西安印鈔廠集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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　摘要：本文分析了西安印鈔廠用汽及熱電廠供汽狀況，簡(jiǎn)述了蒸汽減壓系統(tǒng)、蒸汽減溫系統(tǒng)、廠區(qū)熱力管網(wǎng)改造和凝結(jié)水綜合利用設(shè)計(jì)思路及優(yōu)化方案，并對(duì)集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行了效益分析。

　　關(guān)鍵詞：蒸汽 溫度 壓力 流量

　　１、概況

　　西安印鈔廠原由自備鍋爐房供應(yīng)廠區(qū)熱力，安裝有兩臺(tái)SZL10-1.27-P型燃煤鏈條鍋爐，冬季運(yùn)行兩臺(tái)鍋爐，夏季運(yùn)行一臺(tái)鍋爐，冬季最大蒸汽流量15t/h，夏季最大蒸汽流量4.14t/h.因西安市西郊熱電廠建成投產(chǎn)，熱電廠集中供熱管道已敷設(shè)至西安印鈔廠圍墻外，為減少環(huán)境污染、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，決定采用熱電廠蒸汽對(duì)廠區(qū)進(jìn)行集中供熱。

　　熱電廠供汽為壓力0.65-0.92Mpa、溫度170-220℃的過熱蒸汽，熱電廠不回收凝結(jié)水。因廠區(qū)用汽設(shè)備使用壓力0.6Mpa、溫度164.9℃的飽和蒸汽，故熱電廠過熱蒸汽需經(jīng)減溫減壓后方可使用。進(jìn)戶熱力管道及計(jì)量裝置由熱電廠設(shè)計(jì)施工，減溫減壓裝置及廠區(qū)熱力管網(wǎng)和凝結(jié)水回收利用改造由西安印鈔廠設(shè)計(jì)施工。

　　2 、供汽用汽狀況西安印鈔廠主要用汽點(diǎn)為：

　　熱交換站、凹印污水處理站、浴室、空調(diào)加濕器、溴化鋰吸收式制冷機(jī)，生產(chǎn)為兩班制，用汽流量變化較大，為保障設(shè)計(jì)成功，對(duì)西安印鈔廠用汽流量和熱電廠供汽情況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研，分析了冬季和夏季日24小時(shí)運(yùn)行情況。

　　熱電廠供汽溫度在170-223℃范圍內(nèi)波動(dòng)，熱電廠供汽壓力在0.65-0.92Mpa范圍內(nèi)波動(dòng)，印鈔廠用汽流量在0.2-15t/h范圍內(nèi)波動(dòng)，熱電廠供汽壓力、溫度及西安印鈔廠用汽流量波動(dòng)范圍較大，給蒸汽減溫減壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了較大的難度，查閱了國(guó)內(nèi)多家減溫減壓器生產(chǎn)廠家產(chǎn)品樣本，其減溫減壓特性不能滿足我廠技術(shù)要求，主要反映在流量變化范圍，我廠蒸汽流量在0.2t/h-15t/h范圍內(nèi)變化，變化幅度為1.3%-100%，目前生產(chǎn)的減溫減壓器其壓力、溫度可在20%-100%流量范圍內(nèi)控制，超過流量范圍則溫度、壓力失控，即流量小于3t/h則不能滿足生產(chǎn)控制工藝要求。因此需自行設(shè)計(jì)蒸汽減溫減壓系統(tǒng)。

　　3、蒸汽減壓方案

　　蒸汽減壓是通過流體在閥門中節(jié)流實(shí)現(xiàn)的，流體通過減壓閥時(shí)的流動(dòng)過程為絕熱節(jié)流過程，這種過程是不可逆的絕熱膨脹等焓流動(dòng)，對(duì)于過熱蒸汽，節(jié)流后焓值不變，溫度有所降低，比容和熵都有所增加。目前工程上通常采用機(jī)械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥對(duì)蒸汽進(jìn)行減壓。

　　3.1機(jī)械式蒸汽減壓閥機(jī)械式蒸汽減壓閥靠調(diào)節(jié)閥芯與閥座流通截面積以穩(wěn)定閥后壓力的穩(wěn)定，阿姆斯壯公司生產(chǎn)的GP2000型蒸汽減壓閥為先導(dǎo)式隔膜減壓閥，由壓力反饋管把閥后壓力傳遞至膜盒，膜盒產(chǎn)生位移使閥芯與閥座流通截面積改變而維持閥后壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，機(jī)械式蒸汽減壓閥有以下特點(diǎn)：

　　a、閥門阻力較大，閥門前后最小壓降ΔP≥0.1Mpa，如閥門前壓力為0.65 Mpa時(shí)閥后壓力為0.55 Mpa，不能滿足我廠供汽要求。

　　b、閥門在小流量下后端壓力變化較小，在小流量大壓差工況下減壓效果較好。

　　c、閥門在大流量情況下閥后壓力下降較大。

　　3.2蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥

　　3.2.1蒸汽壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理由壓力傳感器將閥后壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20MA電流信號(hào)送至PID調(diào)節(jié)器，在PID調(diào)節(jié)器內(nèi)設(shè)定閥后壓力，由PID調(diào)節(jié)器經(jīng)過計(jì)算向電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥輸出4-20MA控制信號(hào)，控制閥門開啟度，以維持閥后壓力穩(wěn)定。

　　3.2.2電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥的工作流量特性調(diào)節(jié)閥的工作流量特性是指調(diào)節(jié)閥在前后壓差隨流量變化的工作條件下，調(diào)節(jié)閥相對(duì)開度與相對(duì)流量之間的關(guān)系。由于熱電廠供汽壓力不穩(wěn)定，當(dāng)熱電廠供汽壓力為0.65MPa時(shí)，閥后壓力需要調(diào)節(jié)至0.6MPa則閥門全開時(shí)壓降為0.05MPa，閥后的壓力用以克服全廠供熱系統(tǒng)管道及設(shè)備阻力，閥門的S值為0.083（S為閥權(quán)度，表示調(diào)節(jié)閥全開時(shí)壓降占該支路全部壓降的百分?jǐn)?shù)），這時(shí)閥門的工作流量偏離理想流量特性。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥具有以下特點(diǎn)：

　　a.在蒸汽流量較小時(shí)（<1.5t/h）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥不能精確控制流量和閥后壓力。

　　b.在蒸汽流量較大時(shí)（>5t/h）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制蒸汽流量和閥后壓力較為精確。

　　c. 蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度較大時(shí)阻力較小，壓降<0.05Mpa. 3.2.3蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型為合理選定調(diào)節(jié)閥，應(yīng)正確計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流通能力，否則會(huì)使調(diào)節(jié)閥的口徑選得過大或過小。如果口徑選得過大，不僅浪費(fèi)投資，而且會(huì)使閥門經(jīng)常處于小開度位置，從而造成調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。反之，如果口徑選得過小，即使閥門處于全開狀態(tài)，也不能適應(yīng)最大負(fù)荷的需要，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈。

　　流通能力的定義是：當(dāng)閥門全開，閥兩端的壓力降為0.1Mpa，流體的密度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量。用符號(hào)C來表示，單位為m³/h.對(duì)于蒸汽C值按下式計(jì)算：C=λGMAX/（ρ2（P1-P2））1/2式中：λ——流量系數(shù)，m⁴/（kg*h），取10 GMAX——蒸汽流量，kg/hρ2——閥后蒸汽密度，kg/m3 P1——閥前蒸汽絕對(duì)壓力，Pa P2——閥后蒸汽絕對(duì)壓力，Pa按照上式，GMAX蒸汽流量取15000kg/h，ρ2閥后蒸汽密度查過熱蒸汽密度表得出3.65kg/m³，P1閥前蒸汽絕對(duì)壓力取7.5*105Pa，P2閥后蒸汽絕對(duì)壓力取7.0*105Pa，代入上式得，C=351.12m³/h.根據(jù)C值，查閱閥門樣本，選擇DN150電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥，閥門最大流量系數(shù)CMAX=410m3/h.

　　3.3減壓系統(tǒng)優(yōu)化方案為保證廠供熱系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，根據(jù)機(jī)械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽閥的不同特性，集中供熱減壓系統(tǒng)采用機(jī)械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥聯(lián)合調(diào)節(jié)的控制方式。

　　當(dāng)流量較小時(shí)機(jī)械式蒸汽減壓閥對(duì)蒸汽進(jìn)行減壓，壓力設(shè)定值0.62MPa，這時(shí)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，當(dāng)蒸汽流量逐步增加時(shí)，機(jī)械式蒸汽減壓閥不能滿足要求，閥后壓力下降當(dāng)閥內(nèi)壓力下降至0.6Mpa以下時(shí)， 電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥開啟，將壓力穩(wěn)定控制在0.6Mpa.

　　4、蒸汽減溫方案蒸汽減溫的目的

　　將減壓后的過熱蒸汽溫度降低成飽和蒸汽溫度，以符合工藝參數(shù)。采用向蒸汽中噴入減溫水與過熱蒸汽混合，水與過熱蒸汽混合后汽化變成蒸汽，吸收熱量以降低過熱蒸汽溫度，這種減溫方案是目前工程上普遍采用的減溫方案，本次集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)也采用此減溫方案。

　　4.1 蒸汽減溫器的熱力計(jì)算減溫器熱力計(jì)算的目的是確定在不同蒸汽流量下所需要的減溫水量Dj.在進(jìn)行減溫器熱力計(jì)算時(shí)，已知數(shù)據(jù)為：減溫前蒸汽絕對(duì)壓力P1和溫度t1，減溫前蒸汽流量D1，減溫后蒸汽溫度t2和流量D2，減溫水熱焓hj。

　　4.2減溫水控制方案為保證減溫后蒸汽溫度恒定，需根據(jù)蒸汽流量和溫度的不同控制減溫水噴入量，減溫水流量控制系統(tǒng)如下圖：

　　由溫度傳感器將減溫后蒸汽溫度信號(hào)傳至PID調(diào)節(jié)器，在PID調(diào)節(jié)器上設(shè)定蒸汽溫度，由PID調(diào)節(jié)器根據(jù)蒸汽溫度設(shè)定值和實(shí)際值比較計(jì)算，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出信號(hào)，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度，使減溫后蒸汽溫度恒定。

　　5、凝結(jié)水回收利用廠區(qū)蒸汽凝結(jié)水每天最高回水量約80m³，回水溫度約80℃，其中蘊(yùn)涵著大量熱能，應(yīng)加以充分利用。

　　廠區(qū)浴室每日耗水200噸左右，每日耗汽約16噸，是一個(gè)用水用汽大戶，浴室開放時(shí)間為每日下午16時(shí)至晚23時(shí)。

　　廠區(qū)蒸汽凝結(jié)水經(jīng)取樣化驗(yàn)，其水質(zhì)符合自來水衛(wèi)生指標(biāo)，可用作浴室洗浴用水。

　　將凝結(jié)水用于浴室洗浴，既可以節(jié)約水，又可以利用凝結(jié)水中的熱能，是一種較為合理的利用途徑。

　　全廠蒸汽凝結(jié)水每時(shí)每刻均在產(chǎn)生，而浴室是定時(shí)開放，故應(yīng)將凝結(jié)水回收儲(chǔ)存，考慮到浴室用水時(shí)蒸汽凝結(jié)水仍在產(chǎn)生，這一部分凝結(jié)水及時(shí)用掉不需存儲(chǔ)，凝結(jié)水蓄水池蓄水量需60m³，待浴室使用時(shí)將凝結(jié)水用凝結(jié)水泵供入浴室熱交換器。

　　6、效益分析

　　集中供熱不但具有良好的社會(huì)效益，還具有持續(xù)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。其社會(huì)效益有：提高了社會(huì)能源的綜合利用率，消除了鍋爐運(yùn)行的不安全因素，徹底解決了鍋爐產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢水、噪聲的環(huán)境污染問題。

　　其經(jīng)濟(jì)效益有：廠自產(chǎn)蒸汽成本為61.15元/噸，2000年全廠耗汽28413噸，合計(jì)成本為173.75萬元； 熱電廠供熱蒸汽售價(jià)為61.43元/噸，因熱電廠供熱蒸汽為過熱蒸汽，其壓力和溫度均高于廠自產(chǎn)蒸汽，故其每噸蒸汽含熱量高于廠自產(chǎn)蒸汽，雖然2001年生產(chǎn)任務(wù)比去年多，加班加點(diǎn)又多于2000年，但2001年汽耗較上年仍有下降，2001年全廠耗汽23459噸，合計(jì)成本為144.11萬元，較2000年減少用汽4954噸，年節(jié)約蒸汽合計(jì)成本29.64萬元。

　　7、結(jié)論

　　7.1通過一年多時(shí)間的運(yùn)行，集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，供汽壓力、溫度穩(wěn)定，滿足了廠生產(chǎn)生活用汽需要。

　　7.2蒸汽減壓方案采用機(jī)械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥聯(lián)合調(diào)節(jié)，可適應(yīng)供汽壓力不穩(wěn)和用汽量變化較大的工況。

　　7.3蒸汽減溫方案采用減溫水與過熱蒸汽直接混合減溫方案，通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)減溫水量控制蒸汽溫度，通過變頻器改變水泵轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)閥前水壓，減溫水采用蒸汽凝結(jié)水適當(dāng)補(bǔ)充軟水。

　　7.4廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)改造時(shí)，最遠(yuǎn)用汽點(diǎn)壓降不得超過供汽壓力10%，管網(wǎng)蒸汽流速在30—45m/s較為經(jīng)濟(jì)可行。

　　7.5將凝結(jié)水用于浴室洗浴，既可以節(jié)約水，又可以利用凝結(jié)水中的熱能，是一種較為合理的利用途徑。

　　7.6采用集中供熱有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。