技术|浆纱机烘筒凝结水余热回收循环利用研究

2.2闭式回收系统设计的几个关键技术

2.2.1汽水共存管道的设置

单位质量的物质在不发生相变和化学反应的条件下，因温度的升降而吸收或放出的热叫显热。单位质量的物质在等温等压条件下，因相变吸收或放出的热叫潜热。物质的全热等于其显热与潜热之和。图2为不同压力下单位质量蒸汽所含有的热量(即蒸汽比焓)。蒸汽的热能包括显热和潜热两部分，蒸汽经用汽设备释放出潜热后生成含有显热的凝结水。

以GA308型浆纱机为例，其烘筒允许安全工作压力为0.35MPa，饱和蒸汽温度138.89℃，显热584.52KJ/kg;疏水阀背压0.2MPa，饱和蒸汽温度120.24℃，显热504.84KJ/kg，蒸汽比容0.603m3/kg，汽化潜热2201.74KJ/kg。由图2可见，设备所用蒸汽压力越高，生成凝结水的热价值也就越高。

经过疏水阀的饱和蒸汽如果直排大气，由于闪蒸，其温度会迅速降到100℃甚至以下而增加显热的利用难度，同时部分潜热也随闪蒸汽而排放了。因此，采用闭式回收系统可以最大限度地回收余热和凝结水。同时避免凝结水的污染。闭式回收系统中疏水阀排出凝结水的闪蒸率x=(h1-h2)/r×100%=(584.52-504.84)/2201.74=3.62%。式中：h1为闪蒸前饱和水的显热(KJ/kg)，h2为闪蒸后饱和水的显热(KJ/kg)，r为闪蒸压力下相应的蒸发潜热(KJ/kg)。

图1中从疏水器到集水箱之间的管段中为汽、水分层二相流，其中凝结水体积占总体积的3%，闪蒸汽体积占总体积的97%，实际上充满着蒸汽。从集水箱到锅炉的管段中为满管单相凝结水流，从集水箱到蒸汽管间的管段中为单相蒸汽流。

高速流动的蒸汽推动凝结水撞击管道的现象称作水击(又叫水锤)，水击很强时会对设备造成损伤和破坏。为了防止水击现象，应该合理选用和安装凝结水管。该段管径计算颇为困难，根据经验和每小时凝结水量可以判断凝结水管管径。现每台浆纱机烘筒凝结水流量为0.5t/h，故可选用25mm管径的水管，水管安装坡度不宜小于2/1000，最好大于4/1000，使冷凝水沿着管路坡度与闪蒸汽同向流动，避免出现积水和水击现象。

2.2.2疏水器的选择

疏水阀的作用是“阻汽排水”。疏水系统是提高蒸汽热能利用效率、有效回收凝结水的至关重要的环节。疏水阀决定着凝结水回收系统合理运行的成败。当前我国疏水阀使用状况不容乐观，正常运行(漏汽率<3%)的占10%，泄露超标(漏汽率>5%)的占60%，严重泄露(漏汽率>10%)的占30%。

英国帝国化学公司对疏水阀泄漏检测结果见表1。中压(1.4MPa)的热动力疏水阀、倒置桶疏水阀和压力平衡热静力疏水阀的使用寿命分别是12个月、5年～7年和6个月。

机械式疏水阀的耐背压性能最好，耐背压率达80%，热动力式疏水阀的耐背压率为50%，热静力式疏水阀的耐背压率为30%。凝结水回收对疏水阀耐背压性能的要求较高，热动力式和热静力式疏水阀均不适用。对浆纱机烘筒等设备内不能积存凝结水的用汽设备，应选用可连续排放饱和凝结水的机械型蒸汽疏水阀，此处选用倒置桶疏水阀。

2.2.3凝结水泵防汽蚀

采用水泵输送凝结水时，会造成叶轮入口处的压力低于凝结水饱和压力，引起大量微泡爆发性生长(闪蒸)，随后汽泡进入高压区受压而瞬时溃灭，周围的液体迅速补入，造成局部高温、高压水力冲击而剥蚀水泵，这就是被称为“泵癌”的汽蚀现象。汽蚀现象是凝结水回收的主要障碍。

目前国内外闭式回收系统有两种凝结水输送方式，一种是利用高压气体驱动机械疏水阀泵输送凝结水，这种方式需要消耗高品位能的新鲜蒸汽回收低品位能的闪蒸汽，而且集水箱直通大气，实际上变为开式回收系统，适用于低温、低压、小流量凝结水的回收;

另一种是利用喷射泵的引射增压原理，在离心泵的入口处形成输送凝结水的防汽蚀压头，可有效消除离心泵的汽蚀，这是利用凝结水自身的循环实现高温凝结水的回收，是低品位能间的利用，可以实现凝结水的全部回收。喷射增压水泵防汽蚀技术是当今凝结水闭式回收的前沿技术。

喷射泵的工作原理是高压流体在喷嘴出口处形成低压，卷吸低压流体后经混合室，再经扩散管降速而增压。喷射泵的结构见图3。

在喷射泵的混合室进口处易形成低压区而发生汽蚀现象。将喷射泵及混合室设计成等压流线结构，最大限度减少了混合室内的闪蒸;将扩压室设计成双层结构，内层等降压扩压，外层采用微循环冷却，避免了饱和水扩压时的分层现象。通过喷射泵结构和微循环冷却技术解决了喷射泵自身汽蚀的问题。

2.2.4闪蒸汽的回用

凝结水集水箱中的闪蒸汽可以利用蒸汽喷射式热泵技术进行回收。蒸汽喷射热泵的结构和工作原理与前面的喷射泵相似，采用高压蒸汽抽出低压闪蒸汽，并升压利用。

2.3效益分析

2.3.1经济效益

按一台浆纱机每小时产生的烘筒凝结水量为0.5t，平均每月回收凝结水150t计，自来水价格3元/t，软水处理费2元/t，污水处理费1.5元/t，闭式回收时凝结水压力0.2MPa，温度120℃，则一台浆纱机一年可节水150×12=1800(t)，节约自来水费1800×3=5400(元)，软水处理费1800×2=3600(元)，污水处理费1800×1.5=2400(元)。

当地全年锅炉平均给水温度取为20℃，标煤发热量为29270KJ/kg，锅炉效率为80%，标煤按600元/t计算，则一台浆纱机一年回收热量4.2×103×(120-20)×1800×103=7.56×108(KJ)，可节约标煤(7.56×108)÷29270÷0.8=3.229×104(kg)=32.29(t)，节煤费32.29×600=19372.5(元)。

一个纺织企业以5台烘筒式浆纱机不间断生产计，则每年共节水9000t，节煤(换算成标煤)161.45t，年节约费用总计153862.5元。

2.3.2社会效益

根据国家发改委能源研究所推荐值的CO2排放系数0.67t/tce，SO2排放系数0.0165t/tce和烟尘排放系数0.0096t/tce，按每年节约标煤161.45t计，每年可减少二氧化碳排放108.2t，减少二氧化硫排放2.66t，减少氮氧化物排放2.52t，减少烟尘排放1.55t;避免污水或蒸汽排放9000t。因此，浆纱烘筒凝结水的闭式回收具有良好的社会效益和环境效益。

结束语

采用闭式系统回收浆纱机凝结水用于锅炉补水，既回收了全部余热，又充分回收了凝结水，同时避免了凝结水的污染和处理，克服了开式回收系统仅能回收凝结水部分显热的不足。浆纱机烘筒凝结水闭式回收系统是利用凝结水较有效的途径之一。闭式回收系统采用适当管径的凝结水管和合理的安装坡度，有效避免了管道中的汽、水二相流造成的水击现象;通过选用耐背压性能好、漏气率低和使用寿命较长的机械式疏水器，保证了凝结水的持续顺畅排放和回收系统的正常运行。

该回收系统中的关键是采用了喷射增压技术，在有效回收凝结水和闪蒸汽的同时避免了喷射泵的汽蚀，克服了凝结水回收的主要难题。凝结水中含有“余热和水”效益，对具有几千台烘筒式浆纱机的我国纺织企业而言，节能潜力十分明显。浆纱机烘筒凝结水的闭式回收具有良好的社会和经济效益。