实芯焊丝厂蒸汽换热系统的节能实验研究

王其明 肖瑞义

（1天津大桥焊材集团有限公司设备处 天津 300385 2天津雍熵节能环保工程有限公司 天津 300192）

实芯焊丝厂蒸汽换热系统的节能实验研究

王其明1肖瑞义2

（1天津大桥焊材集团有限公司设备处 天津 300385 2天津雍熵节能环保工程有限公司 天津 300192）

蒸汽作为热媒广泛应用于化工、冶金、制药、食品、饮料、印刷等行业。绝大多数的用户存在着跑、冒、滴、漏的现象，冷凝水更是直排不进行回收，造成很大浪费。本文根据蒸汽原理、流体力学理论，针对某实芯焊丝厂拔丝和化镀车间的蒸汽加热系统，进行了实验研究、流量监控、设备优化，方案实施后，节约了40%以上的能源。由历年平均单产能耗0.27吨蒸汽/吨焊丝，降低到0.14吨蒸汽/吨焊丝，年节约蒸汽15400蒸吨，折合1980.4吨标准煤，减排4937.2吨二氧化碳，减排74.26吨氮氧化物。节约能源费用399.8万元，总投资40万元，投资回收期:1.2个月。取得了非常好的经济和社会效益，值得大力推广。

蒸汽；显热；潜热；冷凝水；节能疏水阀

1 项目背景及问题的提出

2013年至2016年9月某集团公司下属实芯焊丝厂使用的蒸汽由第三方燃煤锅炉供应。为响应国家节能减排的号召，遵守天津市政府煤改燃的政策要求，在2016年9月，安装了两台韩国斯大8蒸吨燃气锅炉。为了进一步降低用能成本，从2016年12月初开始了能耗普查工作。

该燃气锅炉额定工作压力1.25Mpa，额定蒸发量8吨/小时。用汽单元主要有两类车间，即拉丝车间和化镀车间。锅炉实际输出蒸汽压力0.45～0.65Mpa。现车间实行24小时生产，年平均工作时间330天以上。改造前用汽单元年平均蒸汽需求量4.1万余蒸吨，折合标准煤5272.6吨，年排放二氧化碳13144.6吨。

2 蒸汽应用理论概述

饱和蒸汽作为热媒广泛应用于化工、冶金、制药、食品、饮料、印刷等各行各业。饱和蒸汽的总热是由蒸汽的显热及潜热组成，显热系没有改变水的形态只引起水的温度变化的热量，潜热系不改变水的温度只引起水变成蒸汽（相变）的热量。潜热占蒸汽总热的比例随着蒸汽压力的提高而下降，6 Kg/cm2饱和蒸汽潜热占总热的80%，显热占20%。

图 1 饱和蒸汽显热、潜热和总热的关系

6 Kg/cm2饱和蒸汽潜热占总热的80%，显热占20%。而显热、潜热都是由能源消耗得来的，不应该浪费，应该物尽其用。

图2 6 Kg/cm2饱和蒸汽的热焓分析

所以蒸汽使用环节节能的三个最基本的途径如下：

（1）在满足加热工艺要求的前提下，尽量降低加热蒸汽的工作压力，1公斤压力可满足的工艺过程，把6公斤压力的蒸汽降低到1公斤使用，节能率可达6.58%。

（2）加热过程用的是蒸汽的潜热，且潜热值占总热的80%，所以杜绝跑汽节能率相当高。

（3）冷凝水热值占总热的20%，去掉闪蒸热值，还有10-15%的热值可以回收利用，所以冷凝水回收的节能率可到10-15%。

3 目前存在的问题及解决方案

（1）经现场观察，实芯焊丝厂锅炉房产汽压力是6 Kg/cm2，输送到使用端时压力为4 Kg/cm2，而现场的电镀液需要加热的温度是80-90℃，4 Kg/cm2压力蒸汽的饱和温度是151℃，大大超过所需要的温度，所以蒸汽进入换热器前减压是非常好的节能方法，节能率可达4.5%。

（2）经现场观察，实芯焊丝厂的拔丝车间硼砂挂膜槽和化镀车间的加热槽的加热换热器出口均装有疏水器，然后直接排入地沟，疏水器的形式为热动力圆盘式，不适合此工作场合，加之大部分疏水器都已经失效，可以看到出口处新鲜蒸汽持续大量排出，浪费较大，根据流体方程，泄漏量Q：

Cv：泄露阀口的等效面积，P1、P2阀座上下游的压力，γ：蒸汽的比重。

泄漏量与泄露面积一次正相关，与压差的平方根成正比，与蒸汽的比重成反比。压差是必不可少的，蒸汽比重岁蒸汽压力的提高而提高，压力定时保持不变，所以只要我们减小泄露面积就可以杜绝浪费。问题来了，全部堵死行吗？回答是否定的，因为随着蒸汽的放热，产生了大量的冷凝水，冷凝水热值低，温度随放热越来越低，必须及时排除，才能满足生产需求。

图3 现场蒸汽泄露情况

（3）现场冷凝水全部排入了地沟，热值全部浪费，同时宝贵的水资源也白白浪费掉了，尤其是冷凝水还是软化了的蒸馏水，水处理所花费的能源、材料、人力也浪费掉了。安装闭式冷凝水回收系统就可以把冷凝水回收、循环利用。

4 解决过程及取得的效果

根据现场情况，我们先对浪费量最大的蒸汽潜热进行节能诊断：首先使用热成像仪对现场输水设备进行检测，见图4，发现现场疏水器基本处于完全失效状态，泄漏量非常大，为了定量确定泄漏量，取两条相同的生产线，在蒸汽入口分别装上蒸汽流量计，一条线换装6台美国SPENCE公司的压力平衡式热静力节能疏水阀，另一条线保持原状。持续运行一个月，数据如下：

图4 疏水阀工作热成像图

表1 节能诊断蒸汽用量记录表

经过一个月的运行，得出节能率=（148-98）/148=33.78%，由此验证了节能疏水阀的效果。接下来的一个月，把实芯焊丝厂10条化镀生产线，50条拔丝生产线全部换上节能疏水阀，运行三个月后，在获取了实芯焊丝厂的各种能耗数据后，将改造后和改造前历年的能源消耗、单耗进行了对比。

5 节能效果

（1）单耗计算（每吨电焊丝消耗蒸汽吨数）：

改造前吨焊丝蒸汽水单耗基准:取2013～2016四年平均值：0.275(吨)。平均节能率达到40%以上。单产（吨焊丝）节约蒸汽=0.275-0.16=0.115蒸吨。

表2

（2）按2013～2016年期间平均产量14万吨电焊丝计算，每年节约蒸汽15400蒸吨，合标准煤1980.4吨，减排二氧化碳4937.2吨，减排氮氧化物74.26吨。

6 经济效益及社会效益

（1）每蒸吨蒸汽的能源消耗及价值

根据实芯焊丝厂的能耗记录，改造前蒸汽的直接能源成本如下：

（2）按2013年-2016年期间平均产量14万吨电焊丝计算，每年节约蒸汽15400蒸吨，折合价值：399.8万元元，项目综合投资40万元,投资回收期:1.2个月，经济效益明显，值得大力推广。

（3）年节省1980.4吨标准煤，减排4937.2吨二氧化碳，减排74.26吨氮氧化物。结语

至此本项目取得了非常好的经济和社会效益，需要在类似的企业大力推广。本项目对蒸汽潜热的利用率有很大的提升，蒸汽在释放潜热和少量的显热后的蒸汽还原成高温的冷凝水，冷凝水是饱和的高温软化水，下一步考虑冷凝水的回收再利用，预计节能空间在10-15%左右，并节约大量宝贵的淡水资源。

[1]胡秀莲、李爱仙《GBT 2589-2008综合能耗计算通则》中国标准出版社2008年4月

[2]吴德荣《化工工艺设计手册》上、下册，化学工业出版社2009年6月

[3]王文堂《化工节能技术手册》化学工业出版社2006年7月

[4]杨源泉《阀门设计手册》机械工业出版社1992年12月