西安印鈔廠集中供熱系統(tǒng)設(shè)計

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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)計思路及優(yōu)化方案，并對集中供熱系統(tǒng)進行了效益分析。

　　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SZL10-1.27-P型燃煤鏈條鍋爐，冬季運行兩臺鍋爐，夏季運行一臺鍋爐，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)濟效益，決定采用熱電廠蒸汽對廠區(qū)進行集中供熱。

　　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。進戶熱力管道及計量裝置由熱電廠設(shè)計施工，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)計施工。

　　2 、供汽用汽狀況西安印鈔廠主要用汽點為：

　　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，生產(chǎn)為兩班制，用汽流量變化較大，為保障設(shè)計成功，對西安印鈔廠用汽流量和熱電廠供汽情況進行了詳細的調(diào)研，分析了冬季和夏季日24小時運行情況。

　　熱電廠供汽溫度在170-223℃范圍內(nèi)波動，熱電廠供汽壓力在0.65-0.92Mpa范圍內(nèi)波動，印鈔廠用汽流量在0.2-15t/h范圍內(nèi)波動，熱電廠供汽壓力、溫度及西安印鈔廠用汽流量波動范圍較大，給蒸汽減溫減壓系統(tǒng)的設(shè)計帶來了較大的難度，查閱了國內(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)流實現(xiàn)的，流體通過減壓閥時的流動過程為絕熱節(jié)流過程，這種過程是不可逆的絕熱膨脹等焓流動，對于過熱蒸汽，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械式蒸汽減壓閥和電動蒸汽調(diào)節(jié)閥對蒸汽進行減壓。

　　3.1機械式蒸汽減壓閥機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)，機械式蒸汽減壓閥有以下特點：

　　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蒸汽電動調(diào)節(jié)閥

　　3.2.1蒸汽壓力電動調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理由壓力傳感器將閥后壓力信號轉(zhuǎn)換成4-20MA電流信號送至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)過計算向電動蒸汽調(diào)節(jié)閥輸出4-20MA控制信號，控制閥門開啟度，以維持閥后壓力穩(wěn)定。

　　3.2.2電動蒸汽調(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)閥相對開度與相對流量之間的關(guān)系。由于熱電廠供汽壓力不穩(wěn)定，當熱電廠供汽壓力為0.65MPa時，閥后壓力需要調(diào)節(jié)至0.6MPa則閥門全開時壓降為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)閥全開時壓降占該支路全部壓降的百分數(shù)），這時閥門的工作流量偏離理想流量特性。電動調(diào)節(jié)閥具有以下特點：

　　a.在蒸汽流量較小時（<1.5t/h）電動調(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（>5t/h）電動調(diào)節(jié)閥控制蒸汽流量和閥后壓力較為精確。

　　c. 蒸汽電動調(diào)節(jié)閥開度較大時阻力較小，壓降<0.05Mpa. 3.2.3蒸汽電動調(diào)節(jié)閥選型為合理選定調(diào)節(jié)閥，應(yīng)正確計算調(diào)節(jié)閥的流通能力，否則會使調(diào)節(jié)閥的口徑選得過大或過小。如果口徑選得過大，不僅浪費投資，而且會使閥門經(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)最大負荷的需要，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈。

　　流通能力的定義是：當閥門全開，閥兩端的壓力降為0.1Mpa，流體的密度為1g/cm3時，每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量。用符號C來表示，單位為m³/h.對于蒸汽C值按下式計算：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——閥前蒸汽絕對壓力，Pa P2——閥后蒸汽絕對壓力，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閥前蒸汽絕對壓力取7.5*105Pa，P2閥后蒸汽絕對壓力取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)機械式蒸汽減壓閥和電動蒸汽閥的不同特性，集中供熱減壓系統(tǒng)采用機械式蒸汽減壓閥和電動蒸汽調(diào)節(jié)閥聯(lián)合調(diào)節(jié)的控制方式。

　　當流量較小時機械式蒸汽減壓閥對蒸汽進行減壓，壓力設(shè)定值0.62MPa，這時電動調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，當蒸汽流量逐步增加時，機械式蒸汽減壓閥不能滿足要求，閥后壓力下降當閥內(nèi)壓力下降至0.6Mpa以下時， 電動蒸汽調(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)計也采用此減溫方案。

　　4.1 蒸汽減溫器的熱力計算減溫器熱力計算的目的是確定在不同蒸汽流量下所需要的減溫水量Dj.在進行減溫器熱力計算時，已知數(shù)據(jù)為：減溫前蒸汽絕對壓力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)定值和實際值比較計算，給電動調(diào)節(jié)閥輸出信號，控制電動調(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，是一個用水用汽大戶，浴室開放時間為每日下午16時至晚23時。

　　廠區(qū)蒸汽凝結(jié)水經(jīng)取樣化驗，其水質(zhì)符合自來水衛(wèi)生指標，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)水每時每刻均在產(chǎn)生，而浴室是定時開放，故應(yīng)將凝結(jié)水回收儲存，考慮到浴室用水時蒸汽凝結(jié)水仍在產(chǎn)生，這一部分凝結(jié)水及時用掉不需存儲，凝結(jié)水蓄水池蓄水量需60m³，待浴室使用時將凝結(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效益，還具有持續(xù)可觀的經(jīng)濟效益。其社會效益有：提高了社會能源的綜合利用率，消除了鍋爐運行的不安全因素，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，合計成本為173.75萬元； 熱電廠供熱蒸汽售價為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，合計成本為144.11萬元，較2000年減少用汽4954噸，年節(jié)約蒸汽合計成本29.64萬元。

　　7、結(jié)論

　　7.1通過一年多時間的運行，集中供熱系統(tǒng)設(shè)計合理，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械式蒸汽減壓閥和電動蒸汽調(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)水適當補充軟水。

　　7.4廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)改造時，最遠用汽點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效益和經(jīng)濟效益。