蓄热器在蒸汽疏水余热回收系统中的应用*

熊从贵（台州龙江化工机械科技有限公司）

蓄热器在蒸汽疏水余热回收系统中的应用*

熊从贵（台州龙江化工机械科技有限公司）

针对目前的蒸汽疏水余热回收方式不能满足工厂运用要求的缺点，提出一种带有蓄热器的蒸汽疏水余热回收系统及设计方法，并计算了以每8 h生产1500 kg蒸汽疏水为例所获得的经济效益。结果表明蒸汽蓄热器在蒸汽疏水系统中的应用，方法可行，具有明显的经济效益。

蒸汽；疏水；余热回收；蓄热器

引言

蒸汽在工业生产中是一种重要的能源。蒸汽的单位质量热焓值较高、易于控制，因此在化工厂、食品厂等很多工业生产中大部分都采用蒸汽作为热源。蒸汽的热能是由显热和潜热组成，一般的热交换过程只利用了蒸汽的潜热和少量显热，蒸汽释放潜热和少量显热后成为高温凝结水。

蒸汽管线内的蒸汽由于管道热损失等原因产生凝结水，底部的凝结水如不及时排除，会随高速蒸汽一起流动形成水波，当累积到一定量后，可能在管道中形成“水锤”，破坏改变气流方向的管件、阀门等。另外凝结水附着在热交换设备的换热面上，会增加传热热阻，降低传热系数，影响产品性能。因此蒸汽管线和热交换设备中的凝结水应及时排除。

凝结水通常是饱和水，它的热能占到蒸汽热能的15%～25%左右，凝结水的温度一般在80℃以上［1-2］，蒸汽温度越高凝结水所占的热能比例越高。在一些集中供热的化工园区以及化工厂内，蒸汽管线的疏水通常直接就地排放，化工装置中换热设备的蒸汽凝结水也是直接排放的，这造成了很大的能源浪费。因此，采取有效的技术措施，回收系统凝结水的热能是非常必要的。现有的蒸汽凝结水余热回收技术有开式水箱回收系统、闭式水箱回收系统和回收器回收系统［3］，这些只是蒸汽凝结水简单收集利用，很难满足工程应用要求。文中主要介绍一种用于蒸汽管道及用汽设备上疏水的余热回收系统，是一种蓄热器与蒸汽余热回收系统的组合。

1　蓄热器的工作原理

蓄热器是利用水的蓄热能力，在加压状态下使蒸汽以饱和水的状态储存起来，在需要时以饱和蒸汽的状态释放出来。蓄热器通常设置在锅炉或其他产汽装置与用汽设备之间，其进汽管与锅炉的出汽管连接，出汽管与用汽设备连接，具体见图1。并在蓄热器的进汽口和出汽口设置了自动控制阀门，实现自动充汽和自动放汽。当锅炉的蒸汽产量大于用汽设备的用汽量时，多余的蒸汽进入蓄热器的充汽装置，与蓄热器内的水混合，蒸汽本身冷凝成饱和水，蓄热器内的压力上升。当用汽量大于锅炉的产汽量时，蓄热器内的饱和水由于压力降低而蒸发，补充用汽设备的蒸汽量。锅炉的蒸汽压力与用汽压力之间的压力差越大，蓄热器的蓄热量就越大，可按不同的情况来选择蓄热器容积。

图1　蓄热器结构

2　工程应用

化工园区内使用的蒸汽通常都由电厂集中供应，蒸汽管道在进入化工园区后供往各化工厂，然后分配到各用汽设备，如加热器、反应釜等。各用汽设备产生的凝结水或蒸汽疏水基本上都是直接排到地沟，造成了热能浪费，以0.6 MPa（绝压）的饱和蒸汽为例，蒸汽热焓值为2 761.4 kJ/kg，蒸汽疏水的热焓值为670.22 kJ/kg，凝结水温度按80℃计算，其热焓值为334.94 kJ/kg。因此，有效地利用蒸汽疏水和凝结水可减少热能浪费，节约能源。

2.1蓄热量

根据蓄热器在本工程中的实际用途，蓄热器的蓄热量计算与蒸汽系统中的计算方法不同，跟锅炉产汽量和蒸汽用量无关，而是与热水用量与蒸汽疏水量有关，按以下公式确定。

式中：G——需要的蒸汽量，kg；

g1——需要的热水量，kg；

g2——蒸汽疏水量，kg；

h1——需要的热水的焓值，kJ/kg；

h2——蒸汽疏水的焓值，kJ/kg；

众筹平台大多具有互联网公司背景，在运用大数据、区块链、云计算等技术方面有优势，但金融风险防控能力相对不足。而根据对301位投资者的调查结果，投资者对股权众筹平台项目的风险防控存在多方面的要求，包括要求众筹平台落实投资者资金银行存管、通过财务监控系统及时监控科技创业项目经营情况等。此外，目前政府部门对众筹的监管尚在探索中，监管法律法规不完善，科技众筹行业的具体操作指导也处于空白状态，这使得众多众筹平台缺乏可供参考的行业标准，较难建立有效、规范的运行机制。

H——蒸汽的焓值，kJ/kg。

蒸汽疏水量可根据管道及阀门的热损失进行计算，凝结水量可根据换热量进行计算，这里不做详细计算。为方便计算，假设1个周期内的蒸汽疏水量和凝结水量为1500 kg。1个周期内需要的蒸汽量为295.50 kg。

蓄热器的容积与单位水容积蓄热量密切相关，单位水容积蓄热量按以下公式［4］计算。

式中：q0——单位水容积蓄热量，kg/m3；

h0——充热压力下饱和水的焓值，kJ/kg；

h1——放热压力下饱和水的焓值，kJ/kg；

H——充热压力下饱和蒸汽的焓值，kJ/kg；

H2——放热压力下饱和蒸汽的焓值，kJ/kg；

ρ——充热压力下饱和水的密度，kg/m3。

则假定条件下，单位水容积蓄热量为169 kg/m3，蓄热器的容积按下面的公式计算。

式中：V——蒸汽器的容积，m3；

V1——凝结水的容积，m3；

η——蓄热器的热效率，取η=0.95；

φ——蓄热器充水系数，取φ=0.9；

W——最大用水量，kg；

ρ0——放热压力下水的密度，kg/m3。

则假定条件下，蓄热器的容积为4.60 m3。

2.2运行方式

用于蒸汽疏水余热回收的蓄热器见图2。蒸汽管道的疏水或者换热设备的凝结水间歇地进入蓄热器，当设定时间内蓄热器的水位没有达到液位传感器的设定水位时，补水电磁阀打开、补水；水位达到液位传感器的设定水位，补水电磁阀关闭。蒸汽疏水和补水进入蓄热器后，通过蓄热器内底部设置的分水器均匀地分布，便于冷热混合。当蓄热器内的温度传感器T1检测到水温低于设定温度时，蒸汽的进汽电磁阀打开，蒸汽进入蓄热器内的充热装置与水进入混合换热；水温达到设定温度，蒸汽进汽电磁阀关闭。蓄热器底部设置有温度传感器T2，当补水电磁阀出现故障时，蓄热器内的水温会不断升高。蓄热器的出水电磁为常开型，只有当蓄热器底部的温度传感器T2检测到的温度超过75℃时才关闭。

图2　用于蒸汽疏水余热回收的蓄热器

2.3经济效益

还是以前面设定的数据为例，1年节约的能源按以下公式计算。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.07.001

熊从贵，工程师，2012年毕业于西北工业大学（机械设计制造及自动化专业），从事承压设备安全、高效传热研究和技术质量管理工作，E-mail：1034589719@qq.com，地址：浙江省温岭市太平街道南泉二期工业区，317500。

温岭市科技计划资助项目“用于工业供气系统的高效节能蒸汽蓄热装置”，项目编号：2015C11AA0002。