冷凝水回收的主要障碍是水泵输送高温凝结水时的气蚀现象。由于水泵叶轮的抽吸作用,在水泵入口处形成较低的压力,当进口的凝结水的温度高于该处水压所对应的饱和温度时,凝结水汽化,形成许多小汽泡,这些小汽泡在叶轮处由于流体被压缩压力升高,又凝结,形成一个局部空腔,周围液体以很高的速度冲过来,高速液滴冲击在叶轮上,液滴的动量很大,长期下去叶轮表面产生许多小坑,使叶轮的使用寿命大大减小。要防止汽蚀发生,必须采取各种防汽蚀措施,提高水泵入口处的压力,使凝结水温度低于该处压力对应的饱和温度。最简单的措施就是提高水泵入口前凝结水的重力压头,把凝结水储罐布置在较高的位置,把凝结水泵布置在较低的位置。如果工艺条件不允许或者仅仅靠重力压达不到要求,就需要使用专门的凝结水回收装置。
30.按蒸汽的压力温度回收凝结水
(1)用汽设备疏水压力小于0.15兆帕时,凝结水可以利用重力自流回收。尽量用集水罐水泵吸入口的液位差提供防汽蚀压头,如果工艺布置不能保证必要的防汽蚀压头,要采取专门的防汽蚀装置。
(2)用汽设备疏水压力在0.15~0.6兆帕之间,多数采用增压回收方式回收凝结水,要仔细核算阻力损失,设计集水罐超压排汽装置,考虑直接喷淋吸收和增压回收两种方式利用超压排汽。需要选用泵叶轮耐温150℃的水泵,配置专门的防汽蚀装置。
(3)用汽设备凝结水压力大于0.6兆帕时,采用高压、中压回水系统闪蒸装置,闪蒸汽供中压或低压用汽设备。闪蒸量小于或等于低压热用户蒸汽使用量,具有周期使用系数时,直接利用。无中低压热用户时,设中压或低压热交换装置,加热其他工艺介质,以达到相同的热能利用效果。采用喷射热泵方式,增压增量利用。
31.按用汽设备供热方式回收凝结水
负荷稳定,耗汽量大的用户
条件:企业生产工艺要求该类换热设备开机后即处于一种耗汽量和蒸汽使用压力下的稳定负荷。
管网选择:按余压回水方式的限定流速和比摩阻原则设计管径,可不专门设集水罐。回收管网直接回收装置。
回收装置选择:按回收的冷凝水流量和冷凝水热用户阻力确定给水泵防汽蚀装置流量和扬程,在装置吸入管考虑装置故障时的自动排水功能。
特殊工艺用户
造纸行业:造纸行业有多缸纸机和浆机,每个缸有不同的烘干温度和湿度要求,一台纸机或浆机可自成一个独立的热能梯级利用系统。设计时要考虑上述因素,将喷射热泵技术、自控技术和冷凝水回收技术结合起来,以设计最理想的热能利用系统。
卷烟行业:卷烟行业蒸汽使用参数变化比较大,蒸汽使用有直接加湿和间接加热两种方式。可考虑用高压用汽设备的二次闪蒸汽用于直接加湿或空调采暖等方式,二次闪蒸汽汽量和压力不足时可用喷射泵引射和增压。
橡胶行业:用汽设备多,单台耗汽量小,同期使用系数大,用户回水需要合理的压力匹配,才能保证硫化温度。冷凝水既可作锅炉供水,又可作硫化机内胎用水。
总之,不同工艺要有不同的处理方法,在回收系统上和回收装置的选配上力求达到最佳的效果。
32.按用途选择回收冷凝水
冷凝水做锅炉补水
冷凝水做锅炉汽包补水:直接上锅炉是指将回收装置出口管接至原锅炉上水管在省煤器前端的某处(一般应在原上水泵止回阀后端)。由于上水温度提高,应注意省煤器的安全问题,可通过有关计算,确定省煤器出口的温度,对于非沸腾式省煤器,此温度应至少低于饱和温度30℃,对于沸腾式省煤器,省煤器出口温度应保证汽水混合物的干度小于或等于20%。在锅炉原给水控制要求不高或无热力除氧时选择该方案。
冷凝水直接进热力除氧器:大型锅炉对上水连续性和平稳性要求很高,这时凝结水不再直接输入锅炉而是进入热力除氧器,然后由原锅炉上水系统完成输入锅炉的任务。不管是直接上锅炉还是间接上锅炉,从安全的角度考虑,还应设置一根当锅炉或除氧器满水时供凝结水排放的管道,此管一般接到软化水箱中,具有溢流管的性质。
凝结水的这种去向选择是自动的,一般通过电磁阀、双回路调节器等控制阀门来完成。
冷凝水做低温热源
当企业利用热电厂供汽,由于回收管网太长等原因无法直接回收到锅炉房时,或当冷凝水水质受到二次污染,不能作锅炉补水时,可作为低温加热热源使用、其方式如下:
企业用于取暖热源:利用冷凝水的余热,根据供热负荷确定是否需要补充部分软水(或生水)作采暖循环用水,根据余热量确定供暖面积,可节省集中供热费用。
用于直接热水用户:对于印染、纺织、橡胶、轮胎等企业,需要大量自用高温软化热水,利用冷凝水,污染介质并不影响同行业加热的目的。
间接换热热源:当冷凝水受到污染无法直接利用时,可考虑间接换热方式。如加热工艺用水,采暖循环水等非饮用水场合。
总之,凝结式回收的原则是:通过凝结水回收系统中能量的综合利用,达到最经济的能量回收利用,保持整个蒸汽热力系统利用率最高,经济性最好。凝结水回收中的能量回收实际上有交错在一起的三种方式:凝结水所含热能的回收、闪蒸汽的有效利用、软化水的回收。
对于高、中压回收系统,在系统中设专门的闪蒸装置,闪蒸汽供低压用汽设备使用。同时也减少了其余凝结水的回收难度。如果没有下一级低压蒸汽用户,可以设置热交换器,加热其他用途的工艺介质,做到能量的有效利用。在凝结水回收管网中可以设多级闪蒸装置,使蒸汽按梯级方式利用。
凝结水回收装置中最终的凝结水一般送回锅炉重新使用,这样不仅节约了热能,也节约了软化水,从而也节省了水处理的费用。
有时,凝结水被污染,作为软化水回收已经没有意义,但是其中的热能还是应该尽量回收,可以作为低温加热热源使用,如用于取暖,间接加热热水或其他工质。
当企业采用热电厂供汽时,把凝结水回收到锅炉管网太长,或者需要回收的凝结水数量太少,不值得设回收管网,也应该把用汽点的凝结水收集起来,就地利用。
33.供暖系统的热源节能
整个供热采暖系统由热源、热网和热用户三大部分组成。节能工作也应从这三个方面入手。
热源主要采用燃煤、燃气、燃油锅炉或电锅炉,也可用地热、水源、地源热泵等。我国北方地区现在仍以集中燃煤锅炉供热为主。由于环保要求的提高,北京等地正在逐步改变以燃煤为主的局面,用燃气、电等清洁能源取代,地热、热泵技术等也正在逐步发展。
锅炉房热源的节能主要是提高能源转换的效率,包括提高锅炉和换热站内换热器的效率,降低输送系统的能耗,包括风机和水泵的能耗,以及降低辅助系统包括输煤、排灰和排污系统的能耗。
在建筑室内采暖设计中,存在着许多不规范的人为附加,热负荷的计算值比实际需要往往高出很多,采暖系统运行参数偏离设计参数较多就是最直接的表现,常见的人为附加如下:
(1)围护结构传热系数偏大。按《民用建筑热工设计规范》计算得出的围护结构传热系数就应该直接作为建筑热负荷计算的基础,但由于担心施工问题影响保温效果,又在此基础上附加了20%~30%。
(2)管径选取偏大。在管径选取时,不进行水力计算,只参照比摩阻选取管径,而且每段管径都是取大放小,有时还有意放大一号。
(3)散热器面积偏大。在散热器面积或片数选取时,把计算负荷附加30%~50%。
(4)锅炉选择偏大。设计时不进行水力计算,甚至不进行热负荷计算,而按面积指标估算,使锅炉富余量约大一倍。
在企业中,大锅炉、大水泵、粗管道和大散热器的情况十分普遍,锅炉容量选用过大,使锅炉经常停炉或低负荷运行,影响锅炉的热效率。管径选取偏大,使单体内部阻力过小,不利于整个热网的水力平衡,会导致整个供热区域内冷热不均。散热面积过大会造成建筑内采暖系统竖向温度失调,高层过热,底层偏冷,达不到舒适要求,同时造成能源浪费。管径和散热面积偏大还为采暖系统“大流量、小温差”的不合理运行创造了条件,增大循环水泵的电耗,使系统运行费用增加。这些附加还掩盖了建筑围护结构施工、设备安装中存在的问题,严重阻碍了采暖设计水平的提高,加大了工程投资,浪费了能源。
为了改善旧的供暖系统,应对锅炉、换热器、循环水泵等设备进行全面校核,分析所有设备匹配的合理性,然后结合实际情况,制订在严寒期与初寒期最佳的允许方案,力求提高一次水水温,减少锅炉、换热器和水泵的运行台数,以节约能源;对新建的供暖系统,要切实以节能设计标准为依据,确定热负荷,选择设备,并采用变频调速技术,在运行中则尽量提高一次水水温,避免能源浪费。
锅炉改造实施方法
工业锅炉技术改造工作是一个系统工程,它需兼顾节能、安全和环境保护等多方面的规程和要求,而且锅炉机组是动力设备,机组的可靠性要求高,如改造不当造成的影响和损失远远超出机组本身的范围和价值,因此必须遵循一定的工作程序。
(1)改造前热工测试(论断性测试)。通过测试全面了解锅炉实际状况,得到热效率和各项热损失的数据。
(2)分析存在的主要问题。根据测试数据并辅以对锅炉和辅机的现场检查及听取运行操作人员、检修人员的意见或建议后进行全面的分析研究,找出锅炉效率低下或可靠性差、可用率低的主要问题和关键部位。
(3)制订改造方案提出可行性研究报告。根据找到的主要问题,分析节能潜力,按照技术上可靠的原则选择现实可行的改造方案,并为确认经济上是否可行,将制订的初步方案作详细的技术经济分析,提出可行性研究报告。
可研报告至少应包括以下内容:
锅炉机组现状,包括热负荷状况、煤耗、热效率、存在问题等;
改造的必要性;
改造方案选择(包括方案比较);
推荐方案的投资估算;
资金来源;
节能效益;
环境效益;
经济效益分析;
敏感性分析;
结论。
(4)项目融资。根据可研报告提出投资估算,确定自筹、贷款式申请补助的额度,并进行融资。
(5)选择实施者。方案选择后,从技术拥有者中选择信誉好、有业绩、价格合理的单位作为实施方。
(6)办理锅炉改造报批手续。改造工作一般应向以下单位报批:上级主管部门、节能和环保主管部门、劳动安全主管部门。
(7)完成施工设计和组织施工。施工过程应由特种设备检测中心负责质量监督。
(8)验证性热平衡测试。锅炉改造完成后,应在调试正常条件下进行热平衡测试,一般情况下,正、反平衡测试均应进行,对于大型工业锅炉无条件进行正平衡测试时,也可只做反平衡测试,以验证改造效果。
改造效果验证不仅要看热效率的提高量,还应重点比较锅炉诊断测试时出现的主要问题中的数据变化,从而判断出所采取的改造技术措施哪些是有效的,哪些是无效的,以便为今后制订改造方案提供宝贵的实践经验。
除了城市热电联产集中供热以及各种集中或分设的采用不同燃料的锅炉房供热的热源以外,燃气壁挂炉供热和直接用电采暖近来都有一定的发展。燃气壁挂采暖炉具有使用调节方便、能效高、便于计量收费、节省热网投资、不需锅炉房占地等优点,但存在燃气安全、消防及排放废气污染环境问题,而且用户使用费用高,设备折旧年限短。直接用电采暖可采用低温辐射电热膜、地板内埋设电缆、电暖气等,其特点是无外部设施建设,投资较少,当地无污染,便于计量收费,管理方便,但能源利用率过低,运行费用较高,只能在难以使用其他供热方式的条件下适用此种方法。
34.供暖系统的热网节能
从供热热源向用户输送热能的热网,也应力求减少能量损失。为此,必须做好管道保温,满足保温标准的要求;要做好管网的平衡调节,避免由于热用户距离热源远近不同造成的热损失;还要防止管网跑、冒、滴、漏,特别是大量丢水问题的发生。
35.供暖系统的热用户节能
热用户的节能也十分重要。为此,要避免用户私自取用供暖系统中的热水。供暖系统中的热水是经过软化和加热的水,丢水后必须补水。丢水会造成能源的损失和供暖成本的增加。室内采暖系统要便于调节,热量能够计量,以便在按热量收取供暖费用的条件下,调动居民节能的积极性,避免产生“过热就开窗,冷了就投诉”的问题。
在房屋装修中,暖气加罩十分普遍,有的甚至将暖气散热器全部用罩子完全封闭,其结果本来会通过暖气片散发的热量又重新回到热网,或加热了外墙后向室外散失,不仅造成能源的浪费,房间也不热了。因此,应该尽量避免安设暖气罩,实在有必要安设时,也应该在罩面留出足够的孔洞,使辐射热和对流热得以通过。
随着我国经济体制改革的进展和市场经济体制的逐步建立,原有供给制的城镇供热体制已不能适应新形势的要求,妨碍了城镇集中供热效率的提高,必须进行改革。改革的基本思路是:停止福利供热,实行用热商品化、货币化,建立符合我国国情和市场经济体制要求的城镇供热新体制;逐步推行按用热量分户计量收费办法,确立热能消费意识,提高节能积极性,形成节能机制;采取扶持政策,加快城镇已有住宅节能改造和供热采暖设施改造,提高热能利用效率和环保水平。
36.热电集中供热的节能
我国北方各大中型城市现在均有一个或几个以热电厂为热源的热网,它是利用燃料中的高品位热能发电后,将其低品位热能供热的综合利用能源技术。就供热效率而言约为中小型锅炉房的2倍。而且热电厂还采用先进的脱硫装置和消烟除尘设备,对空气的污染也小于中小型锅炉房。
因此在条件允许时,应优先发展热电联产供暖方式。当前热电联产存在的问题是:
(1)长距离输送,管网初投资高,输送水泵电耗为所输送热量的2%~4%。
(2)由于末端缺乏计量方式和调节手段,导致30%~40%的热量浪费。
37.区域供热的节能