武汉喷漆房蒸汽凝结水系统改造及经济性分析

 低碳经济已成为全球经济发展的风向标，节能减排成为中国乃至全球经济发展过程中的核心要素。要实现“十二五”节能减排的目标，必须认清形势，迎接挑战，认真履行社会责任，积极采取切实有效的措施，继续深化推进节能减排工作。某公司大型涂装武汉喷漆房蒸汽凝结水系统，主要存在设备内积水、水击、疏水不畅、蒸汽泄漏、凝结水水质不合格等一系列问题，急需进行优化改造。

1　改造背景
某公司涂装武汉喷漆房的烤漆烘干工艺有多套加热设备，每套设备有4组或5组不等的烘干室。实施喷漆工艺时，应将武汉喷漆房室内温度从常温加热到18℃，加热风不循环；实施烘干工艺时，应将武汉喷漆房室内温度加热至60℃，加热风循环使用。在使用过程中频繁出现积水及水击问题，设备腐蚀严重，严重影响其使用寿命；蒸汽泄漏严重；凝结水铁含量指标和浊度指标无法满足低压锅炉使用，水质不合格。必须完善加热蒸汽调节控制系统和蒸汽疏水系统，同时增加凝结水除铁系统，以满足锅炉给水水质指标的要求。

2　原工艺系统简介
2.1　原设计方案
某公司大型涂装武汉喷漆房蒸汽凝结水系统，各烘干室全部分别采用单独进汽、单独疏水的方式，加热设备进汽采用开关式两位气动角阀来控制蒸汽的供应，当武汉喷漆房室内空气加热温度满足工艺要求时，气动阀根据信号自动完全关闭蒸汽；当武汉喷漆房室内空气温度低于设定值时，气动阀完全打开。单独疏水采用国产自由浮球式。各加热设备的凝结水通过各自支管，集中进入架空余压自流凝结水管，集中后排放。
2.2　存在问题
用开关阀来控制蒸汽的供应，会造成换热设备内积水及水击问题的发生。当武汉喷漆房室内空气加热温度满足工艺要求时，气动阀根据信号自动关闭蒸汽，此时蒸汽压力接近0，造成散热器内的冷凝水无法排出，设备内会积水；当武汉喷漆房室内空气温度低于设定值时，气动阀完全打开，会造成设备及管道内水击现象的发生；同时由于设备、管道内存水及水击问题，会造成其管路锈蚀严重、换热器因冲刷腐蚀损坏，影响其使用寿命。系统疏水不畅，不能连续及时地把蒸汽系统中的凝结水、空气和二氧化碳等不凝性气体排到系统之外，不能很好地防止蒸汽泄漏。
缺少凝结水除铁系统：由于设备间断运行以及其他原因，导致凝结水浑浊、发红。其铁含量指标和浊度指标无法满足低压锅炉使用。

3　优化方案
3.1　完善加热蒸汽调节控制系统
某品牌Python 1100型气动控制阀，可用于多种介质的如压力、温度、流量的调节和控制。气动调节阀组成主要包括阀体、执行器、定位器、控制器及附件等，如图1所示。气动调节阀具有控制精度高、稳定性好、调节控制效果佳等特点。提供的参数： 加热器蒸汽负荷为喷漆工艺空气加热，单组风量为50000m3，设计温升－11℃～18℃。单组加热器蒸汽用量约为0.9t/h。
3.2　完善蒸汽疏水系统
烘干室加热系统间断运行，疏水阀选择首先要保证加热器正常排水，主管选择倒吊桶疏水阀。同时为防止设备内积水，在支管上安装小压差安全疏水阀，用于排放设备间断运行停车阶段的凝结水，防止设备积水及水击问题的发生。安全疏水阀和主疏水阀的凝结水分别进入各自的凝结水回收系统，分别加压回收利用。
某公司烘干室加热蒸汽参数：0.4MPa/饱和蒸汽；单台蒸汽流量：900kg/h。本设计主疏水阀选用某品牌CK883型倒吊桶式疏水阀，完全满足系统需求。其结构形式为倒吊桶式，阀体材质铸铁，内件为不锈钢，内置过滤器。工作压力/温度为1.7MPa/232℃，可排凝结水量为2000kg/h。
由于各烘干室加热系统间断运行，为防止空气加热器设备内积水，在支管上安装排水的安全疏水阀（接管进入独立回水系统）。当其压差小于0.1MPa，即低压或无压状态时，疏水阀可将凝结水自动排放，当压差大于0.1MPa时，疏水阀自动关闭。根据系统现状，选用型号AIC、规格DN20、压差0.1MPa的小浮球式疏水阀。安全疏水阀选用型号75-AICF、规格DN25，以便未加热时段破真空重力排水。
气动控制（调节）阀和倒吊桶疏水阀安装示意图如图2所示。
3.3　完善凝结水回收系统
为保证凝结水回收系统的正常运行，避免水击现象的发生，在疏水阀前后配管时，应注意避免反坡安装问题的发生，即让凝结水由高向低利用重力自流进入总管，总管布置尽量避免不必要的高度变化，以由高向低自流布置为宜。两台相对应的设备疏水支管，应分别错开接点汇入主管，以避免相互影响。同时在低压安全疏水及正常加热疏水系统，分别增加凝结水泵加压回收系统，将凝结水分别加压回收至锅炉房待处理利用。
3.4　增加凝结水除铁系统
凝结水有很高的经济价值，主要包括水的价值、软化的价值和热值三个部分。蒸汽凝结水的再利用，其途径是进入锅炉作为补充水使用，以取得的节能效益。因此，对较洁净的蒸汽凝结水进行再处理，不仅可以减少软水使用成本，而且可以减少污水处理成本。根据工厂工艺情况，本方案在锅炉房增加凝结水除铁系统，可以阻止悬浮物进入锅炉，保证锅炉产汽系统的安全运行。
除铁系统安装示意图如图6所示：
4　经济及社会效益分析
4.1　凝结水回收利用经济效益相关计算参数如表1所示：计算说明：
蒸汽凝结水回收量按50t/h，回收凝结水有效利用平均温度按80℃、生水平均温度按15℃考虑。凝结水价值＝凝结水热价值＋凝结水水价值凝结水热效益折算为燃煤价格，凝结水水价值保守按生水价值算。全年运行时间按4000h算。
凝结水热价值＝（凝结水温度－生水温度）×比热×燃煤价格/（锅炉热效率×煤低位热值）＝（80－15）×1×700/（5000×60%）＝15.17（元/吨）凝结水价值＝凝结水热值＋凝结水水价值＝15.17＋3.09＝18.26（元/吨）本方案实施完成后，回收凝结水全部处理后进锅炉利用，则：
每年可产生经济效益＝回收利用凝结水量×单位凝结水价值×年运行时间＝50×18.26×4000＝3652000（元）
则项目实施完成后， 每年可产生经济效益365.2万元。
4.2　社会效益
该项目的设计与实施，是认清形势，迎接挑战，认真履行社会责任，积极采取切实有效措施实现节能减排和低碳经济的具体体现，节约资源的同时创造了良好的社会效应，环境效益显著，应继续深化与推进。
5　结语
本文基于涂装、蒸汽、暖通管路等方面的理论，对原工艺流程进行了简介，分析存在的积水、水击、疏水不畅、蒸汽泄漏、凝结水水质不合格等问题，并提出可行性的改造方案，有效提高了能源的利用率，减少了蒸汽损耗。该方案实施后取得了很高的经济效益和社会效益。