冷凝系统总结（通用7篇）
冷凝系统总结 篇1
冷凝系统总结
一、电冰箱的制冷原理
世界上的物质有三态：气态、固态和液态，在一定条件下三态可以相互转化。液体由液态变为气态时，会吸收很多热量，简称为“液体汽化吸热”，电冰箱就是利用了液体汽化吸热来制冷的，该种电冰箱由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统作功，制冷系统利用低沸点的制冷剂，蒸发时，吸收汽化热的原理制成的。
电冰箱的喉管内，装有一种称为氟利昂:freon，俗称雪种的致冷剂。常用的一种为二氟二氯甲烷(CCL2F2)，是一种无色无臭无毒的气体，沸点为29℃。氟利昂在气体状态时，被压缩器加压，加压后，经喉管流到电冰箱背部的冷凝器，借散热片散热(物质被压缩后，温度就会升高)后，冷凝而成液体。液体的氟里昂进入蒸发器的活门之后，由于脱离了压缩器的压力，就立即化为蒸汽，引致冰箱内部冷却。汽化后的氟里昂又被压缩器压回箱外的冷 凝器散热，再变为液体，如此循环不息，把冰箱内的热能泵到箱外。
蒸气压缩式电冰箱制冷系统循环原理图见图。它由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器等部件组成。其动力来自压缩机，干燥过滤器用来过滤赃物和干燥水分，毛细管用来节流降压，热交换器为冷凝器和蒸发器。
制冷压缩机吸入来自蒸发器的低温低压的气体制冷剂，经压缩后成为高温高压的过热蒸气，排入冷凝器中，向周围的空气散热成为高压过冷液体，高压过冷液体经干燥过滤器流入毛细管节流降压，成为低温低压液体状态，进入蒸发器中汽化，吸收周围被冷却物品的热量，使温度降低到所需值，汽化后的气体制冷剂又被压缩机吸入，至此，完成一个循环。压缩机冷循环周而复始的运行，保证了制冷过程的连续性。
二、压缩机
1.HFC-134a压缩机
HFC-134a压缩机与CFC-12压缩机相比，HFC-134a压缩机需增加10～15%的气缸容积，以保证相同的制冷量。冷凝压力较高，压比更大。为获得相同的制冷量，对压缩机的结构、材料作了部分改动。采用效率更高的电机以适应更恶劣的系统工作环境，其它零部件与CFC-12可通用，但对水分、杂质等含量有严格限制，清洁度要求更高。使用中，HFC-134a压缩机噪声比CFC-12压缩机稍大。
2.冷冻油
由于HFC-134a不溶于传统的矿物油和烷基苯油，需采用新的酯类润滑油，脂类润滑油具有极强的吸水性。水解性很强的脂类油与水反应生成酸，会腐蚀制 冷管甚至压缩机，酸与脂类油混合又使脂类油分解变质，形成恶性循环。压缩机冷冻油必须与制冷剂相溶，并且有良好的润滑性、密封性、低温流动性及化学稳定性。由于HFC-134a压缩机一般采用与之相溶性较好的脂类或聚二醇（PAG）油，与CFC-12压缩机所用的矿物油不同，不能互相替代，否则不仅不能满足压缩机的润滑要求，而且还有可能凝固堵塞制冷系统，切忌混用。维修抽空时，真空泵必须更换为脂类冷冻油的真空泵，若采用旧真空泵或利用报废的CFC-12电冰箱压缩机修复改制的抽空设备（冷冻油为矿物油），必须用脂类油彻底清洗，并换上脂类油，同时更换连接软管、接头和密封圈等。HFC-134a制冷剂不含氯原子，检漏时卤素检漏仪应改为电子检漏仪。如果用肥皂水检漏低压，应在停机压力平衡后进行。制冷系统管道清洗时，均应使用不含氯的清洁剂清洗。
3.维修操作时间
制冷系统水分控制是一项非常重要而又复杂的工作，既不能直观检查又无法 以简单方法测量，只能依*严格的操作规程，对制冷系统含水量控制要求较高的HFC-134a电冰箱，尤其要加以注意。检修时可采用耳听、手摸的分析方法，一旦确定干燥过滤器堵塞或压缩机故障，在打开制冷系统后，已断开的管口要及时密封，作到断、焊迅速。要求维修时所有管路器件暴露时间要尽量短（15分钟左右），干燥过滤器及小管件拆封应尽快装配。HFC-134a电冰箱制冷系统的抽空时间较CFC-12长，以确保真空度低于60Pa。维修实践中，常采用二次抽空的方法：第一次抽真空5分钟，充注10g HFC-134a制冷剂；第二次抽空20分钟。这样可缩短抽真空时间，效果也比较好。钎焊HFC-134a电冰箱制冷系统时，要尽量使用干燥助焊剂，若购不到干燥助焊剂，也可用铜、银焊条或低银焊条焊材而不使用焊剂。
三、冷凝器与蒸发器
需根据不同的冷凝方式和蒸发方式来确定。如水冷式和风冷式及自然空气对流式等冷却方式的冷凝器与排管式和风冷式蒸发器的配置各有不同。粗略地说可以是1：0.8左右，即蒸发面积为1平米时，冷凝面积为0.8平米。如果冷凝器的冷却方式是水冷或强制风冷式，那比例还可以扩大，即冷凝器的面积还可以更加缩小。
四、干燥过滤器
实践证明，水分产生的腐蚀要比冰堵的危害更为严重。因此，HFC-134a电冰箱对制冷系统的含水量控制要求相当高，除制造时用特殊工艺严格干燥、脱水外，在制冷系统中均设置干燥和过滤器，利用分子筛吸附剩余的残留水分。干燥过滤器由干燥器和过滤器两部分组成：一是滤掉制冷系统中的杂物和灰尘。以防堵塞毛细管和损坏压缩机；二是吸收制冷系统中的残留水分，防止产生冰堵，避免形成酸类物质对制冷系统的腐蚀。干燥过滤器一般安装在冷凝器出口与毛细管进口之间的液体管道中。对CFC-12系统而言，选择4A分子筛即XH-5型便能很好的吸附水分。而对HFC-134a系统则需配用吸水性较强、体积稍大、分子直径介于HFC-134a与水之间的XH-7型（最大直径为3A）干燥过滤器。因两者所选用材料不同，放入的重量也不同（XH-5型一般放分子筛5g，XH-7型一般放10g），维修中不能互相代用。
五、毛细管
计算冰箱冷柜毛细管的公式.毛细管长度的试验方法
将工艺管打开，高压管连接压力表，毛细管的一端连接干燥过滤器，另一端暂不焊接，启动压缩机，如果压力表的压力稳定在0.98-----1.177Mpa左右，可以认为合适，压力过高就要割断一小段，压力过小时就加一小段，反复试验直到合适为止，然后将毛细管和蒸发器连接好。再抽真空、充注制冷剂。
2.工厂大部分采用测试的方法来判定毛细管的长短，需要的设备有：高压瓶、流量计、液压测量和气压测量等条件，而在维修当中由于条件的制约，就有些困难;下面介绍一种方便的测量方法：
在需要更换毛细管的冰箱的冷凝器输出端换一个双尾干燥过滤器，焊接好冷凝器的接头和工艺管（工艺管选择直径5毫米的铜管和三通压力表架，在选择一条基本上与原毛细管差不多直径的毛细管，长度在可根据压缩机的功率估计，一般在2.0米-2.8米之间，一端焊接到干燥过滤器的输出端，插入深度一般在0.5~1厘米左右不能太深，过深会触到干燥过滤器的过滤网上造成堵塞，也不能过短，太短会使赃物堵住毛细管的口径，焊接无误后，切开压缩机的工艺口，开启压缩机观查接在干燥过滤器上的压力表的压力，根据所用的制冷剂的不同选择压力的大小，如压力过高可截短一些毛细管，反之要加长，当基本上符合下面提供的压力范围内即可。下面提供不同的制冷剂的压力范围：
R12 11.5~12.5KG/CM2
R134 10.5~11.5KG/CM2
R22 15.5~18KG/CM2
R600 9.6~10.5KG.CM2
在实际维修当中不断的测试及可得出标准的长度可供以后无需测试及可知道长度，但是必须和测试的毛细管的直径一致.自制冰箱、冰柜蒸发器和毛细管的速算方法
在维修制冷设备时，如遇到冰箱、冰柜的蒸发器出现内漏时，一般可以不用拆动原蒸发器的盘管，在内包装皮的基础上可认重新盘管。然而计算所用铜管的长度，会使许多维修员感到头痛。下面介绍一种速算方法给大家，供参考。
一、速算方法
1．电冰柜蒸发器新管长度计算公式 铜管总长度=1/3总容积×0.148米/升+2/3总容积×0.03米/升
注意：公式中介绍的铜管长度的计算方法，适合于直径为∮6mm和∮8mm的紫铜管
2.电冰箱要求压缩比达到1:10，才能使制冷系统达到设计规范。电冰箱的压缩机是高压压缩机，本身的压缩比远远满足要求，所以1:10的压缩比就要有节流毛细管来控制了，毛细管加长可以增加压缩比，毛细管减短可以降低压缩比。
以制冷系统的低压压力0.06MPa为基准，则其绝对压力为0.16MPa，由于压缩比为1：10，所以高压压力是低压压力的10倍，则高压压力为1.6MPa，用压力表读数为1.5MPa。
实际调试毛细管的时候，是将压缩机的低压端开口放置在大气中，大气压力在表上的读数为0，实际的压力为0.1MPa。
在压缩机高压端接压力表和毛细管，由于毛细管的阻流产生了高压压力读数，高压压力也应该是低压压力的10倍，所以高压压力的只是1MPa，读数为0.9MPa。
其实一台好的电冰箱其压缩比可以达到1:12的，因此调试毛细管的长度高压读数为1.1MPa也是可以的。因此毛细管的长度可以有一定的伸缩性的，不一定就是标准要多少的。
一般用电冰箱专用毛细管3m进行调试，观察压力表适当剪短毛细管即可。使用年限长的冷柜制冷效果差
维修时排放制冷剂，感觉制冷剂量并未减少，经打压检漏并未发现系统泄漏。怀疑压缩机排气效率降低，但更换压缩机无效。产生此故障的原因是压机使用年限时间长，压机线圈绝缘漆与压机油和制冷剂发生共溶，在毛细管内壁“结蜡”，减小毛细管内径，造成制冷剂流量减弱，机器出现制冷差。经冲洗无效后，可剪短毛细管0.4M左右，故障即可排除筑龙网拉来的：毛细管
毛细管节流的特点
毛细管是一根有规定长度的小孔径管子，它没有运动部件，在制冷系统中可产生预定的压力降，一般用作电冰箱、空调机和小型冷库的节流元件。
毛细管依*其流动阻力沿长度方向产生压力降，来控制制冷剂的流量和维持冷凝器和蒸发器的压差。当有一定过冷度的制冷剂进入毛细管后，会沿着流动方向产生压力和状态变化，先是过冷液体随压力的逐步降低，先变为相应压力下的饱和液体，这一段称液相段，其压力降不大，且呈线性变化；从出现第一个气泡开始至毛细管末端，均为气液共存段，也称两相流动段，该段内饱和蒸汽含量沿流动方向逐渐增加，因此压力降呈非线性变化，愈到毛细管的末端，其单位长度上的压力降愈大。当压力降低至相应温度下的饱和压力时，就要产生闪发现象，使液体自身蒸发降温，也就是随着压力的降低，制冷剂的温度也相应降低，既降低至相应压力下的饱和温度。
毛细管作节流装置的特点
毛细管由紫铜管拉制而成，结构简单，造成方便，价格低廉。
没有运动部件，本身不易产生故障和泄漏。
具有自动补偿的特点，既制冷剂在一定压差（△P=PK-PO）下，流经毛细管时的流量稳定的，当制冷负荷变化，冷凝压力PK增大或蒸发压力PO降低时，△P值增大，制冷剂在毛细管内流量也相应增大，以适应制冷负荷变化对流量的要求，但这种补偿的能力较小。
制冷压缩机停止运转后，制冷系统内的高压侧压力和低压侧压力可迅速得到平衡，再次起动运转时，制冷压缩机的电动机起动负荷较小，故不必使用起动转矩大的电动机，这一点对半封闭和全封闭式制冷压缩机尤其重要。
毛细管的选择方法
毛细管的内径和长度必须经选择，但毛细管的理论计算比较复杂，计算结构误差也很大，所以一般均在选定内径之后，再来决定长度，在规定的条件下根据试验结果来决定毛细管尺寸。
氮气测定法和液体测量法：测量方法是在毛细管连接在入口压力为表压980KPa的容器上，环境温度保持不变，测量毛细管每分钟的液体流量值。
在制冷系统上直接测定毛细管流量：在制冷系统排气管上连接一个压力计。吸气口与表压力为零的干燥空气或氮气源相接。开启压缩机后，制冷系统压力（电冰箱）最好达到1200--1300KPa（蒸发温度为-15℃至-18℃），如果希望改变蒸发器压力，只需要加长或减短毛细管的长度就可以实现了。这种方法操作简单，精度不高，可在维修时使用。
空调机和冷饮机一类的制冷系统一般使用“空调工况”，毛细管较粗，阻力小，用此方法测定毛细管的空气流量值，表压力可达到540--590KPa。
最基本的方法是按原毛细管的长度和内径尺寸更换新的就OK了。
毛细管流量液体测定法 毛细管流量气体测定法
膨胀阀
膨胀阀的种类
手动膨胀阀：是最简单的节流阀，它试用于制冷系统手动控制的场合。它实际是一种带有细牙螺纹调节的针阀，手动调节阀的开启度。当压缩机停机后，必须关闭手动膨胀阀，切断液体通路。
自动膨胀阀：是依靠作用在膜片（或波纹管）上相应的吸气压力来控制液体流量的一种自动阀，当阀开启时，制冷剂液体进入蒸发器，引起蒸发器压力的升高，同时会导致膨胀阀的关小。当压缩机抽吸蒸发器中的蒸气时，压力降低，这种趋势会促使膨胀阀开打，这样它能自动调节阀的开启度。制冷系统运行时，阀永远不会全关。当压缩机开动时，针阀立即开大；当压缩机停止时，蒸发器中的压力可使膨胀阀全关。
热力膨胀阀：是一种改进型的自动膨胀阀，广泛用于制冷和空调设备上，膜片或波纹管上部的压力来自远距离感温包压力的响应。感温包内充有与制冷系统相似的工质，感温包柞缚在蒸发器出口附近的吸气管上，用毛细管与膨胀阀膜片（或波纹管）腔室相连。制冷系统运行时，热力膨胀阀的感温包对吸气管上所在点的吸气热度起响应，自动调节阀的开启度，使蒸发温度得自动调节。
速算方法:
1:电冰箱蒸发器新管长度计算公式
铜管总长度=冷冻室长度+冷藏室长度
冷冻室长度=1/3总容积(升)×0.148米/升
冷藏室长度=2/3总容积(升)×0.03米/升
2:电冰柜蒸发器新管长度计算公式
铜管总长度=1/3总容积×0.148米/升+2/3总容积×0.03米/升
注:公式中介绍的铜管长度的计算方法,适合于直径为6毫米和8毫米的铜管.六、制冷剂
冷凝系统总结 篇2
1冷凝水中离子的来源、种类及含量
1.1冷凝水中的盐类来源
冷凝水是蒸汽经释放热量后形成的水,其中的盐类来源主要有:锅炉补给水带来的盐类,凝汽器泄漏带来的盐类,蒸汽带来的溶解盐类,蒸汽及冷凝水换热器泄漏带来的盐类, 热力系统的腐蚀产物等。冷凝水精制系统既要考虑正常情况下所需处理的盐,又要考虑凝汽器、换热器泄漏带来的盐类的处理。由于凝汽器、换热器泄漏属非正常工况,因此主要讨论正常情况下冷凝水中离子的清除。
1.2冷凝水中的盐类种类
正常情况下,冷凝水中的盐类主要为氧化铁、氨、Na离子、SiO2。
1.3冷凝水中的离子含量
1.3.1冷凝水中的Na离子、SiO2含量按照蒸汽质量标准,Na离子、SiO2含量见表1。
由上表可见,冷凝水中Na离子、SiO2含量极少,对混床周期制水量基本不构成影响。
1.3.2冷凝水中的铁含量
冷凝水中的铁含量为热力系统的腐蚀产物。在冷凝水系统投用初期,铁含量最高,最高时可达上千ppb,大部分为铁的氧化物,可以通过机械过滤去除。正常情况下,铁含量为几十至上百ppb。
1.3.3冷凝水中的氨含量
冷凝水中的氨由锅炉给水加氨带入,为防止热力系统设备及管道腐蚀,通常在给水中加氨使给水、炉水保持较高的pH值。
按照中、高压锅炉给水质量标准,不同压力等级锅炉给水pH值见表2,不同pH值冷凝水对应的电导率及氨含量见表3。
由以上分析可知,冷凝水中阳离子含量远大于阴离子含量。正常情况下,冷凝水中阳离子主要为氨离子。
2冷凝水精制的目的及手段
2.1冷凝水精制的主要目的
冷凝水精制的主要目的是除去氨以外的其它离子,即除去氧化铁、Na离子、SiO2及其它阴阳离子。
2.2冷凝水精制的手段[1]
目前,冷凝水精制主要是采用树脂覆盖过滤器、混床等设备。
2.2.1树脂覆盖过滤器[2]
粉末树脂覆盖过滤是国际上应用成熟的冷凝水除铁精制工艺,也可以用于去除阴阳离子。可以根据冷凝水水质,选用阴阳树脂粉或阴阳混和树脂粉。 它具有运行方式灵活,系统占地面积小,设备一次性投资少,安装费用低等优点。缺点是操作比较麻烦,粉末树脂价格较贵,对水质的适应性较差,用于电力行业的优势比较明显,但石油化工厂则不太适用。
2.2.2混 床
冷凝水精制系统混床按运行方式分为氨化运行(NH4+/OH-)混床和氢运行(H+/OH-)混床。
(1)氨化运行 (NH4+/OH-)混床[3,4]
氨化运行是指混床按氢运行混床投入运行后,直至进、出水的含氨量相等,并继续运行至出水漏钠为止。氨化运行(NH4+/OH-)混床失效以钠离子及硅漏过为失效终点。而氨漏过并不作为混床终点,因此氨化运行(NH4+/OH-)的混床周期制水量比单一氢运行(H+/OH-)混床周期制水量大得多。但是,氨化运行混床对树脂的再生度要求比氢运行混床高得多,需要配置复杂的混床体外再生设备,再生操作比较麻烦。另外氨化运行混床最终产物NH4OH的电离度比H2O大得多,因此逆反应倾向比较大,出水中容易发生Na+和SiO2漏过现象。由于氨化运行混床的除硅能力较差,失效监控比较麻烦,需要使用氢离子导电仪、钠离子浓度计及二氧化硅分析仪,共同监测混床运行终点。
氨化运行(NH4+/OH-)混床反应式如下:
RSO3H + R≡NOH + NaHSiO3=RSO3Na + R≡NHSiO3 + H2O
RSO3H + NH4OH=RSO3NH4 + H2O
RSO3NH4 + R≡NOH + NaHSiO3=RSO3Na + R≡NHSiO3 + NH4OH
(2)氢运行(H+/OH-)混床
氢运行(H+/OH-)混床反应的产物为H2O,其反应式如下:
RSO3H + R≡NOH + NaHSiO3=RSO3Na + R≡NHSiO3 + H2O
RSO3H + NH4OH=RSO3NH4 + H2O
氢运行(H+/OH-)混床失效首先阳离子漏出NH4+,导致电导率升高,混床失效,所以Na+不易漏过。
由于冷凝水的pH值一般在8.8～9.6之间,冷凝水中含有大量NH4+,造成冷凝水中可交换的阴、阳离子量相差十分悬殊,单一氢运行混床周期制水量显著减少。表4为冷凝水直接进入混床,其pH值对混床周期的影响。
注:表中混床直径3 000 mm,阳树脂填充高度0.5 m,混床流速40 m/h。
从以上分析可见:氢运行混床要解决的主要问题是周期制水量,而氨化运行混床要解决的主要问题是保证树脂的再生度,确保出水水质。
3冷凝水精制系统的设计优化[5,6]
为了保证在凝汽器、换热器发生泄漏时,能除去漏入的盐类,又能保证混床足够长的制水周期,推荐采用“前置阳床+氢运行(H+/OH-)混床”精制系统。
这种冷凝水精制系统的配置具有如下优点:
(1)混床周期制水量显著提高,再生次数、再生酸碱水单耗大大降低。由于有前置阳床,冷凝水中氨及其它阳离子大部分被阳床除去,进入混床的阳离子显著减少。若冷凝水pH为9.57,在凝汽器不发生泄漏的情况下,配置有前置阳床的混床,其运行周期为单一混床的43倍以上。
(2)可提高阴树脂的工作交换容量。由于进入混床的是酸性水,增加了混床去除阴离子的能力,阴树脂的工作交换容量也因此提高。
(3)保证混床产水水质及制水周期。由于有前置阳床,冷凝水中氨、铁及其它阳离子大部分被阳床除去,因此可减少混床阳树脂比例,提高阴树脂的比例,如可将阴阳树脂比例调整为3:1,甚至更高一些。混床阴树脂数量的增多,确保正常情况下阴树脂不失效,并且在凝汽器、换热器等设备出现泄漏,造成冷凝水中阴阳离子数量增加时,可保证混床产水水质及制水周期。
(4)延长混床树脂的使用寿命。由于铁被阳床除去,减少了混床阴阳树脂被铁污染而引起的交换容量及强度的下降;另外混床再生次数的显著减少,使得导致阴阳树脂破裂的主要因素——树脂转型膨胀收缩的次数显著减少,导致阴阳树脂的破裂大为减少,使用寿命大大延长,进而减少了价格昂贵的冷凝水阴阳树脂的补充量。
4结语
通过对比树脂覆盖过滤器、氨化运行及氢运行混床的优缺点,对中、高压冷凝水精制系统提出了新的配置方案。即:在资金及场地允许的情况下,中、高压冷凝水精制系统宜采用前置阳床+氢运行混床精制的系统。这种配置方式可以大大减少系统再生次数,延长制水周期,减少树脂破碎,保证产水水质,增强对凝汽器等设备泄漏造成的水质冲击的耐受性。
参考文献
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空调机组冷凝水滴漏问题 篇3
上海四方空调净化工程公司 陈心良 王鲁平
上海美维电子有限公司 成丕亮
[摘要]文对空调机组的排放、U形弯设置的原理作了详细的说明、以及在工程实践中由于U形弯设置不当和凝结水管
管径过小和排水坡度不足而引起空调机组凝结水排水不畅的工程实例。
[主题词]空调机组、凝结水、U形弯、排放
1.概述
空气通过空调机组表冷器进行冷却降温去湿，会使表冷器表面产生大量冷凝水，此冷凝水必须有效地收集和排除。冷凝水是被收集在设置于表冷器下的集水盘，再由集水盘接管排向一个开式排水系统。通常卧式组装式空调机组，立式空调机组，变风量空调机组的表冷器均设于机组的吸入段(见图-1)，在机组运行中，表冷器冷凝水的排放点处于负压，为保证冷凝水的有效排放，要在排水管线上设置一定高度的U形弯，以使排出冷凝水在U形弯中能形成排放冷凝水所必须的高差原动力，且不致使室外空气被抽入机组，而严重影响冷凝水的正常排放。这是一个极其简单及明白的道理。但是在实际工程中往往由于部分设计人员和安装施工人员对于空调机组冷凝水的排放原理缺乏深入的了解，致使工程实践中出现大量冷凝水排水管线配置不合理，所设U形弯高差不够，而导致未能形成必须的水柱高差;再有排水管线坡度不够,有时还有反坡和抬高情况，均会使集水盘中的冷凝水溢至空调机组而导致冷凝水排水不畅，这样在空调机组运行时，冷凝水会从箱体四周滴出，而当机组停止运行后，大量贮存于空调机组箱体中的冷凝水便会倾刻从箱体缝隙排出，造成机房内地面大量积水。而对装于吊顶上的机组，冷凝水滴漏问题则更为严重，倾刻间会有大量冷凝水通过吊顶落入室内，会导致吊顶损坏，室内机器设备、办公用具受湿，引起财产损失，而业主则埋怨不已。
2.抽吸式空调机组中表冷器冷凝水排放原理
抽吸式空调机组是指表冷器设于负压段的机组。表冷器冷凝水的排放是在负压状态下向大气排放。U形弯设计和安置是否正确合理是保证冷凝水正常排放的关键。工程中常见的U形弯设置叙述有如下几种形式：
2.1.冷凝水排水不设U形弯(见图-2)
在抽吸式空调机组中，当风机启动后，表冷器冷凝水排放处处于负压，负压值的大小和表冷器前所设置的初效、中效过滤器以及和表冷器的空气阻力有关，当凝水排水管上不设U形弯时，则由于空调机组内负压的存在，冷凝水不能正常排出，随着冷凝水的增多，集水盘中液面会一直增至高H，等于机组该处的负压值，当超过了集水盘的高度时。冷凝水便从集水盘溢出至空调箱。在机组运行时，由于空调机组保持负压，此时会有水滴从空调箱中滴出。但到机组停止运行时，则机组内负压消失，贮存于机组内的冷凝水在重力的作用下，会瞬间从空调箱箱体四周缝隙处泄出，泄出的水量依空调机组的大小，及机组内的负压值大小而定，该冷凝水量有时达到惊人的程度。
冷凝水排水管不设U形弯，在机组启动时，室外空气还会通过排水管反抽入机组，通过集水盘液面还会产生鼓泡现象。
2.2.不正确的U形弯配置
在工程实际中还常会看到如图-3所示的不正确的U形弯设置。
图3a和图3b中，示出了常见的不正确的U形弯设置，U形弯进出水口两端高度相同，当风机投入运行以后，空调机组内处于负压，集水盘中的冷凝水位会逐渐增高，同样会形成和机组内负压值相同的液位高度H，在形成H高水位过程中，水会从集水盘中溢出至空调机组内，当风机停止运行以后，贮存于空调箱内的冷凝水就会倾刻从空调箱四周缝隙排出，造成和不设U形弯相同的后果。
2.3.正确的U形弯配置
图4a、4b、4c，示出了在抽吸式空调机组中正确的U形弯设置，图中示出了在风机停止、启动和运行过程中U形弯中水柱高度的演变情况
2.3.1.风机停止工况
当风机停止运行时，U形弯中两边水柱高度相同为A，其中B=2A。之所以B要等于2A，是为了避免风机启动时，机组内产生负压，而抽空U形管中的液柱，破坏U形管中的水封.2.3.2.风机启动工况
风机启动运行以后，U形弯中的两边水柱会立即形成高差，高差大小随空调机组内负压值而定。随着冷凝水的增多，U形管开始排水，U形弯中水封高度就演变成图4C所示形式，两边水柱高差为C，C值的大小为空调机组中冷凝水排放点的负压值
2.3.3.风机正常运行工况
图4C示出了抽吸式机组正确配置U形管的冷凝水排放工况，图中所示的从集水盘排水表面到U形管排水表面的距离D大于U形弯中水柱高度C（C水柱高度等于机组内之负压值）所以集水盘中的冷凝水不会聚积，冷凝下来的冷凝水将不断排除，杜绝了冷凝水从集水盘溢出至空调箱的可能性，保证了冷凝水排放顺利通畅。
U形管中水柱高差C值应为空调机组内的设计负压值，D值应为机组可能达到的最不利的负压值，通常取D=2C，这是考虑空调机组内初效、中效过滤器会随着使用时间增长而阻力增加，也考虑当空调系统实际阻力小于设计阻力时，会使通过空调机的风量大于设计风量，则冷凝水排水点的负压值会超过设计负压值，故U形弯正确设计应为A=D，B=2A=4C。
对于适舒性大型卧式空调机组，机内负压值建议C取600Pa，推荐水封高度B≥240mm。对于净化新风空调机组，由于表冷器前设置初、中效过滤器，表冷器排数较多，阻 力较大，机内负压值建议C取1000Pa，推荐B≥400mm。
3.冷凝水管排水坡度
冷凝水的正常排放除U形弯设置要正确外，凝结水管的排放坡度是至关重要的。凝结水管的坡度应大于0.5%,且决不允许在凝结水管中形成反坡和下塌，防止产生第2个U形弯，凝结水排放总管应大于DN32.4.工程实例
实例1：上海某大型电子厂房，二楼办公室，食堂部分，空调系统采用新风加风机盘管系统，新风机组为法国CIAT产品，风量6000m3/h,机组吊于吊顶内，冷冻水供水温度为7℃，回水温度为12℃，空调机组表冷器冷凝水排放处设U形弯。
新风机组正式投入运行为7月上旬，恰好为上海出霉，高温潮湿天气，室外气温为36℃，已超过设计参数。新风机组从上午9时开机运行，4小时以后，中午停机，此时突然从空调机组下的吊顶处倾泻出30～40Kg的冷凝水，其当时景象，如突然倾盆暴雨，致使吊顶损坏，室内物品受损。笔者恰好亲临现场，当即查看冷凝水U形弯做法，发现是U形弯安装不正确而出了问题（见图-5）。
U形弯高度B是400mm，但是两端高差仅为35mm，如此U形弯安装必然导致集水盘冷凝水外溢至空调机组，引起停机后的凝水排泄事故，后立即将U形弯改装，改装后使B=2A.再开机运行，冷凝水排放通畅正常。
按此事故教训，对该工程30台装于吊顶内的新风机组和变风量机组的排水U形弯进行检查，发现有将近1/3的U形弯做法不符合要求。存在不同程度的冷凝水外溢情况。
实例2：某大型电厂，送风空调机组为全新风直流式机组，风量80000m3/h，风机压力1800Pa，表冷器为10排，表冷器前设有初、中效过滤器，冷冻水供水温度7℃，回水温度12℃，空调机组基础为200mm砖基础，设计已在冷凝水排放处设U形弯(见图-6)。
系统在夏季7月份投入运行后，发现整个空调箱内积水高度达到80～100mm，在机组运行时，空调箱四周冷凝水外滴，而当机组停止以后，箱体内冷凝水瞬间从四周缝隙排出，造成机房内大面积积水，经检查发现初、中效过滤器在试运转期间也已变脏，实际阻力已大大超过设计阻力，在表冷器前所测机内负压达1000Pa，说明U形弯水封高度不足以将冷凝水正常排出，而从集水盘溢至空调机内。后将楼板打洞，U形管改放于楼板之下，U形弯高差改装为》400mm，排水立即畅通。实例3：东北某药厂净化车间，空调机组采用立式双风机空调机组，空调机采用上海某空调机厂产品，表冷器为六排，冷凝水排放由该厂自带所谓冷凝水排水器，如图-7，外形为一方盒，此排水器实为U形弯的做法变形，冷凝水排水器进出口高差仅为35mm。
立式空调器投产运行以后，冷凝水不能正常排水，空调机内出现积水现象，停机后冷凝水外溢，后将所谓排水器拆除，改装成高度H=150mmU形弯，冷凝水排放立即通畅。实例4: 上海某工程，吊顶内设有三台变风量机组，每台风量为4000m3/h,机组凝结水出水管径DN20,U形弯设置正确(见图-8).机组运行后产生凝结水滴漏，经检查发现三台机组的凝结水总管仅为DN20,且排水总管无坡度。后将总管改为DN32,坡度加大到大于1%，凝结水排放立即正常。
5.结论
冷凝系统总结 篇4
我公司设计在20万t/a联碱项目中配套选用了φ2800×28000内返碱轻灰蒸汽煅烧炉2台, 各配套凝水罐, 闪发罐各一套, 一开一备, 用于二次过滤后的重碱煅烧系统。为了将蒸汽冷凝液充分利用, 设计中采用分级多用, 其蒸汽、冷凝水系统工艺流程为∶来自蒸汽冷凝水系统的2.9MPa (G) (260℃) 过热中压蒸汽为轻灰煅烧炉提供热源, 完成重碱在煅烧炉中的煅烧过程。蒸汽放热后的自身冷凝液通过储水罐进入闪发罐﹙扩容器﹚, 闪发出1.6MPa (G) 饱和蒸汽并入厂内低压蒸汽管网。一级闪发后的低压蒸汽冷凝水仍具有较高的利用价值, 再进入第二闪发罐﹙扩容器﹚, 二次闪发出0.3MPa (G) 低压饱和的蒸汽, 一部分供自身炉气系统伴热, 一部分并入蒸汽管网用于滤过蒸馏塔进行滤过蒸馏使用。闪发后的凝水返回锅炉系统回收利用。
1、轻灰蒸汽煅烧炉热量衡算
以重碱含水量15%为基准, 核算结果如下:
实际2.9MPa﹙G﹚﹙260℃﹚过热中压蒸汽用量︰ms=1256.82 kg/t;
考虑生产波动及能量损耗, 设计取值:ms=1450 kg/t;
2、蒸汽、冷凝水系统的物料衡算
由物料衡算式及热量衡算式有:m﹦1855;m﹦24270;
由物料衡算式及热量衡算式有:m3﹦5775;m4﹦40338;
3、闪发罐的选用
3.1 第一闪发罐容积的计算
式中:V—闪发罐的总容积, m3;
Va—闪发罐内汽容积, m3;
Do—闪发罐排液量, kg/h;
v—闪发罐压力下的蒸汽比容, m3/kg;
W—单位容积允许极限强度, 一般取400~1000, m3/ (m3.h) ;
Dg—排液汽化量, Dg= (iη-i1) / (i2-i1) /x kg/kg;
i—进料饱和水焓, kJ/kg;
η—闪发罐的散热损失系数, 一般取η=0.98;
i1—闪发罐压力下的饱和水焓, kJ/kg;
x—闪发罐压力下的蒸汽干度, 取x=0.97;
i2—闪发罐产生二次蒸汽的焓, kJ/kg;
D g= (iη-i1) / (i2-i1) /x=0.0624 kg/kg
V1=Va+Vb=1.3 Va=0.57 m3
3.2 第二闪发罐容积的计算
同第一闪发罐的计算, V2=V a+V b=1.3Va=9.6 m3
根据上述计算选择所需配套的闪发罐或核算选用闪发罐是否满足工艺要求。
4、蒸汽、冷凝水系统液位控制的工艺改进
在早期工艺设计中, 采用电气控制系统对储水罐、闪发罐进行液位控制。本次设计中采用汽液两相自调节液位控制装置, 摒弃了传统的气动式、电动式液位控制设备的缺点, 自动调节容器出口液位的流量, 从而达到更为稳定的液位。汽液两相自调节液位控制装置与传统控制设备性能比较见下表:
汽液两相自调节液位控制装置工作原理先进, 对液位自调节控制能力强, 与传统控制手段相比降低了成本及维修费用, 大幅度减少了维修工作量, 应在纯碱行业得以广泛应用。由于汽液两相自调节液位控制装置流通介质为汽液两相流, 其特殊性对输送管道具有一定的侵蚀和振动, 故在管道安装设计时, 必须考虑在整个系统中的负面影响。
摘要：简要介绍20万t/a联碱项目轻灰煅烧工序蒸汽、冷凝水系统的工艺计算与设计方案。
关键词：蒸汽煅烧炉,蒸汽冷凝水,闪发
参考文献
[1]陈学勤主编氨碱法纯碱工艺辽宁科学技术出版社1989.11
[2]化工部热工设计中心站热能工程设计手册化学工业出版社1998.4
冷凝系统总结 篇5
关键词：冷凝系统,管线,极化测试,CO_2腐蚀特性
脱硫再生塔是炼油工艺过程中必不可少的设备,其中炼厂脱硫是炼油工艺过程中较为通用的一种工艺过程[1],长期以来,随着炼油厂高硫、高酸、高含盐、高密度的劣质原油产量逐渐增大,原油的碳含量和酸值也同步增加[2],设备加工负荷增大,腐蚀严重,而且影响腐蚀速率的因素也非常的多,其中CO2对设备的腐蚀作用明显[3,4],所以研究CO2对脱硫再生塔冷凝系统的腐蚀极其重要。
1 实验部分
1. 1 实验介质及材料
本文利用CS310 电化学测试系统对炼油厂脱硫再生塔顶冷凝系统常用的三种材料20#钢,Q345R钢,321 不锈钢在模拟腐蚀介质下的腐蚀行为进行电化学腐蚀试验研究,试验所用仪器有CS310 电化学测试系统,XH - p HP9600 酸度测试仪,HH. SY21 - Ni型电热恒温水浴锅,TG428A电子分析天平,四口烧瓶,药品有碳酸钠,碳酸氢钠,氯化钠,硫代乙酰胺等。
1. 2 实验方法
将工作电极材料加工成圆柱体,用电烙铁将导线焊在工作电极的一个底面,试件和导线固定在塑料管中,保证露出试样没有焊接导线的端面,将工作电极放在干燥处24 h后用500#、800#、1000#的砂纸打磨,采用无水乙醇清洗,放置于干燥箱中待用。将配制好的介质溶液倒进四口烧瓶,放入恒温水浴锅中固定良好; 将电极如图1 所示放置,保证各个电极与介质溶液充分接触,再将参比电极放入盐桥内,同时保证工作电极、盐桥和辅助电极处于同一高度,但彼此间没有接触。最后把温度计固定于四口烧瓶内,将四口烧瓶放入加热到试验温度的水浴锅内,待烧瓶中的溶液介质达到试验所需温度。
2 结果与讨论
当腐蚀溶液p H = 3 时,不同材质在不同温度下的极化曲线如图2 ~ 图4 所示。
p H为3 时,各种材质在不同温度下的极化曲线通过tafel拟合,得到的结果如表2 所示。
从表2 中可以看出: 在p H = 3 时,20#和Q345R钢在50 ℃时的腐蚀速率大于40 ℃ 和60 ℃ 时的腐蚀速率; 321 不锈钢的腐蚀速率随着温度的升高而大幅度的降低,到60 ℃ 时,腐蚀速率已经下降的0. 027223 mm/a,60 ℃ 时,321 不锈钢的抗腐蚀性好于20#钢及Q345R低合金钢; 在40 ℃ 时,三种材质的腐蚀速率最大相差5. 6077; 50 ℃ 时,20#钢、321 不锈钢的相差最大,相差50. 51869。在强酸环境介质中,40 ℃ 时Q345R的耐蚀性最好,可以优先选取; 50、60 ℃ 时,321 不锈钢的耐蚀性效果最明显。
当腐蚀溶液p H = 7 时,不同材质在不同温度下的极化曲线如图5 ~ 图7 所示。
p H为7 时,各种材质在不同温度下的极化曲线通过tafel拟合,得到的结果如表2 所示。
通过拟合结果表得出: 在p H = 7 时,50 度下的Q345R钢腐蚀速率最大,321 不锈钢的腐蚀速率的相对波动范围最大,20#钢腐蚀速率波动相对平缓; 321 不锈钢的腐蚀速率远小于其它两种材料。
p H = 9 时不同材质在不同温度下的极化曲线如图8 ~ 图10所示。
p H为9 时,各种材质在不同温度下的极化曲线通过tafel拟合,得到的结果如表3 所示。
由表3 看出: 在p H = 9 时,三种材料在不同温度下的腐蚀速率相差程度减小,腐蚀速率最大的为20#,腐蚀速率最小的是321 不锈钢; 同时也可以得出: 在p H为9 时,温度对腐蚀速率的影响程度减小。
为了得到比较更准确的试验结论,本文研究了三种材质在不同p H值下的平均腐蚀速率的变化规律,其结果如表4 所示。
将3 种材质在不同的p H下的腐蚀速率变化通过折线图如图11 所示。
通过表5 和图11 可以看出在p H = 3 时,三种材质的腐蚀速率都达到了最大值; 在p H = 9 时,三种材质的腐蚀速率最小。由此可以得出,强酸条件时,各材质的腐蚀会加剧,在碱性环境下,腐蚀速率大幅度的减小。总体上得出的是321 不锈钢的腐蚀速率远远小于其他两种钢。当在p H为5 和9 时,20钢和Q345R的腐蚀速率相差不大。
3 结论
( 1) 在强酸环境介质中,40 ℃ 时Q345R的耐蚀性最好,可以优先选取; 50、60 ℃ 时,321 不锈钢的耐蚀性效果最明显。
( 2) 在中性溶液中,50 ℃ 下的Q345R腐蚀速率最大,321不锈钢的腐蚀速率的波动范围最大,20#钢腐蚀速率波动相对平缓; 321 不锈钢的腐蚀速率远小于其它两种材料。
( 3) 在强碱环境介质中,三种材料在不同温度下的腐蚀速率相差程度减小,腐蚀速率最大的为20#,腐蚀速率最小的是321 不锈钢。
参考文献
[1]中国腐蚀与防护学会主编.腐蚀试验方法与防腐蚀检测技术,1996.
[2]梁成浩,李淑英,邵承宏,等.再生塔顶冷却器腐蚀原因及防护[J].2001,30(B05):16-17.
[3]宋思哲.腐蚀电化学研究方法[M].北京:化工业出版社,1988:10-19.
冷凝系统总结 篇6
1 改造前的排水方式
天辰化工有限公司40万t装置粒碱分厂是用蒸汽的大户,粒碱装置设计能力为30万t/a,装置分为一,二期两个建筑规模,通过吨碱耗蒸汽的量,计算出烧碱30万t/a产量下每小时系统将产生65 m3的不含碱蒸汽冷凝水,前期在建设中对冷凝水的回收措施为:同系统产生的含碱冷凝水一同打至盐水工段化盐。而盐水工段使用系统中的含碱冷凝水已足够,所以,这一部分蒸汽冷凝水随同富余的含碱冷凝水通过外排,打至污水处理进行调节,增加了污水处理工段的处理水量。
2 改造内容
考虑到公用工程工段原水池需要大量的一次水补充,故将此部分蒸汽冷凝水最终打至公用原水池作为补水使用。
2.1 改造思路
对过热水的处理一般工业上采用闪蒸的工艺技术,来制取低压蒸汽和冷凝水的方法,对于粒碱装置产生的低压蒸汽除了冬季带动部分采暖外,其他没有使用的地方,所以对粒碱的蒸汽冷凝水回收的思路是:
(1)夏季将闪蒸产生的低压蒸汽中90%回收为液态冷凝水和产生的冷凝水经过降温后回收到公用工程工段原水池中作为纯水的补水之用;
(2)冬季将低压蒸汽通入增加的板换,对粒碱工段采暖系统进行辅助加热,以减少采暖机组的用蒸汽量,产生的凝水进入水槽中通过循环水将水温降下来后回收到公用工程。
2.2 工艺流程
根据改造的基本思路,可以确定工艺流程分别为夏季运行和冬季运行,冬季为进一步实现废热的利用,可以考虑增加一台板换以减少采暖机组蒸汽的消耗,工艺流程简图见图1。
其工艺流程叙述如下:
夏季:来自一,二期的蒸汽冷凝水通过调节阀释放后统一进入DN200的总管,在总管中的流速控制在10 m以下,直接进入闪蒸罐中,将气体和液体完全分开,液体通过泵和板换将温度降到40 ℃后,一部分去聚合原水池。另一部分回到闪蒸罐顶部的蒸汽冷凝器,对上升的水蒸汽进行直接水换热,以减少水蒸汽的外排,最终达到水的回收率95%以上;
冬季:在以上的基础上,增加一个换热器安装在总管进闪蒸罐之间,通过冷凝水的低压蒸汽将粒碱采暖回水温度提高5～10 ℃后,回到采暖机组中,回收下来的蒸汽冷凝水再通过以上夏季的处理流程进行处理,这样也可实现粒碱冷凝水95%的回收。
通过以上的两个不同季节的操作流程,可以实现粒碱蒸汽冷凝水95%的回收效率,对节能减排极为有利,可以实现回收冷凝水65 m3/h,一年可节约一次水的用量52万t。
3 工艺计算
在确定具体的工艺改造流程后,须对冷凝系统上部的闪蒸罐、换热设备以及动设备的参数进行逐一计算。
3.1 闪蒸部分参数确定
3.1.1 基础条件
如图2所示:来自粒碱系统的冷凝水在系统中是过热水,其参数如下:流量Q=65 m3/h,系统中水压力800 kPa。
3.1.2 闪蒸罐中冷凝水温度确定
通过进入系统的能量=出系统的能量,可以求出产生的蒸汽量和冷凝水的量。
在闪蒸罐中过热水降压后压力降至54 kPa,可以计算出过热水的闪蒸率如下:
查表找焓值:待分离水焓值721.11 kJ/kg、0.054 MPa饱和蒸汽的焓2645.9 kJ/kg和饱和水的焓值340.49 kJ/kg。
设闪蒸率为X
当65 t/h的冷凝水进入闪蒸罐后,将产生蒸汽量为:
相应产生的冷凝水为:65-10.725=54.275 t/h。
此时罐的压力为54 kPa,通过热力学算图查出此时的温度为83～85 ℃,即闪蒸罐中的冷凝水的温度为83～85 ℃之间。
3.1.3 蒸汽冷凝器中回水流量确定
夏季时为提高水的回收率,在闪蒸罐顶部安装一台蒸汽冷凝器,通过已冷凝到40 ℃的水进行直接接触冷凝,如图3。
设需X t/h的40 ℃的蒸汽冷凝水即可实现水蒸汽95%回收,通过能量衡算和物料衡算可以计算出冷凝水的需要量:
解得:
通过以上的计算,回收的冷凝水需返回到以上装置的流量为55 m3/h,这样这部分水与上升的蒸汽直接接触后得到冷凝液再回到系统中[1]。
3.2 换热设备的核算
自闪蒸出来的冷凝水温度在83～85 ℃,通过公用工程工段需用水的温度计算,需将水温降至40 ℃方可满足公用工程的用水要求;所以如图4所示,通过能量和物料的核算可以计算出换热设备的面积。由于装置区所选位置狭小,拟选用板式换热器。并采用304材质的设备,以提高使用周期和寿命;
通过上面的计算,可以推出:
设备的流量为:65+55=120 m3/h;
输送的液体温度为85 ℃;
通过板换将温度降低到40 ℃(设计管径时的流速按2.5 m/s计算)。
能量守衡:
120×C1×(85-40)=G×C2×(39-24),G=320 t/h
通过流速计算需要的循环水管线的管径为:D=213 mm;采用DN200的管道做为循环水的上、回水。
换热面积A:由于板式换热器有较强的传热能力,所以在计算中换热系数选用1 500 W/m2度,容许压降在0.1～0.12 MPa;
传导的总热量Q=20.16×106 kJ;
传热面积为A=131.6 m2;
按安全系数1.2放大后,归正的传热面积为150 m2。
3.3 动力设备计算
3.3.1 动力泵流量
本方案中的动力设备为冷凝水输送泵,输送的介质为85 ℃的蒸汽冷凝水,密度1 000 kg/m3,黏度1 CP,通过上面的计算可以得出泵的流量为55+65=120 m3/h。
3.3.2 动力泵扬程
3.3.2.1 基础条件
(1)流体通过板换的容许压力降为0.1～0.12 MPa;
(2)流体输送出界区后提升的高度为8 m管架;
(3)从泵出口到公用原水池入口共计直管150 m,90 ℃标准弯头12个,截止阀两个,止回阀一个,三通一个。
3.3.2.2 扬程计算
将以上数量的管件按当量换算为阻力,通过SKR方程计算,得到阻力为0.15 MPa。
综合以上设备的各阻力,所需的扬程为:10+15+0.8=25.8 m,安全系数按1.3计算,得到所需扬程为28～30 m。
通过以上的计算得出了主要设备的参数,另外水槽的作用为稳定水量,所以水槽选用标准设备中的1.5×2.2 m的设备,材质选用不锈钢,以保证使用寿命[2]。
4 冬季的运行状态
冬季冷凝水通过增加的换热器进行对采暖水进行换热,其换热的温升控制在10～15 ℃之间,则:采暖水吸收的热量为:
Q=300000×4200×10=12.6×106 kJ
换热器选择:
(1)采用板换:换热面积为B1=33 m2;
(2)采用管换:换热面积为B2=45 m2。
考虑到系统的阻力,采用管换要优与板换。所以本方案采用管换作为采暖机组的预换热器,以提高水温,减少蒸汽用量,同时减小系统的阻力[3]。
5 结 语
2009年6月起进行此项目的实施,2009年7月底完成并投入使用,目前运行效果良好。改造后实现了粒碱冷凝水的全回收,这样全年可节约水51万t,按水价0.3元计算,可节省15.3万元/年。
通过改造,实现粒碱蒸汽冷凝水的全回收,减少了水资源的浪费,达到了节约了水资源,减少废水排放量、降低消耗、降低成本的目的,实现了循环经济和清洁生产,取得了良好的社会效益和经济效益。
摘要：介绍了天辰化工有限公司粒碱系统的蒸汽冷凝水的回收再利用的工艺改造内容,通过改造,实现了粒碱系统蒸汽冷凝水的回收再利用,解决了改造前的水不能回收,且与含碱水一起化盐,富余的水因与含碱水混合,造成二次污染不能直排,为企业增加处理水的难题。同时为企业节约了水资源,降低了运行成本。
关键词：粒碱,生产,循环利用,改造
参考文献
[1]谭天思,麦本熙,丁慧华,等.化工原理[M].北京:化学工业出版社,1990:229-232.
[2]刘佩田,闫晔.化工单元操作过程[M].北京:化学工业出版社,2004:21-23,65-66.
冷凝系统总结 篇7
蒸压釜是建材行业必不可少的的生产设备,会排放出高温蒸汽和高温冷凝水造成污染和浪费。国内外对高温污废水的利用做了大量研究,Hernández等[2]对工业污废水净水过程中的余热使用吸收式热交换器回收余热,使用神经网络模型和热力学模型评估能效比,发现在即时评估方面神经网络模型要优于热力学模型,但在低温污废水热回收中则相反;Garimella等[3]从工业企业排除的高温蒸汽中回收余热用于为中央空调系统或生产工艺提供制冷或制热,研究发现理论分析上从蒸汽中回收2.26 MW的热量可使7℃乙烯乙二醇溶液获得1.28MW的冷量,同时可以使另一侧乙烯乙二醇溶液获得3.75 MW热量,并可使温度43.3℃升高到54.4℃,与电制冷和燃气供热系统相比较可节省186美元/h;He等[4]使用高温热交换器将煤矿中的废热回收用于对建筑物的制冷和制热,整系统投资2 000元/k W,5年内可回收投资成本,有很好的经济和社会效益;Henry Shih等[5]利用化工厂、炼油厂、发电厂等工厂产生的工业废水中余热用于海水淡化。本文研究一种新型的蒸压釜余汽及高温冷凝水循环利用系统,并对系统进行分析计算节能效果,以求应用于实际的生产。
1 蒸压釜余汽与冷凝水排放
蒸压釜是建材行业必不可少的耐高温耐高压的蒸汽养护生产设备。蒸压釜完成恒温恒压阶段的蒸汽养护后,排除高温冷凝水,同时排放出多余的水蒸气,以达到降温降压的要求。蒸压釜内的压力较大排汽时候将产生较大的噪音,形成噪音污染,与此同时这些排泄的水蒸气若不加以利用,也是能量的浪费。蒸压釜内凝结水呈现较高的p H值,其Ca(OH)2浓度一般为0.5%~1.5%,因此即使对高温冷凝水过滤,除去杂质后还不能将其直接用作锅炉用水[6,7]。据不完全统计,至2011年底全国在管桩、加气混凝土、灰砂砖、硅酸钙板材、纤维增强板等生产企业的生产线上的蒸压釜约有5 200多台。若一台蒸压釜以每天周转2次、每年运转300 d计算,每年消耗的水蒸气达6 000万t,即将产生6 000万t的高温冷凝水[8,9]。若将这些高碱性的冷凝水直接排放到河道,将造成严重的环境污染,对我国水资源环境造成很大的压力。因此,将蒸压釜作业中排放的余汽及高温冷凝水加以循环利用,对推进节能减排,解决环境污染和生态问题,意义重大。
2 节能技术方案
本节能系统通过蒸汽喷射器将倒汽后的蒸压釜中的低压余汽抽吸入待升压的蒸压釜,并同时将蒸压釜产生的高温冷凝水通入锅炉房利用其热量加热锅炉给水,提高锅炉给水温度,从而提高锅炉效率。通过以上措施,可实现对余汽余热最大限度的利用,达到节能减排目的,系统示意图见下图1。
设定蒸压釜余汽及高温冷凝水循环利用系统有3个蒸压釜,设有主蒸汽供气管、釜间倒气管、喷射器形成的真空釜间倒气管、抽真空及排气管。蒸压釜升温阶段为2 h,恒温2 h,降压为2 h,釜内抽真空及制品进出釜1 h,其中高压蒸汽通过锅炉房供给。若1#釜此时为升压釜,正常生产时首先打开闸门F1向1#釜供气,待1#釜达到设定的1.05 MPa时完成升压过程,进入恒温阶段,恒温养护2 h后,1#釜进入降压阶段,打开闸门F2,使1#釜向分汽缸倒气,至1#釜气压接近0.5 MPa时完成倒汽,关闭闸门F2。此时打开闸门F3和F4并连通喷射器与锅炉房的主蒸汽供汽管,启动喷射器,利用高速蒸汽作为驱动力,继续将1#釜的余汽带入分汽缸,直到1#釜内气压达到设定值。打开闸门F5,1#釜内的冷凝水通过管道进入锅炉预热锅炉进水。2#、3#釜运行情况同1#釜。
3 节能计算分析
节能计算假设锅炉运行每月运行28 d,每天工作24 h,补充软水温度25℃,对应热焓值110 k J/kg;回收的冷凝水温度为159℃(参照0.5 MPa的饱和水温度),对应热焓值632.2 k J/kg。经查计算表知:1.05 MPa蒸汽比容为0.17 m3/kg,对应的焓值2 781.3 k J/kg。
蒸压釜设计直径为3.2 m,长度26.5 m,蒸压釜的总容积为213 m3(蒸压釜的汽容积为40%,乏汽容积为85.2 m3),单釜一生产周期耗汽27 t,每天排放的残余蒸汽为
其重量为
每天排放的冷凝水
M=27×3×2-3 007.3=158.99 t/d(3台釜一组)
1.05 MPa用汽压力下,每天闭式回收的冷凝水的热量为Q
0.4 MPa乏汽的热量(蒸汽比容为0.462 2m3/kg;对应的焓值2 737.5 k J/kg)
年可回收的热量
回收率考虑设备和管道的散热取70%,则回收热量E=19 882 881 090.3 k J/kg
设定锅炉效率为75%,则折合节约标准煤为
即可节约标准煤905 t/年,根据《锅炉房实用设计手册》,可计算得到可减排CO22 263t,NOx14.2 t,SO214.9 t,烟尘8.7 t。
至2011年底全国在管桩、加气混凝土、灰砂砖、硅酸钙板材、纤维增强板等生产企业的生产线上的蒸压釜约有5 200多台,则估算可减排CO211.8×106t,NOx7.3×104t,SO27.7×104t,烟尘4.5×104t。
以锅炉燃煤计算经济效益,锅炉燃煤热值22 175.7 k J/kg,则每年可节约燃煤为
即可节约煤1 196 t/年,回收改造后节约M=44.85万元(燃煤价格以2015年12月价格计为375元/t)。
对年运行成本分析,因水泵输水量、扬尘和直接外排不同,凝结水由直接排放改为闭式的运行电功率增加约22.5 k W,而且整个闭式回收装置无人操作,不需增加人工费用等。所以闭式回收改造后和直接排放相比运行成本增加为运行电费:22.5×24×28×12×0.5=45 360元,约4.6万元;项目实施后年经济效益约为40.25万元。从全国来看,以此方案计算:1 744组,则年经济效益约为:70×103万元。
4 结论
(1)将蒸压釜余汽在不同釜体之间的倒釜作业后的0.5 MPa左右的低压水蒸气的循环利用,提高水蒸气的利用率,降低水蒸气对环境的热污染和噪音污染,使能源得到充分利用,降低生产成本,提高经济效益。
(2)提高了高温冷凝水热焓的利用率,通过冷凝水与锅炉给水的热交换作业,提高锅炉用水的给水温度,增加锅炉的产汽量和单位产汽效率,减小锅炉房能耗,提高利用率。
(3)本系统能在全国管桩、加气混凝土、灰砂砖等建材产品生产中得到推广应用,估算每年可减排CO211.8×106t,NOx7.3×104t,SO27.7×104t,烟尘4.5×104t,年经济效益70×103万元,实现很大的技术经济效益。
摘要：将蒸汽喷射技术与建材制品生产技术相结合,建立管桩、加气混凝土、灰砂砖等新型建材制品生产的蒸压釜余汽循环利用和高温冷凝水循环利用系统。在蒸压釜降压时在供汽主管上加装引射装置,带动余汽导入分气缸内再利用,同时将高温凝结水通过热交换系统对锅炉软水进行预热,回收利用热能,从而提高锅炉效率,实现能量的循环利用。经过分析计算,在全国推广使用本系统每年可减排CO_211.8×106t,NO_x7.3×10~4t,SO27.7×10~4t,烟尘4.5×10~4t,年经济效益约为70×10~3万元。
关键词：节能,蒸压釜,余热利用
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