1、蒸汽加熱系統(tǒng)節(jié)能及余熱利用王汝武沈陽飛鴻達(dá)節(jié)能技術(shù)開發(fā)中心一、前言化工行業(yè)近年在國內(nèi)外市場(chǎng)面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng)，銷售價(jià)格下降，企業(yè)利潤難以實(shí)現(xiàn)，為加強(qiáng)競(jìng) 爭(zhēng)力，節(jié)能降耗應(yīng)予充分重視。據(jù)估算，我國化工產(chǎn)品生產(chǎn)成本中，能源成本約占10s20%。沈陽飛鴻達(dá)節(jié)能技術(shù)開發(fā)中心經(jīng)長(zhǎng)期研究，成功地發(fā)明了能有效回收、提高蒸汽利用率的一 系列新型節(jié)能設(shè)備。其工作原理是利用高壓蒸汽噴射產(chǎn)生的高速汽流，將低壓蒸汽或凝結(jié)水的閃 蒸汽的壓力和溫度提高，輸出可供使用壓力的蒸汽，從而提高低品位熱能的品位。下面簡(jiǎn)要介紹蒸汽噴射式設(shè)備在各行業(yè)節(jié)能工程中的應(yīng)用。二、噴射式熱泵化工生產(chǎn)中很多工序是利用蒸汽加熱的，還有很多化學(xué)反應(yīng)是放熱的

2、，有時(shí)也產(chǎn)生低壓蒸汽， 因此在一個(gè)生產(chǎn)廠或車間中可存在多種等級(jí)壓力的蒸汽，蒸汽噴射式熱泵可利用高壓蒸汽節(jié)流的 可用能，提高低壓蒸汽的壓力，用高壓蒸汽能量回收放失的低壓蒸汽、回收高溫凝結(jié)水的閃蒸汽 等，從而將不同等級(jí)壓力的蒸汽綜合利用，達(dá)到顯著的節(jié)能效果。主要用途是回收放散的低壓蒸 汽，以及用作熱泵式凝結(jié)水回收裝置配套設(shè)備，下面介紹一些應(yīng)用實(shí)例：回收放散的低壓蒸汽，某石油化工公司，車間采暖空調(diào)用0.3MPa的微過熱蒸汽，是用公 司1.0MPa管網(wǎng)的蒸汽減壓減溫供給的，而附近的化工反應(yīng)裝置排出0.2MPa的濕蒸汽，因不能利 用而放空。經(jīng)采用蒸汽噴射式熱泵，以1.0MPa蒸汽作驅(qū)動(dòng)蒸汽引射原排放的0

3、.2MPa的濕蒸汽， 輸出0.3MPa的微過熱蒸汽供空調(diào)用。從1993年冬季投運(yùn)以來運(yùn)行穩(wěn)定，效益顯著。每小時(shí)回收 放散蒸汽10噸，全年按6000h計(jì)算，回收蒸汽共6萬噸，每噸蒸汽按80元計(jì)算，年創(chuàng)效益480 萬元，工程總投資僅為20萬元。噴射式熱泵除了以蒸汽為工質(zhì)外，還可以其他氣體為工質(zhì)，作為噴射泵使用，某煉油廠催化 裂化裝置排放0.15MPa低壓瓦斯200Nm3/h。為了回收低壓瓦斯，采用噴射泵以1.1MPa的高壓瓦 斯作驅(qū)動(dòng)氣引射低壓瓦斯，使其加壓至0.35MPa，送入管網(wǎng)作燃料氣使用。年運(yùn)行7000h可回收 140萬Nm3瓦斯，折合人民幣120萬元，該噴射泵投資僅6萬元。某酒精公司以玉

4、米為原料生產(chǎn)食用酒精，有大量閃蒸汽排出。物料流量按20t/h計(jì)算，每小 時(shí)有1.4噸閃蒸汽排出。鍋爐供汽壓力0.8MPa，而蒸餾塔用汽0.3MPa，以0.8MPa的蒸汽作驅(qū)動(dòng) 蒸汽，用噴射式熱泵將0.12MPa的閃蒸汽升壓到0.3MPa送到蒸餾塔。采用此措施后每小時(shí)節(jié)約 蒸汽1.4噸，年運(yùn)行6000小時(shí)，節(jié)約蒸汽8400噸，年創(chuàng)利潤67.2萬元。全部工程投資僅需18 萬元，投資回收期3.2個(gè)月。熱泵式凝結(jié)水回收裝置。熱泵式凝結(jié)水回收裝置是利用新蒸汽將高溫凝結(jié)水的閃蒸汽升壓到可使用的壓力，同時(shí)使高溫凝結(jié)水的溫度下降，該凝結(jié)水回收裝置的系統(tǒng)如圖1。圖1熱泵式凝結(jié)水回收裝置系統(tǒng)圖1熱泵2一逆止閥3一

5、集水罐4水位計(jì)5一電磁閥6一水泵7一閥門8一安全閥該回收裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于回收了高溫凝結(jié)水的閃蒸汽及疏水閥的漏汽，使凝結(jié)水泵工作條件改善了，并彌補(bǔ)了 鍋爐產(chǎn)汽量的不足，節(jié)約了燃煤，減少了排煙損失。集水罐處于低壓狀態(tài)，減少了疏水閥背壓，有利于凝結(jié)水的回流，有利于加熱設(shè)備的運(yùn)行。 由于驅(qū)動(dòng)蒸汽壓力高，鍋爐不必降壓運(yùn)行，可提高鍋爐的熱效率。由于閃蒸蒸汽循環(huán)再利用，放寬了對(duì)疏水閥漏汽量的要求，可用簡(jiǎn)易的孔板代替結(jié)構(gòu)復(fù)雜 的疏水閥，減少了疏水閥的維護(hù)工作量。該裝置除有回收凝結(jié)水的效益外，還可提高鍋爐的運(yùn)行效率，系統(tǒng)節(jié)能效益顯著。熱泵式凝結(jié)水回收裝置在釀酒、食品、紡織及熱電等行業(yè)都獲得了廣泛利用。實(shí)例

6、如下：某大型玉米綜合深加工合資企業(yè)，年產(chǎn)酒精15萬噸，系列產(chǎn)品還有飼料、木糖醇等，用蒸 汽量達(dá)150t/h，用汽等級(jí)有0.8MPa、0.6MPa、0.3MPa等。適合利用熱泵式凝結(jié)水回收裝置實(shí)現(xiàn) 熱能的梯級(jí)利用。該廠利用熱泵式凝結(jié)水回收裝置的系統(tǒng)如圖2所示。圖2大型酒精廠凝結(jié)水回收系統(tǒng)圖1一汽輪機(jī)2、3、4一熱泵5、6、7一集水罐該廠共采用閃蒸罐及配套凝結(jié)水回收設(shè)備三套，熱泵5臺(tái)，回收高溫凝結(jié)水65t/h,揮手閃蒸 汽5t/h，一年獲節(jié)能效益230萬元。某合資快餐食品有限公司生產(chǎn)方便面，其生產(chǎn)工藝為先將面條用0.2MPa的蒸汽蒸煮，蒸煮 后的面條用油炸，需將油加熱到165C。原工藝用0.9MP

7、a的蒸汽加熱油，用后產(chǎn)生的高溫凝結(jié) 水及閃蒸汽排入地溝，而煮面用的0.2MPa蒸汽再用0.9MPa蒸汽減壓獲得。造成兩處熱能浪費(fèi)。該公司使用熱泵式凝結(jié)水回收裝置，將油加熱器的凝結(jié)水及閃蒸汽回收，通過熱泵用0.9MPa 的新汽使閃蒸汽升壓到0.2MPa，供煮面及其他低壓用汽?；厥臻W蒸汽使之降溫后的凝結(jié)水用防 汽蝕泵打到浴室和廚房，供洗澡及炊事用水。從而使原排放的高溫凝結(jié)水及蒸汽全部回收。該套 裝置投入運(yùn)行后每小時(shí)回收閃蒸汽1噸，回收高溫凝結(jié)水2t/h。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，熱泵式凝結(jié) 水回收裝置投入之前每小時(shí)新汽用量4.55噸?；厥昭b置投入使用后。每小時(shí)用新汽量為3.32噸， 每小時(shí)少用汽1.23噸

8、。以平均每小時(shí)少用汽1噸，年運(yùn)行7000h計(jì)，每年節(jié)約7000噸蒸汽，當(dāng) 地蒸汽價(jià)格87元/噸，年節(jié)約60.9萬元，加上凝結(jié)水的熱量及水費(fèi)18.8萬元，全年收益79.7萬 元。工程總投資13萬元，投資回收期13/79.7=0.16年，即2個(gè)月收回投資。三、汽輪機(jī)壓力匹配器汽輪機(jī)壓力匹配器可以使單一的背壓或抽汽壓力滿足多種用汽壓力的要求，大大提高了熱電 聯(lián)產(chǎn)的熱經(jīng)濟(jì)性。汽輪機(jī)壓力匹配器是噴射器在熱電聯(lián)產(chǎn)中的具體應(yīng)用，汽輪機(jī)壓力匹配器是以 消耗高壓蒸汽的能量來提高低壓蒸汽的壓力的，它的作用和用背壓式汽輪機(jī)拖動(dòng)蒸汽壓縮機(jī)相 似，效率上基本上相當(dāng)，例如用24kg/cm2、390C的蒸汽將5kg/cm2

9、、250C的抽汽提高到10kg/cm2 的效率為：式中：u引射系數(shù)hp一驅(qū)動(dòng)蒸汽絕熱膨脹到吸入蒸汽壓力時(shí)的焓降； h2吸入蒸汽絕熱壓縮到使用壓力時(shí)的焓升。該效率大致可以和蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的蒸汽壓縮機(jī)組的效率相比，小型背壓蒸汽透平的效率大約 為0.70，蒸汽壓縮機(jī)的效率大約為0.65，透平壓縮機(jī)組的效率為0.70X0.65=0.455。但透平壓縮 機(jī)組的設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用則大大高于汽輪機(jī)壓力匹配器。因此用汽輪機(jī)壓力匹配器提高汽輪機(jī) 背壓或抽汽壓力是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的最佳方案。如某化工集團(tuán)有限公司，生產(chǎn)需要1.0MPa的蒸汽，但該公司自備電廠的汽輪機(jī)抽汽壓力為 0.6MPa，故直接利用汽輪機(jī)的抽汽有問題。采用

10、汽輪機(jī)壓力匹配器用2.4MPa的蒸汽將汽輪機(jī)壓 力0.6MPa的抽汽，提高至壓力1.0MPa，滿足了生產(chǎn)的需要。該化工廠總用汽量12t/h，所用汽輪 機(jī)壓力匹配器的引射比為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。這種方法利用了汽輪機(jī)的0.6MPa抽汽，從而使汽輪機(jī)每小時(shí)多發(fā)電300kW，年創(chuàng)利 36萬元，熱泵投資不到10萬元。某熱電廠裝有二臺(tái)75t/h煤粉爐，兩臺(tái)背壓式汽輪機(jī)（型號(hào)B635/5），因熱負(fù)荷不足，鍋爐 出力在70%以下，煤粉爐不能穩(wěn)定運(yùn)行。為此購置一臺(tái)N1.513汽輪機(jī)作為后置機(jī)，由N1.5 13進(jìn)汽壓力為13k

11、g/cm2，而B635/5排汽壓力為5kg/cm2，后置機(jī)只能發(fā)電600kW。為了增加后 置機(jī)進(jìn)汽量，提高發(fā)電量，采用汽輪機(jī)壓力匹配器，利用鍋爐壓力39kg/cm2、450C的新汽，引 射5kg/cm2、260C排汽，使之壓力達(dá)到11 kg/cm2，引射系數(shù)為0.8。在后置機(jī)的進(jìn)汽量為10t/h 時(shí)，其中有新汽5.53t/h，背壓機(jī)排汽4.47t/h。這時(shí)后置機(jī)的發(fā)電量為1200kW，發(fā)電量增加600kW。某造紙廠自備電站設(shè)有次中壓10t/h鍋爐二臺(tái)，配有B1.524/5汽輪機(jī)一臺(tái)，生產(chǎn)用汽 18t/h,其中造紙機(jī)烘干用汽10t/h，用汽參數(shù)7 kg/cm2。由于汽輪機(jī)排汽滿足不了蒸煮需要，只

12、 能用鍋爐新汽減壓減溫供給，通過汽輪機(jī)的蒸汽流量只有10t/h，汽輪機(jī)只能發(fā)電600kW。后采 用汽輪機(jī)壓力匹配器代替減溫減壓器，用24 kg/cm2鍋爐新汽引射5 kg/cm2的汽輪機(jī)排汽，使之 升壓到7 kg/cm2，引射系數(shù)為1。使通過汽輪機(jī)的流量增加4t/h，發(fā)電量達(dá)到1000kW，比以前增 加 400kW。四、噴射式減溫減壓器現(xiàn)有的減溫減壓器是用節(jié)流方式來減壓的，節(jié)流減壓損失了蒸汽的可用能。為了利用這部分 可用能，設(shè)計(jì)了節(jié)能型的噴射式減溫減壓器。如某化工集團(tuán)公司是生產(chǎn)氯堿的大型化工企業(yè)，在多效蒸發(fā)中要用 7 kg/cm2的飽和蒸汽 25t/h，該蒸汽由區(qū)域熱電廠供給。由于熱電廠供汽不

13、足，供汽壓力常低于7 kg/cm2,在4-5 kg/cm2 之間，滿足不了生產(chǎn)需要，降低了生產(chǎn)效率，使噸堿單耗蒸汽增加1/3。為了保證生產(chǎn)，工廠新 裝一臺(tái)產(chǎn)汽20t/h、39kg/cm2、450C的鍋爐一臺(tái)，并增設(shè)一臺(tái)噴射式減溫減壓器，將39 kg/cm2、 450C的蒸汽減溫減壓，同時(shí)使熱電廠5 kg/cm2的供汽升壓至7 kg/cm2。系統(tǒng)如圖3。圖3噴射式減溫減壓器裝置系統(tǒng)圖上述系統(tǒng)把減溫器放在減壓器前面，是為了降低蒸汽的溫度，以縮小輸送蒸汽的管徑和降低 管道材質(zhì)要求。該系統(tǒng)投產(chǎn)后，每月可節(jié)約20萬元，不到二個(gè)月即可收回投資。某化纖公司生產(chǎn)用汽有三個(gè)等級(jí)：1.6MPa、225C； 0.8

14、MPa、175C； 0.5MPa、150C。0.8MPa 及0.5MPa的蒸汽由汽輪機(jī)的抽排汽經(jīng)減溫供給，而1.6MPa的蒸汽則由鍋爐新蒸汽（3.5MPa、 435C ）減溫減壓供給。后決定用噴射式減溫減壓器代替原有的節(jié)流式減溫減壓器。以噴射式減 溫減壓器用3.5MPa、435C的蒸汽引射1.0MPa、300C的汽輪機(jī)抽汽，輸出1.6MPa的過熱蒸汽， 經(jīng)過減溫器變成1.6MPa、225C的蒸汽，滿足生產(chǎn)需要。用汽量16t/h，其中用新蒸汽為10.3t/h， 汽輪機(jī)抽汽5.7t/h，由于通過汽輪機(jī)的流量增加，多發(fā)電380kW，年創(chuàng)利潤76萬元。五、噴射式混合加熱器噴射式混合加熱器是噴射器在節(jié)能

15、領(lǐng)域中的另一種應(yīng)用，它用于汽液兩相流體的混合加熱。 主要用于利用蒸汽（包括低壓發(fā)散汽和閃蒸汽）制取熱水。由于它具有體積小、噪音低、造價(jià)廉、 易維修等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛地用于制取工業(yè)用熱水、采暖、浴室及其它使用熱水的地方。噴射式 混合加熱器分射汽式和射水式兩種。在蒸汽壓力較高（大于0.2MPa）、穩(wěn)定和熱負(fù)荷變化不大的 情況下可利用射汽式。它的優(yōu)點(diǎn)是利用了蒸汽的壓力能，減少了循環(huán)水泵的耗電量。如果不具備 上述條件，可選用射水式的，在一般條件下，射水式混合加熱器都可以滿足使用要求。（下轉(zhuǎn)第24頁）（上接第100頁）市場(chǎng)上銷售的無聲蒸汽加熱器要求蒸汽壓力大于水壓才能正常工作，射水式混合加熱器則不 受蒸汽壓力的限制，蒸汽壓力大于或小于液體壓力都可以正常工作。在加熱系統(tǒng)中可以將加熱器放在循環(huán)泵前（拉式）或循環(huán)泵后（推式），加熱器的出口水溫 可以通過改變蒸汽閥的開度來調(diào)整。蒸汽閥開度的改變可以手動(dòng)也可以自動(dòng)。若蒸汽壓力低于熱 水輸送壓力0.2MPa以上，應(yīng)將加熱器放在循環(huán)水泵前。加熱器拉式布置系統(tǒng)如圖4。某熱電廠生水加熱器原使用管