節(jié)能熱力系統(tǒng)疏水閥 上海申弘閥門(mén)有限公司 之前介紹節(jié)能供水閥門(mén)方向發(fā)展，現(xiàn)在介紹節(jié)能熱力系統(tǒng)疏水閥企業(yè)主要能耗為兩大類——熱能和電能，對(duì)許多化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，熱能消耗往往要比電能消耗還多。節(jié)能不但關(guān)系到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，更關(guān)系到我省乃至我國(guó)經(jīng)濟(jì)持久發(fā)展的頭等大事，各行各業(yè)必須加強(qiáng)加深節(jié)能意識(shí)。
工業(yè)二次熱能主要來(lái)源于蒸汽，這些年來(lái)，導(dǎo)熱油傳熱也得到了廣泛應(yīng)用，而電加熱，雖方便靈活，但代價(jià)大，通常不提倡連續(xù)大量應(yīng)用，因?yàn)殡娔軄?lái)之燃煤傳熱產(chǎn)汽而發(fā)電，若再把電轉(zhuǎn)回去發(fā)熱甚至產(chǎn)汽，多少存在著逆向倒退含意。隨著供熱輸配系統(tǒng)的發(fā)展，特別是變頻技術(shù)的廣泛使用，根據(jù)zui不利用戶資用壓頭選擇循環(huán)泵的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法越來(lái)越顯示其不節(jié)能的一面。這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，調(diào)節(jié)閥至少要節(jié)流掉30％的能量，造成能源的極大浪費(fèi)。 為了提高熱網(wǎng)的運(yùn)行效率和保證供熱質(zhì)量，本文打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，提出分布式變頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥并以包頭市阿東熱源廠的供熱系統(tǒng)改造為基礎(chǔ)，采用哈工大的HNDC V2.0模擬軟件對(duì)該系統(tǒng)的水力工況進(jìn)行模擬計(jì)算，分析改造的必要性，并對(duì)改造結(jié)果進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，得出采用分布式變頻系統(tǒng)阿東熱源廠的節(jié)能率可達(dá)到35.69％。 另外對(duì)于變流量供熱系統(tǒng) 
一、 空氣是傳熱系統(tǒng)的一大隱患
空氣只有流動(dòng)起來(lái)才有利于傳熱，而靜止不動(dòng)的空氣是傳熱系統(tǒng)中的一大障礙，這是因?yàn)榭諝庾陨韺?dǎo)熱系數(shù)很小，在100℃時(shí)，棉花的導(dǎo)熱系數(shù)為0.07W/m.℃，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.032W/m.℃,空氣導(dǎo)熱系數(shù)要比棉花小一倍多，熱阻與導(dǎo)熱系數(shù)成反比，故靜止空氣的熱阻很大，這將嚴(yán)重阻礙著熱的傳遞。
(一) 節(jié)能熱力系統(tǒng)疏水閥空氣來(lái)源：
① 空氣隨鍋爐給水一并進(jìn)入鍋爐，然后隨蒸汽進(jìn)入系統(tǒng);
② 在蒸汽系統(tǒng)停用時(shí)，系統(tǒng)的剩余蒸汽會(huì)凝結(jié)，凝結(jié)會(huì)產(chǎn)生真空，容易將外邊空氣從系統(tǒng)各種連接部件縫隙中吸入;
③ 蒸汽系統(tǒng)在拆裝維修時(shí)進(jìn)入的空氣。
(二) 空氣危害：
① 蒸汽管道系統(tǒng)的空氣會(huì)降低蒸汽輸送速度;
② 空氣積在傳熱設(shè)備或盤(pán)管內(nèi)表面會(huì)產(chǎn)生冷點(diǎn)，冷點(diǎn)成為應(yīng)力集中點(diǎn)(1毫米氣膜的熱阻相當(dāng)于13米厚銅的熱阻,兩者熱阻相差13000倍)，造成散熱器等的局部應(yīng)力損壞;
③ 有報(bào)道：如果蒸汽中存在重量含量1%的空氣，約使換熱系數(shù)降低60%;
④ 換熱設(shè)備疏水器端積聚空氣，會(huì)產(chǎn)生氣鎖，阻礙冷凝水的排放;
⑤ 空氣中的氧氣等是金屬氧化腐蝕的根源，空氣中的二氧化硫、二氧化碳及氮氧化物等酸性成分會(huì)酸蝕金屬部件;
⑥ 空氣屬于不凝性氣體，混合在蒸汽里，會(huì)減少單位容積的蒸汽所含熱能，使蒸汽冷凝溫度降低(由于空氣的分壓存在，使蒸汽的實(shí)際壓力要比顯示的表壓要低，蒸汽實(shí)際壓力低，冷凝溫度就低)。
【注】道爾頓分壓定律：混合氣體的總壓，等于各組成氣體的分壓總和，每一組成氣體都單獨(dú)占據(jù)空間，而各氣體的性質(zhì)不變。(例如：某設(shè)備管道指示壓力為0.8Mpa，假如其中的空氣壓力為0.2Mpa，那么實(shí)際蒸汽壓力僅為0.6Mpa，0.6Mpa飽和蒸汽的溫度為165℃，不會(huì)是0.8Mpa飽和蒸汽的溫度175℃。
⑦ 這些年來(lái)，在我省紹興地區(qū)的導(dǎo)熱油鍋爐就有一千多臺(tái)，導(dǎo)熱油管道系統(tǒng)內(nèi)也會(huì)積聚空氣和揮發(fā)氣體，同樣影響著傳熱。更怕氣體使導(dǎo)熱油鍋爐循環(huán)油泵產(chǎn)生空轉(zhuǎn)，空轉(zhuǎn)會(huì)使高溫爐膛盤(pán)管內(nèi)的導(dǎo)熱油流速變慢、甚至停止不流動(dòng)，引起導(dǎo)熱油過(guò)熱、過(guò)燒或結(jié)焦，而這時(shí)的爐外溫度計(jì)是顯示不出爐內(nèi)靜止油的高溫情況，這種隱患會(huì)使導(dǎo)熱油過(guò)早、粘稠、劣化，甚至爆管，威脅鍋爐安全運(yùn)行。
(三) 排除空氣：
我們?cè)诠艿腊惭b布置和走向中盡量減少聚氣死角，在系統(tǒng)設(shè)備的及末端可能積聚氣體處，裝手動(dòng)或自動(dòng)排氣閥，減少聚氣隱患，提高換熱效果;
導(dǎo)熱油鍋爐系統(tǒng)的油氣分離器、高位槽高度、膨脹管坡度及流量、超溫或壓差報(bào)警保護(hù)裝置等都要按《有機(jī)熱載體爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)范制作和施工，司爐工要正確無(wú)誤按操作規(guī)程司爐。
二、冷凝水的排放和利用
冷凝水排放不良是造成蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行不良的主要問(wèn)題，它會(huì)形成腐蝕和侵害蒸汽熱力系統(tǒng)，造成換熱設(shè)備及閥門(mén)、閥芯等部件過(guò)早的蝕損失效。
(一)冷凝水積聚和滯留帶來(lái)的危害：
①流入管道設(shè)備死角區(qū)的冷凝水，會(huì)吸收二氧化碳和氧氣形成酸性腐蝕液;
②蒸汽凝結(jié)水滴，其密度比蒸汽增加千余倍，水滴隨蒸汽高速運(yùn)行(通常水速僅1-3米/秒，而蒸汽流速往往達(dá)20-40米/秒)成“高速”(稱之為水錘)，撞擊和沖刷設(shè)備、管道、彎頭外側(cè)、閥座和閥芯等。
③設(shè)備容器積留的冷凝水，會(huì)被開(kāi)啟時(shí)的大量蒸汽汽化，體積瞬間膨脹千余倍(常壓100℃時(shí)的水,汽化后體積增加1700倍)，會(huì)膨脹損壞相關(guān)閥門(mén)等部件。
④換熱設(shè)備冷凝水不及時(shí)排出或堵塞嚴(yán)重，會(huì)影響換熱或無(wú)法進(jìn)行熱量交換。水的熱阻是鋼板的60倍，傳熱表面水膜增厚不但影響傳熱，更會(huì)占據(jù)蒸汽空間，會(huì)使蒸汽凝結(jié)潛熱放熱逐漸變成單相對(duì)流顯熱放熱，換熱效率大大降低。
所以，我們?cè)诎惭b管道系統(tǒng)時(shí)要減少積水死角，在冷凝水容易聚集的管道與設(shè)備低處，必須安裝疏水閥，以便及時(shí)有效排放冷凝水。
(二)冷凝水的價(jià)值(熱值單位：千卡、kcal)
冷凝水是蒸汽換熱的必然產(chǎn)物，其本質(zhì)與汽化前的飽和水并無(wú)區(qū)別，仍具有可觀價(jià)值，絕不可視為廢水。
假如，某設(shè)備用汽量為10噸/時(shí)(10000公斤/時(shí))，冷凝水排放溫度為90℃，環(huán)境溫度為20℃，水比熱為1千卡/公斤.℃，一年按7200小時(shí)計(jì)算，則：
① 熱量?jī)r(jià)值：(90-20)×1×10000×7200=504000萬(wàn)千卡，若蒸汽按65萬(wàn)千卡/噸、130元/噸計(jì)，其熱量?jī)r(jià)值504000÷65×130=100.8萬(wàn)元。
② 水處理價(jià)值：冷凝水是軟化水，可供鍋爐用水，處理費(fèi)按2元/噸計(jì)，
水處理價(jià)值=10×2×7200=14.4萬(wàn)元。
③ 水本身價(jià)值：按1.5元/噸計(jì)，10×1.5×7200=10.8萬(wàn)元.
④ 熱水排放負(fù)面價(jià)值:通常熱水排放的處理費(fèi)要高于購(gòu)水費(fèi),法規(guī)規(guī)定：液體排放至公共下水道溫度不得超過(guò)43℃。
僅比較①②③項(xiàng)就可看出凝結(jié)水的熱量?jī)r(jià)值很高。更何況不少疏水閥漏率汽高達(dá)6%，另外，汽壓高、背壓大的凝結(jié)水溫都超過(guò)100℃，在排到大氣時(shí)形成二次蒸汽，其熱量的利用價(jià)值將更大。
不少凝結(jié)水管道保溫差或未保溫，其實(shí)只回用了水的本身價(jià)值，未利用其價(jià)值高的熱能價(jià)值。我們應(yīng)設(shè)法在冷凝水溫度盡可能高的時(shí)候加以充分回收。
三、疏水閥的失效、泄漏及損失
疏水閥英文常寫(xiě)成“steam trap”意為“蒸汽捕集器”，我們稱其為“蒸汽節(jié)能器”更為恰當(dāng)。疏水閥雖小，卻是蒸汽節(jié)能的關(guān)鍵之一。一些企業(yè)習(xí)慣用明令淘汰的價(jià)廉質(zhì)次的型熱動(dòng)力式疏水閥，這種疏水閥正常工作，在排水時(shí)被帶出的蒸汽也達(dá)3%以上，且其使用壽命短。人們?nèi)绻狈?duì)疏水閥價(jià)值的理解，常會(huì)使疏水閥形同虛設(shè)。我們發(fā)現(xiàn)一些企業(yè)對(duì)疏水閥存在如下欠缺：
選型缺依據(jù)、購(gòu)買(mǎi)擇便宜、安裝欠監(jiān)管、光用不維護(hù)、故障走旁通。
疏水閥是處在溫度、壓力、汽液混相、頻繁動(dòng)作和沖擊腐蝕等惡劣條件下工作，選型、購(gòu)置、安裝、使用及維護(hù)等方面的欠缺都會(huì)加劇其失效。
(一)疏水閥失效原因及措施：
①正常使用的磨損。及時(shí)拆修換件;
②污垢雜質(zhì)的堵塞。及時(shí)清理維護(hù);
③蒸汽系統(tǒng)的水錘等損傷。要緩慢開(kāi)啟進(jìn)汽，冷車開(kāi)旁通閥前，應(yīng)將疏水閥前的截止閥關(guān)閉(疏水閥與旁通閥同時(shí)打開(kāi)易破壞疏水閥水封和損壞密封件)，當(dāng)旁通閥出蒸汽時(shí)，及時(shí)關(guān)閉旁通閥，開(kāi)通疏水閥;
④鍋爐給水經(jīng)水處理后，水中硬度成分(鈣鎂離子)基本被去除，但水中堿度成分(碳酸根離子等)卻沒(méi)有變化。這些堿度成分在高溫、高壓下會(huì)分解出二氧化碳進(jìn)入蒸汽、冷凝水系統(tǒng)。二氧化碳溶于冷凝水中成碳酸，使冷凝水呈酸性(10ppm的 CO2濃度就可將pH值從7降至5以下)。酸性冷凝水對(duì)碳鋼管路腐蝕性很強(qiáng)，故要盡量減少或防止?fàn)t水隨蒸汽帶出(爐水害處后述);
另外，大氣中CO、NOX、SO2、CO2等酸性成分也會(huì)使冷凝水產(chǎn)生腐蝕，所以，我們要盡量減少系統(tǒng)進(jìn)空氣，并及時(shí)排出各種積聚的空氣;
⑤冬天積水未放盡，使閥體冷凍開(kāi)裂損壞。冬天疏水閥停用前要放盡積水;
⑥安裝保養(yǎng)欠缺。閥前要裝過(guò)濾器，應(yīng)水平安裝，每3-6月拆檢保養(yǎng)一次;
⑦選型失誤(不看樣本說(shuō)明和資料，不考慮各種類型的疏水器特點(diǎn)及過(guò)冷度、壓差、耐溫、排量等參數(shù))。要熟悉使用條件后再選型和購(gòu)置。
(二)疏水閥失效和泄漏的危害和損失
顧名思義，疏水閥就是一種具有“疏水堵汽”之功能的閥門(mén)。
①如果疏水不暢，冷凝水排不掉，換熱效果就會(huì)差，此時(shí)操作工只能開(kāi)旁通閥運(yùn)行，甚至產(chǎn)生“旁通操作效果好”的錯(cuò)覺(jué)，這樣，用大流量供汽、蒸汽大進(jìn)大出來(lái)維持生產(chǎn)，使大量尚未“消化吸收”的蒸汽直接排出，將更加浪費(fèi)熱能，漏氣能耗往往要超10%!
②如果疏水閥堵汽不嚴(yán)，或其旁通閥關(guān)閉不嚴(yán)，都在漏汽，積少成多，一年將會(huì)造成上萬(wàn)元的損失浪費(fèi)。
例如：一個(gè)φ8的漏孔，取蒸汽流速20米/秒、表壓0.4Mpa(密度2.7公斤/米3)、 價(jià)格0.13元/公斤，試算一年的漏汽損失為多少?
解答：一年漏損=(0.008/2)2×3.14×20×3600×7200×2.7×0.13=9142元/年;
例如：一臺(tái)用汽量只有1噸/時(shí)的設(shè)備，若按疏水閥的一般泄漏率3%計(jì)算，
一年也將浪費(fèi)蒸汽=1×3%×7200=216噸。價(jià)值約2.8萬(wàn)元。
③泄漏還會(huì)使同一排水系統(tǒng)的其它疏水閥的背壓過(guò)高而無(wú)法正常工作;
④較多蒸汽漏進(jìn)冷凝水管道，還易產(chǎn)生水擊或汽化等危害。
值得介紹的還是多年前國(guó)家經(jīng)貿(mào)委、機(jī)電部、能源部及杭州節(jié)能中心等單位推薦杭州西湖閥門(mén)廠生產(chǎn)的“李氏”牌新型自由半浮球式疏水閥，它是八十年代初，在日本“UFO” 飛碟式疏水閥基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新研制、并獲得“中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品博覽會(huì)”金獎(jiǎng)的產(chǎn)品，價(jià)格雖比其他國(guó)產(chǎn)疏水閥貴些，但比進(jìn)口疏水閥價(jià)格便宜，且比同口徑熱動(dòng)力式疏水閥的排量大得多，使用壽命也長(zhǎng)(十年前的疏水閥仍有正常在用的)，泄漏量≤0.1%，背壓率≥85%，雖貴但值，一只長(zhǎng)時(shí)連續(xù)使用的疏水閥，往往半年節(jié)能就能收回投資。
能量浪費(fèi)是分分秒秒在發(fā)生，節(jié)能要靠日積月累來(lái)核算，我們不可忽視小小疏水閥，務(wù)必要做到：合理選型購(gòu)置，正確安裝使用，及時(shí)保養(yǎng)維修，使疏水閥真正做到疏水堵汽之作用。
四、蒸汽換熱的特點(diǎn)
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥除了民用和煉鋼用煤外，絕大部分的煤是用來(lái)生產(chǎn)蒸汽，蒸汽由于清潔無(wú)毒便于輸送，除了發(fā)電用蒸汽外，絕大部分蒸汽用于加熱物料和換取熱量。
蒸汽熱值由兩部分組成：相態(tài)不變而溫度下降時(shí)放出的熱稱為“顯熱”，相態(tài)變化而溫度不變時(shí)放出的熱稱為“潛熱”。
1公斤水，若溫升1℃，需1千卡熱量，若從20℃溫升至100℃，要80千卡熱量;而1公斤、100℃水全變成為100℃的蒸汽，卻要539千卡熱量，前者80千卡就是顯熱，而后者539千卡卻為潛熱，蒸汽換熱的關(guān)鍵在于潛熱。
(一)介紹一些常用物理參數(shù)(供一般參考使用)：
1)比熱(單位：千卡/公斤.℃)：
①水(20-220℃)≈1-1.1 ②冰≈0.5 ③蒸氣≈0.4-0.45 ④空氣、煙氣≈0.24-0.26 ⑤導(dǎo)熱油(100-320℃)≈0.5-0.7 ⑥氯化鈣鹽水(-20-+20℃、25%濃度)≈0.64-0.69
2)飽和蒸汽對(duì)應(yīng)參數(shù)如下：
表壓 (Mpa) 0 0.2 0.4 0.6 0.9 1.1 2.26 … 22.5
溫度 (℃) 100 133 152 165 180 183 220 … 374
密度(Kg/m3) 0.59 1.65 2.66 3.66 5.14 5.63 11.6 … 322.6
汽 化 熱( Kcal/ Kg) 539 519 505 495 482 480 443 … 501
總 熱 值 Kcal/ Kg) 639 652 657 660 664 665 669 … 0
從上述數(shù)據(jù)可以看出：
a)飽和蒸汽熱值≈汽化熱+溫度×1(水的比熱);
例如： 壓力0.2Mpa、溫度133℃的飽和溫度蒸汽的熱值≈519+133×1=652 Kcal/Kg。
b)蒸汽密度與蒸汽壓力基本成正比例關(guān)系;
例如：表壓0.4Mpa=壓力0.5Mpa的蒸汽密度為2.66 Kg/m3，與表壓0.9Mpa=壓力1.0Mpa的蒸汽密度為5.14 Kg/m3相比，兩者的壓力比=1.0/0.5=2，正好差一倍;兩者的密度比=5.14/2.66=1.93233，也接近增加1倍。
c)隨著蒸汽壓力增加，蒸汽溫度也增加，但蒸汽總熱值增加不多，增加只是液體水的熱值(1公斤，升1℃，增1千卡)，而汽化熱隨壓力增加反而在減少。
例如：壓力0.2Mpa與0.9Mpa的飽和蒸汽相比，蒸汽總熱值僅增加664-652=12千卡/公斤，而汽化熱反而減少了519-482=37千卡/公斤;
d)當(dāng)飽和蒸汽壓力到2.26Mpa時(shí)，熱值為zui高值669 Kcal/Kg(千卡/公斤)此時(shí)如果壓力和溫度再上升，熱值和汽化熱都反而在減少了。當(dāng)飽和蒸汽到了臨界溫度374℃時(shí)，其汽化熱為0，熱值僅501 Kcal/Kg。
3)過(guò)熱蒸汽對(duì)應(yīng)參數(shù)如下：
表壓 (Mpa) 0.4 0.4 0.6 0.6 0.8 0.8 1.2 1.2
溫度 (℃) 200 280 200 280 200 280 200 280
密度(Kg/m3) 2.35 1.98 3.33 2.79 4.34 3.69 6.44 5.29
熱 值 Kcal/ Kg) 683 721 681 717 677 715 674 712
分析上述飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽之參數(shù)，我們得出如下一些結(jié)論：
a)同壓力的過(guò)熱蒸汽，密度隨蒸汽溫度增加而減小(這道理與空氣一樣);
例如：同0.4Mpa蒸汽，其溫度在280℃時(shí)比200℃時(shí)的密度小2.35-1.98=0.37 Kg/m3
b)同溫度過(guò)熱蒸汽，密度隨蒸汽壓力增加而增加，熱值隨壓力增加反而略減一些;
例如：同是280℃的過(guò)熱蒸汽，壓力0.8Mpa蒸汽的熱值反而比壓力0.4Mpa蒸汽的熱值小了721-715=6千卡/公斤。
c)在較高壓力下輸送蒸汽，管道壓力損失就會(huì)少些，這是因?yàn)槠麎捍螅芏却?密度大，蒸汽的質(zhì)量流量就小;也即蒸汽在管內(nèi)流速就小，因?yàn)榱魉俚?次方與管道阻力成正比，故，流速小，壓力損失就小。
d)進(jìn)換熱設(shè)備的蒸汽壓力過(guò)高，會(huì)使蒸汽在高壓高溫下冷凝，使之凝結(jié)水排出溫度過(guò)高，從而降低蒸汽換熱效率，帶來(lái)更多的熱損;
e)過(guò)熱蒸汽熱值≈飽和蒸汽熱值+超過(guò)飽和溫度值×0.44(過(guò)熱蒸汽比熱);
例如：0.4Mpa280℃過(guò)熱蒸汽熱值=657+(280-152)×0.44 =713≈721(Kcal/ Kg)
f)同樣壓力下，過(guò)熱蒸汽熱值比飽和蒸汽熱值高得并不多，增加的熱值約等于溫度增加值×0.44(比熱);
例如：過(guò)熱溫度增加值280-152=128℃，熱值只增加128×0.44=56.32(Kcal/ Kg)g)蒸汽從飽和點(diǎn)汽相轉(zhuǎn)為液相，溫度不變，就能釋放500大卡左右的潛熱;
例如：常壓下1公斤100℃(飽和溫度點(diǎn))的蒸汽，冷凝成為1公斤100℃的水時(shí)，就能釋放出539大卡的熱量。同理，常壓下每汽化1公斤水，需要吸收539大卡的熱量。這都是一種潛熱交換。
然而，1公斤汽冷凝成水，每降1℃,只釋放出1大卡熱量,這是一種顯熱。
同理，1公斤水汽化后再升溫，每升1℃，只吸收不到半大卡的熱量，這也是一種顯熱。這種無(wú)相變的顯熱與汽液相變的潛熱有著本質(zhì)的差別。
h)通常工業(yè)鍋爐產(chǎn)出的是飽和蒸汽，它在一定壓力下都有著嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的飽和溫度點(diǎn)，超過(guò)飽和溫度點(diǎn)的蒸汽就成為過(guò)熱蒸汽，所超過(guò)的溫度即為過(guò)熱度。
例如：在同是0.8 Mpa汽壓下，其飽和溫度為175℃，當(dāng)溫度降至174℃，就會(huì)成為液體水;當(dāng)溫度升至176℃時(shí)就成為有1℃過(guò)熱度的過(guò)熱蒸汽。
例如：0.8 Mpa壓力、275℃溫度的蒸汽，就是一種有275-175=100℃過(guò)熱度的過(guò)熱蒸汽(100℃過(guò)熱度所帶來(lái)的顯熱≈100℃×0.4=40千卡/公斤)。
i)蒸汽換熱，主要靠蒸汽冷凝換熱，它是一種從氣相變?yōu)橐合唷⒕哂邢嘧兊臐摕釗Q熱，與單純氣相(空氣)或液相(導(dǎo)熱油、熱水等)那種無(wú)相變的顯熱換熱相比，其換熱系數(shù)往往要大十至百余倍，換熱量=換熱系數(shù)×換熱面積×溫差，換熱系數(shù)大，在同樣溫差條件下獲取同樣熱量所需的設(shè)備換熱面積就小;
j)過(guò)熱蒸汽主要用于汽輪機(jī)發(fā)電，供汽輪機(jī)組的蒸汽必須是壓力和過(guò)熱度都很高的干燥的過(guò)熱蒸汽;
k)由于過(guò)熱蒸汽的傳熱系數(shù)小，傳熱能力差，換熱效率低，因而散熱也就少，故蒸汽留有適當(dāng)?shù)倪^(guò)熱度，能減少蒸汽管道輸汽時(shí)的熱損和凝結(jié)水量。
L)過(guò)熱蒸汽通常不宜作換熱設(shè)備的熱媒使用，進(jìn)換熱設(shè)備的蒸汽還是沒(méi)有過(guò)熱度的飽和蒸汽更有利提高熱效率;
m)潛熱與顯熱的差異，還可從一些日常例子來(lái)驗(yàn)證：
①盛夏炎熱的地面或容器上噴淋水，很快就感到?jīng)隹旎蛉萜鞯玫浇禍兀鞘撬恼舭l(fā)汽化，吸收了大量潛熱緣故;
②下雪比化雪感到暖和，是因?yàn)樗Y(jié)成冰雪，在釋放潛熱，而化雪時(shí)需要大量吸收潛熱的緣故;
③酒精擦皮膚感到?jīng)鏊彩蔷凭舭l(fā)汽化而吸取潛熱之緣故;
④北方氣溫零下幾十度不覺(jué)太冷，而南方氣溫零度或零上就能凍傷手腳;煉鋼爐旁空氣溫度高達(dá)二三百度工人還能工作，而不到一百度的水就能燙傷皮膚，都是因?yàn)楦蔁峄蚋衫渑c濕熱或濕冷的潛熱多少之差異;
n)溫度和熱量不是同一物理量，溫度高并不等同熱量多，熱量要靠流體的流量及傳熱系數(shù)等來(lái)保障，用過(guò)高溫度的過(guò)熱蒸汽來(lái)?yè)Q熱的缺點(diǎn)：
①過(guò)熱蒸汽換熱過(guò)程中，從過(guò)熱溫度降到飽和溫度的降溫梯度很大(有達(dá)百余度)，它的無(wú)相變的顯熱交換階段較長(zhǎng)，而此階段傳熱系數(shù)小，實(shí)際換得熱量并不多，此階段所需要設(shè)備的換熱面積卻較多，從蒸汽中獲得大量熱量還得過(guò)熱蒸汽成為飽和蒸汽后才能釋放的大量潛熱;
②過(guò)熱蒸汽降溫梯度大，換熱設(shè)備表面溫度變化也大，易使各種換熱設(shè)備(搪瓷鍋夾套式、石墨換熱器、列管式和螺旋板式等)因溫差應(yīng)力變化大而引起疲勞損傷、縮短使用壽命(一般搪玻璃反應(yīng)鍋的搪瓷耐冷熱沖擊規(guī)定≤110-120℃);
③因過(guò)熱蒸汽換熱能力差，當(dāng)設(shè)備開(kāi)始預(yù)熱階段或加大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，員工為了盡快滿足熱量的需求，往往大開(kāi)閥門(mén)，但過(guò)熱蒸汽卻來(lái)不及降溫、冷凝釋放潛熱而積聚在疏水閥前，引起疏水閥超溫?fù)p壞而漏氣;
④有時(shí)過(guò)熱蒸汽溫度雖高，但壓力很低，員工把蒸汽減壓閥的旁通閥打開(kāi)。這樣，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷減小時(shí)易超壓運(yùn)行(還會(huì)危及設(shè)備安全)，使進(jìn)出換熱器的壓力過(guò)高(疏水閥承壓升高，易損壞)，產(chǎn)生的高溫凝結(jié)水被疏水閥排到空間成二次蒸汽(閃蒸汽)排出，而蒸汽在高壓下冷凝比低壓下冷凝所放出的潛熱小;
⑤因過(guò)熱蒸汽換熱系數(shù)小，為了滿足生產(chǎn)不得不增加換熱器面積，那樣話，在低負(fù)荷運(yùn)行或負(fù)荷變動(dòng)時(shí)運(yùn)行又易產(chǎn)生末端換熱片汽水混相，產(chǎn)生水擊和蝕損，這樣也易使疏水閥損壞或產(chǎn)生氣阻而失靈;
⑥換熱面積增大，過(guò)多的換熱片串聯(lián)疊加，既增加換熱設(shè)備的投資和安裝費(fèi)用，又增加被加熱的流體阻力，從而使泵或風(fēng)機(jī)的功耗也加大;
⑦如果換熱器重疊過(guò)多過(guò)密集，污垢灰塵日積月累，易引起的阻塞，而污垢的熱阻與保溫材料相近,從而進(jìn)一步降低換熱效率和增加風(fēng)機(jī)等動(dòng)力費(fèi)用;
⑧常用的設(shè)備、流量計(jì)、溫控閥、疏水閥的使用溫度均約200℃，而過(guò)熱蒸汽往往超過(guò)200℃，容易使這些設(shè)備、閥門(mén)及儀表壽命均縮短;
⑨過(guò)熱蒸汽溫度高，使整個(gè)設(shè)備和管道系統(tǒng)的保溫費(fèi)用相應(yīng)也增加。
⑩飽和蒸汽是靠釋放冷凝時(shí)的潛熱來(lái)?yè)Q熱，潛熱交換的換熱器并聯(lián)布置，可提高換熱速度，其傳熱系數(shù)大，熱效率也高。同熱量交換，飽和蒸汽所需設(shè)備換熱面積要比過(guò)熱蒸汽小，故綜合費(fèi)用低，又能做到在飽和溫度點(diǎn)恒溫冷凝換熱，避免了換熱部件因溫差大帶來(lái)的隱患。
五、蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行的原則
(一) 在系統(tǒng)壓力能承受的前提下，盡可能用高壓力輸送蒸汽
1、在額定工作壓力下的工業(yè)鍋爐通常能保證提供國(guó)家規(guī)定含水量≤5%的飽和蒸汽。人們習(xí)慣鍋爐低壓運(yùn)行，這對(duì)役齡老的陳舊爐子或許不得已而為之。然而，鍋爐出汽口徑是按額定壓力下的產(chǎn)汽量來(lái)設(shè)計(jì)的,在額定供汽量時(shí)的低壓供汽，會(huì)使鍋爐出口的蒸氣流速倍增(蒸汽壓力與密度成正比，壓力低一半，流速約增一倍)，導(dǎo)致過(guò)多的爐水隨汽帶出，汽中含水量過(guò)多，既降低蒸汽品質(zhì)和換熱效率，又易損壞設(shè)備管線(水隨汽高速流動(dòng)，加速磨損)，還有爐水會(huì)污染熱力系統(tǒng)的管道閥門(mén)和換熱部件，這些污垢不但影響換熱傳熱，還會(huì)引起設(shè)備故障，這對(duì)有過(guò)熱器管束的鍋爐，還會(huì)因爐水過(guò)多而堵塞爆管，迫使鍋爐停爐。
同時(shí)，流體阻力與流速的平方成正比，流速高，壓力損失就大,使之下游管道的汽壓更小,甚至難以滿足生產(chǎn),故應(yīng)在額定壓力下盡量用高的壓了輸送蒸汽。
【注】這道理類似用高壓輸送電一樣，高壓送電也能減少電能在電纜上的線損。
2、蒸汽壓力高，密度大，同流量的輸送管徑也小，故管材、保溫及設(shè)施安裝等綜合費(fèi)用也少(詳見(jiàn)蒸汽管道口徑選型圖表2)。
3、蒸汽管徑小，管道表面積也小，相對(duì)來(lái)說(shuō)，管子的散熱損失也少些。
(二) 在滿足生產(chǎn)所需溫度前提下，盡可能使用較低的蒸汽壓力
進(jìn)換熱設(shè)備的汽壓不要盲目“追高”。依據(jù)介質(zhì)所需的溫度，找出滿足生產(chǎn)溫度的飽和蒸汽壓力(飽和蒸汽壓力與溫度均有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可留些余量)，在較低壓力下使用蒸汽，能使飽和蒸汽在接觸冷介質(zhì)換熱后，迅速冷凝釋放出較多潛熱，并在飽和點(diǎn)溫度下保持恒溫傳熱。這樣傳熱效率高，傳熱量大，疏水閥排水溫度也小，其閃蒸(二次蒸氣)損失少。
但如果是過(guò)熱蒸汽，當(dāng)其減壓后的過(guò)熱度將會(huì)更大，更不利于換熱。
(三) 其他節(jié)能原則
1、如果生產(chǎn)需要大量熱水，要盡可能選用熱水鍋爐，直接產(chǎn)熱水和供熱水;
2、如用蒸汽加熱水，要盡量不用高品位的過(guò)熱蒸汽或高壓力飽和蒸汽，應(yīng)用低壓力飽和蒸汽，或充分利用一些換熱設(shè)備的自然高度差, 使高溫凝結(jié)水自流入熱水槽或軟水箱內(nèi)，減少水泵輸送的電耗。并做好管道、儲(chǔ)槽的保溫，減少貯運(yùn)過(guò)程中熱量損失。如果采用泵輸送凝結(jié)水，要避免多次傳遞或多泵并聯(lián)，各路回水并聯(lián)泵輸入同一根管道，會(huì)造成各泵之間壓差所造成的壓損內(nèi)耗……。
3、利用熱力源的中心位置，合理布置用熱設(shè)備(同類設(shè)備集中布局)，飽和蒸汽溫度、壓力進(jìn)行梯度分級(jí)使用、凝結(jié)水高低落差和兼顧距離遠(yuǎn)近、盡量使能源平穩(wěn)、平衡、少走彎路和良性循環(huán)，達(dá)到綜合利用、物盡其用。
4、通常化工換熱設(shè)備都是以飽和蒸汽為介質(zhì)來(lái)設(shè)計(jì)的。如果用0.6 Mpa 265℃的過(guò)熱蒸汽，也是要降溫到165℃飽和溫度時(shí)才釋放出大量潛熱(495千卡/公斤)，一些企業(yè)簡(jiǎn)單以為蒸汽溫度高，得到的熱量一定多,如果此時(shí)實(shí)際被交換得到的熱量，小于物料所需熱量(能量供需不平衡)，蒸汽溫度再高，也無(wú)濟(jì)于事的(除非蒸汽大進(jìn)大出，不計(jì)能源浪費(fèi))。
5、搪瓷鍋的搪瓷是脆性材料，搪瓷的冷熱沖擊性能指標(biāo)為110-120℃，過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，在溫度高低突變時(shí)易爆瓷，所以員工在開(kāi)閥門(mén)送蒸汽時(shí)或送冷凍鹽水時(shí)都要緩慢，減少冷熱沖擊帶來(lái)不必要的損失。
6、為了幫助“消化吸收”過(guò)熱蒸汽，把高溫、高壓過(guò)熱蒸汽，通過(guò)減溫減壓裝置，變?yōu)轱柡驼羝M(jìn)入換熱設(shè)備。過(guò)熱蒸汽通過(guò)噴水減溫時(shí)，所增加的蒸汽量約為千分之一的過(guò)熱度。但用于減溫減壓所噴水絕不可短期行為用硬水，否則將給換熱設(shè)備帶來(lái)結(jié)垢的嚴(yán)重隱患，zui終影響換熱效率。
7、用蒸汽加熱空氣的多組重疊安裝的空氣換熱器，為了加快蒸汽潛熱交換，多組換熱片的進(jìn)汽端應(yīng)并聯(lián)接入，隨著熱交換的蒸汽冷凝、體積縮小，可逐步減少并聯(lián)換熱器的片數(shù)，在進(jìn)入末端換熱片，可串聯(lián)成單片排出冷凝水，這種并聯(lián)串聯(lián)組合，既能通過(guò)換熱升溫速度，還能充分利用蒸汽熱能，降低冷凝水溫度。
8、當(dāng)生產(chǎn)要求被加熱物料介質(zhì)溫度高于現(xiàn)有蒸汽溫度，有采用蒸汽增壓等辦法來(lái)提高蒸汽溫度，還有使物料在負(fù)壓下蒸發(fā)來(lái)提高汽化熱效率。
9、一些生產(chǎn)線僅白天數(shù)小時(shí)用蒸汽，晚上不用蒸汽，一整夜的冷卻，熱力管道中的蒸汽全凝結(jié)成水，第二天開(kāi)冷車，重新暖管又要耗費(fèi)。這樣蒸汽的損失就遠(yuǎn)不不止10%，所以還要充分安排調(diào)度好生產(chǎn)，避免熱熱冷冷的浪費(fèi)。
10、還有，蒸汽運(yùn)行系統(tǒng)的均衡用汽非常重要，某時(shí)間段大量用汽(加熱水)，會(huì)使汽壓大降，引起其他用汽設(shè)備癱瘓，甚至造成系統(tǒng)的故障和事故……。
上述提高熱能利用率的舉措和原則都得靠人完成，所以人始終是節(jié)能*要素，我們要從設(shè)備購(gòu)置使用及維護(hù)全過(guò)程、生產(chǎn)投料開(kāi)啟操作來(lái)抓節(jié)能。
六、平衡與匹配
節(jié)能的關(guān)鍵理念和要領(lǐng)就是要做到能源的平衡與匹配，這里包含著能源產(chǎn)銷和供需的平衡與匹配;上下和進(jìn)出流程的平衡與匹配;管網(wǎng)和布局的平衡與匹配，換熱設(shè)備的串聯(lián)并聯(lián)要平衡與匹配……。
換熱系統(tǒng)中，設(shè)備和管道閥門(mén)等都是熱量供需雙方的載體，熱量供需要平衡，系統(tǒng)各載體通道要匹配，任何環(huán)節(jié)的瓶頸或失配，都會(huì)長(zhǎng)期帶來(lái)?yè)p失和浪費(fèi)。
比如管徑選大了，會(huì)帶來(lái)綜合損失(含管材、安裝、保溫和散熱)，管徑大形成冷凝水也增加，這些損失不是隨產(chǎn)量而同步變動(dòng)的變量成本，是一種固定成本，產(chǎn)量越少，占有成本比例越大;
管徑選小了，壓降大，流速快，易產(chǎn)生水錘和沖蝕，同時(shí)卡喉嚨，供汽量不夠，也限制換熱能力。
例如，用DN250的管道輸熱媒給某換熱器，施工中只取2路DN80的支管并聯(lián)接入換熱器，這樣，總管與支管兩個(gè)通道截面積約差2502÷(2×802)=4.9倍!很不匹配。這里不是DN250選大浪費(fèi)了，就是DN80選小阻塞了。
【注】有關(guān)蒸汽管道口徑選型詳見(jiàn)表2。
我們無(wú)論是搞項(xiàng)目，還是抓生產(chǎn)，要因地制宜、集思廣益和講究科學(xué)，要充分整合、挖掘和發(fā)揮各種資源的內(nèi)在潛能。
*能效熱力系統(tǒng)的指標(biāo)應(yīng)該是：鍋爐效率≥80%、保溫及疏水閥完好率≥95%、冷凝水回收率及導(dǎo)熱油爐的煙氣余熱利用率≥80%，再加上專業(yè)的系統(tǒng)維護(hù)和科學(xué)的能源管理。
節(jié)能不僅可降低生產(chǎn)成本，也是企業(yè)zui終戰(zhàn)勝競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的強(qiáng)有力武器。所以各行各業(yè)都要圍繞*能效指標(biāo)去努力，以降低成本能耗來(lái)提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
|
