老化失效，造成蒸汽管网的 疏水无法回收，蒸汽排空现象严重，一方面，部分设备长期无法正常、稳定运行；另一方 面，疏水和蒸汽的排放，造成了严重的能源浪费。如果对现有的系统进行科学合理的优化 改造，对蒸汽管

2、网的各种汽水损失加以回收利用，必将取得较好的经济和环保效益。二、蒸汽系统基本情况我分厂蒸汽系统的基本情况如下：年运行时间：8000小时/年蒸汽价格：60元/吨除盐水价格：4.25元/吨凝结水回收率：凝结水回收率为零。现有蒸汽压力等级：4.0MPa430 C TOC o 1-5 h z 1.3 MPa330C0.85 MPa210C0.5 MPa210C三、发现的主要问题及分析减温减压器疏水不当，蒸汽排空现象严重。原始设计中减温减压器全部采用手动截止阀进行疏水。为了保证热备用管道不集 水，只能长期开大截止阀，结果造成蒸汽的长期泄漏。泄漏的蒸汽直接进入疏水箱， 然后几乎全部从疏水箱顶部排空。排空口

3、为500 X 500mm，蒸汽直冲高度为2米。经 蒸汽泄漏量计算软件计算，疏水箱顶部蒸汽排空量为6吨/小时左右，节能潜力很大。冬季采暖和伴热用换热器凝结水没有回收。原设计冬季采暖时通过一级管壳式换热器加热采暖水，加热汽源为0.5 Mpa蒸汽。 凝结水直接进入二级管壳换热器加热锅炉给水，然后进入疏水箱。实际运行时，一级 换热器出口凝结水管道水击严重，凝结水无法回疏水箱。即使在二级换热器前加旁通 直接至疏水箱也无法回收。运行时，凝结水从一级换热器出来后直接排到地沟（100t/h 水从60C 提升至95C所需蒸汽量约为7t/h）。浪费很大。冬季伴热用换热器耗用蒸 汽量和运行情况与采暖换热器相同。经分

4、析计算，二级换热器不能投入，凝结水无法回收的原因有两个：（1）一级换热器出口没有任何阻汽排水装置，极易造成蒸汽和凝结水一起串入凝结 水管道，造成回水管道的水击。（2）一级换热器和二级换热器间凝结水管道为DN80，根据凝结水管道选用表可知，14 t/h的凝结水量选用DN80的管径过小，造成凝结水无法回收。疏水箱出口无凝结水回收装置。疏水箱回收的是高温凝结水，含有大量热值和除盐水价值。若回收送至除氧器， 将产生较高的经济效益。而原系统无回收装置。轴封加热器凝结水没有回收。轴封加热器室压力为真空状态，原设计是把凝结水送至疏水箱。但是由于疏水箱 位置较高和回水管道带压，轴封加热器室的压力无法把凝结水送

5、至疏水箱。凝结水 （2.5t/h左右，60C ）直接排地沟，造成浪费。锅炉中管道疏水没有回收。锅炉启动时中压管道疏水采用两只截止阀串联手动控制，凝结水至疏水扩容器扩 容后回凝结水回收管道。一方面由于截止阀关闭不严，造成运行中蒸汽泄漏至扩容器。 扩容器没有安装阻汽排水装置，造成蒸汽串入回水管道，影响水的回收，另一方面顶 部二次闪蒸汽也无法进入除氧器（原因见系统图和问题6），运行中全部排空。锅炉连续排污扩容器液位控制失效。连排扩容器液位控制失效后造成扩容器无水位运行闪蒸汽从排水管道串入定排扩 容器排空造成浪费。另外，锅炉中压管道疏水扩容器的闪蒸汽与连排扩容器相通并入除氧器，由于以上原因闪蒸汽串入定

6、排扩容器无法进入除氧器，造成运行时的排空浪 费。四、具体改造方案改造减温减压器和外供汽疏水系统。疏水阀作为换热设备及蒸汽管网阻汽排水的关键节能设备。其在系统中运行的好坏直 接影响着蒸汽系统的稳定、可靠、安全、高效运行。由于它的重要性，专业领域对其进行 了不断的研究和发展，使其形式种类繁多，新品种及改良品种层出不穷，并围绕其建立了 一系列的理论。按照其形式分主要有三种，即：机械式、热静力式、热动力式，其部分不 同特点如下表：各种疏水阀不同特性比较表特性代码特点倒置桶型浮球型圆盘型热静力型压差控制型A工作方式间断（1）连续间断（2）间断连续B节能（工作时间）优秀良好不好一般（3）优秀C耐磨损优秀良

7、好不好一般优秀D耐腐蚀优秀良好不好一般优秀E耐水击优秀不好优秀（4）不好优秀F蒸汽温度下排空气和CO2可以不可以不可以不可以可以G低压下排空气能力不好优秀（5）不好良好优秀H处理启动空气负荷的能力一般优秀不好优秀优秀I在背压下工作优秀优秀不好优秀优秀J耐冰冻（6）良好不好良好良好良好K清洗系统的能力优秀一般优秀良好优秀L极小负荷时的性能优秀优秀不好优秀优秀M对凝结水的反应立即立即延迟延迟立即N处理污物的能力优秀不好不好一般优秀O外性尺寸的比较（7）大大小小大P处理闪蒸汽的能力一般不好不好不好优秀Q机械故障（开-关）开关（8）开（9）开说明：（1）凝结水排放是连续的，而排放动作是间断的；（2）低

8、负荷时连续排放；（3）利用二次蒸汽时为优秀；（4）双金属和膜盒型疏水阀为良好；（5）低压操作时不推荐使用； （6）不推荐使用铸铁阀；（7）焊接式不锈钢结构一适中；（8）由于污物存在使阀无法关闭; （9）感温元件的不同设计使阀出现故障时不能开启或关闭。蒸汽疏水阀的工作，就是要尽快的把积存于蒸汽系统中的凝结水、空气和二氧化碳等 不凝性气体排除到系统外，并能自动阻止蒸汽的泄漏。一个好的疏水阀应能满足：蒸汽损 失最小、寿命长、性能可靠、耐腐蚀、耐水击、能排除空气和二氧化碳气体、能在背压下 工作、能防止污物堵塞等要求。在一定场合，可能不需要疏水阀具备全部上述特点，只要 其能满足系统的要求就可以称为一只合

9、格的疏水阀。但在绝大多数情况下，具备所有这些 特点的疏水阀，会带来最佳节能效果。即疏水阀的选型设计应在满足用汽设备的疏水要求 的前提下，可提供最佳的节能效果。蒸汽疏水阀的选型依据：蒸汽负荷）G：由流量计读数或经热平衡计算出kg/h；安全系数A：根据用热设备情况合理确定其安全系数；工作压差?：即蒸汽压力P1与疏水阀背压七之差Mpa;最大应许压力P： 一般为蒸汽系统最大工作压力Mpa。所选择的疏水阀应满足：不仅能在最大压差下正常工作，而且能在最小压差下排放一定量 的凝结水。根据以上分析，减温减压器疏水由原来的手动截止阀疏水改为采用阻汽排水性能良好 且耐背压的倒吊桶式疏水阀自动疏水。根据不同参数和排

10、量选用不同型号的疏水阀。（见设 备材料表）4.0Mpa压力下凝结水温度为：270C左右；1.3Mpa压力下凝结水温度为：90C左右；0.85Mpa压力下凝结水温度为：180C左右；0.5 Mpa压力下凝结水温度为：160C左右；高温凝结水排放时，会产生大量的闪蒸汽。为了充分利用高温凝结水的热值，疏水阀后 的凝结水引至闪蒸罐（利用原有疏水扩容器进行改造）进行闪蒸。闪蒸汽送至除氧器加热 锅炉给水，凝结水经过闪蒸降温后送至疏水箱。（见改造系统图）改造换热器系统首先，在一级换热器出口安装阻汽排水性能良好的大排量浮球式疏水阀，浮球型蒸 汽疏水阀改造后可以充分利用0.5Mpa蒸汽潜热，杜绝蒸汽串入凝结水管

11、道。把一级换热器和二级换热器间的凝结水管道改为DN100，由一级换热器疏水阀排出 的凝结水（150C左右）进入二级换热器加热锅炉给水。二级换热器出口凝结水温 度降至100以下，靠疏水阀背压送至疏水箱。建立凝结水回收装置回收利用蒸汽凝结水主要有以下几项价值：（1）含有大量的热能，进入锅炉可减少锅炉燃料消耗；（2）软化水价值，减少水处理软化及原水费用；（3）减少锅炉和水处理的排污量；（4）改善锅炉水质等。仅取（1）、（2）两项价值作为凝结水的成本计算：凝结水成本二凝结水的热值+软化水成本（4.25元/吨）凝结水的热值二（回水温度-常温水温度）X水比热：蒸汽总热量X蒸汽价格=（80C20C）X1：6

12、59kcalX60 元/吨=5.5元/吨即凝结水成本=4.25 + 5.5=9.75元/吨，扣除凝结水回收装置运行费用（回收每吨凝结 水耗低压蒸汽3公斤左右，合0.18元/吨水），保守计算按9元/吨水，可见回收凝结水的 效益是很可观的。本项目采用可靠性高、气体加压、专门用于凝结水回收，甚至还可用于真空疏水和把 凝结水压入有压力的回水管线或提升凝结水的阿姆斯壮凝结水自动泵，不仅可以大幅度降 低土建投资（不需设立泵房）而且具有防爆、不汽蚀、不需控制、不需外接电源、安装方 便、免维护等特点。可采用已有的0.5Mpa蒸汽作为动力。该装置可根据凝结水回水量自动 控制水泵的启闭，全自动控制系统运行，不需人

13、员控制，使用方便。凝结水自动回收泵与电泵性能对比表：动力源汽蚀和抽空维修量动力消耗土建安装费其它电动泵电有大0.3千瓦时/吨 水大远距离，电费用大凝结水自动回收泵蒸汽或压缩空气无几乎无3.5千克蒸汽/ 吨水无无上表可看出：汽动凝结泵的综合性能优秀，是回收高温凝结水的理想设备。本方案利用三台自动泵把疏水箱高温凝结水送至除氧器。利用一台自动泵把真空状态 下的轴加凝结水加压后送至除氧器。改造后系统见附图。更换锅炉中压管道疏水截止阀，凝结水送至闪蒸罐。见系统图。锅炉连排扩容器安装阻汽排水性能良好的倒吊桶式疏水阀，以保证连排扩容器 和闪蒸罐的闪蒸汽进入除氧器利用。五、投资估算主要设备及材料序号名称规格型

14、号数量单位单价总价备注1疏水阀401SH DN20 承插焊11台590864988Armstrong 产品2疏水阀IB1811DN20法兰5/32/3台19215763Armstrong 产品3疏水阀IB1811DN20法兰1/8/5台19219605Armstrong 产品4疏水阀IB816DN50 法兰 3/4/2台864417288Armstrong产品用于连排扩容器5疏水阀50-K10DN651-7/8/1台台1809418094Armstrong产品用于闪蒸 罐6疏水阀50-K10DN651-7/8/4台1809472376Armstrong产品用于汽水换热器7凝结泵PT312-CV

15、3台39036117108Armstrong产品用于疏水 箱8凝结泵PT308-CV1台3512135121Armstrong产品用于轴封加热器9集水罐400*600*61个3900390010闪蒸罐800*1500*81个50005000改造利旧11止回阀H41H-16DN1502个1800360012止回阀H41H-16 DN209个210189013安全阀A48H-16 DN501个85085014过滤器DN80法兰3个11003300Armstrong 产品15过滤器DN50法兰3个6611983Armstrong 产品16过滤器DN20法兰19个3155985Armstrong 产品

16、17过滤器DN15法兰4个2751100Armstrong 产品18过滤器DN65法兰5个7603800Armstrong 产品19截止阀J41H-16DN150法兰2个1840368020截止阀J41H-16DN100法兰2个945189021截止阀J41H-16 DN80法兰8个700560022截止阀J41H-16 DN65法兰15个535802523截止阀J41H-16 DN50法兰15个495742524截止阀J41H-64 DN20法兰6个265159025截止阀J41H-25 DN20法兰29个240696026截止阀J41H-16 DN20法兰30个220660027截止阀J4

17、1H-16 DN15法兰34个200680028无缝钢管及保 温DN100100米2002000029无缝钢管及保 温DN80100米1801800030无缝钢管及保DN50250米12030000温31无缝钢管及保 温DN20400米602400032设备运输费500033疏水阀安装费26套180468034凝结泵安装费4套300012000总计：534001元人民币2.投资概算表序号名称计算公式金额备注1主要设备及材料费5340012综合取费1*23%1228203小计（1） + （2）6568214税金3.40%223325不可预见费（3） *5%328416小计（3）+（4）+（5）7119947技术服务费5%356008施工图设计费5%356009施工指导监理费3%2136010系统调试费3%2136011工程总造价825913即工程总投资为82.6万元人民币。六、节能潜力及效益估算蒸汽系统改造后节汽效益：F1=蒸汽泄漏量X年运行时间X蒸汽价格（在此按泄漏量4t/h保守计算）=4t/hX8000 hX60 元/吨=192万元/年回收凝结水经济效益：回收的凝结水主要有两部分：冬季采暖换热器凝结水。（7 t/h）冬季伴热换热器凝结水。（7 t/h）轴加凝结水。（2.5 t/h）减温减压器区凝结水和热力分厂区蒸汽管线凝结水。在此